管式反應器處理淀粉廢水的研究

董家利，修鶯萌，孫冰心

(1.牡丹江水文水資源中心，黑龍江 牡丹江 157000；2.伊春水文水資源中心，黑龍江 伊春 153000)

1 課題研究的背景和意義

水是人類賴以生存重要資源。尤其中國是一個缺水的大國，現(xiàn)在污染越來越嚴重，可用的資源越來越少，國家對環(huán)境出現(xiàn)的問題也越來越重視。國家在對環(huán)境檢測、污染物處理(包括無機廢水、土壤修復、有機廢水、廢氣等)、金屬防腐、清潔生產(chǎn)等方面電化學技術都很重要；特別是去除污水中的有機污染物時電化學技術處理方法尤為突出[1]。

管式電反應器是近幾年開發(fā)的一項新型電化學法處理技術。管式電反應器能夠提高熱轉(zhuǎn)移的效率；降低能耗；它結(jié)構(gòu)簡單，有較強的靈活性，可以根據(jù)需求，單獨或組合起來使用都可以，而且操作管理方便，占地面積小，投資經(jīng)濟小，目前這種反應器在濕法冶金、環(huán)境保護、能源轉(zhuǎn)換等高新技術領域具有廣泛的應用前景[2]。

2 電化學降解淀粉廢水的方法

管式反應器為動態(tài)實驗，實驗中所采用的是單一水樣模擬廢水，本實驗采用自制的管式反應器，以在考察鈦基PbO2電極的電催化性能中，所確定的最佳淀粉初始濃度為本次實驗的初始濃度，且不變，加入無水硫酸鈉為支持電解質(zhì)，反應過程中，每隔30min取1次樣，總電解時間為3h。通過調(diào)節(jié)廢水的流量、電解質(zhì)濃度、電流密度中的某一因素，來考察管式反應器的性能。

3 管式反應器各因素對電化學處理淀粉廢水效果的影響

實驗的設定的初始基本條件是在常溫常壓下，初始濃度為2.5 g·L-1，廢水流量1.5 mL·min-1、電解質(zhì)濃度為2 g·L-1，電流密度為10 mA·cm-2，pH為7，曝氣量為0.1 m3·h-1。在此基礎上設定時間為3h，考察管式反應器各個因素對電化學處理淀粉廢水的效果。

3.1 廢水流量對降解淀粉廢水的影響

在其他初始條件不變的情況下，考察廢水流量分別為1.5 mL·min-1、25 mL·min-1、44 mL·min-1及66 mL·min-1的條件下，對淀粉去除率及淀粉COD去除率的影響。廢水流量對淀粉去除率、COD去除率的影響，見圖1；電解3h時水利停留時間對淀粉濃度、COD去除率的影響，見圖2。

由圖1可知，廢水的流量在1.5-44 mL ·min-1時，隨著電解時間的增加淀粉濃度去除率及COD去除率均呈增加的趨勢；而當廢水流量超過44 mL ·min-1時，淀粉濃度去除率及COD去除率均呈不規(guī)律的趨勢。

圖1 廢水流量對淀粉去除率、COD去除率的影響

由圖2可知，隨著廢水流量的增加，淀粉及COD的去除率均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當廢水流量為1.5 mL ·min-1時，處理效果最佳，淀粉濃度的去除率為90.50%、COD的去除率為52.48%，而靜態(tài)條件下，淀粉濃度的去除率為82.24%，COD的去除率為45.47%，管式反應器中淀粉廢水的去除效果明顯比靜態(tài)條件下的去除效果好。

圖2 電解3h時水利停留時間對淀粉濃度、COD去除率的影響

3.2 電解質(zhì)濃度對降解淀粉廢水的影響

在其他初始條件不變的情況下，考察電解質(zhì)濃度分別為1 g·L-1、2 g·L-1、3 g·L-1、4 g·L-1及5 g·L-1的條件下，對淀粉去除率及淀粉COD去除率的影響。電解質(zhì)濃度對淀粉去除率、COD去除率的影響，見圖3；電解3h時電解質(zhì)濃度對淀粉濃度、COD去除率的影響，見圖4。

圖3 電解質(zhì)濃度對淀粉去除率、COD去除率的影響

圖4 電解3h時電解質(zhì)濃度對淀粉濃度、COD去除率的影響

電解3h時電解質(zhì)濃度對于靜態(tài)反應及管式反應器對淀粉濃度、COD去除率，見表1。

表1 電解3h時電解質(zhì)濃度對于靜態(tài)反應及管式反應器對淀粉濃度、COD去除率

由圖3可知，隨著電解時間的增加淀粉濃度去除率及COD去除率均呈增加的趨勢；由表1可知管式反應器處理淀粉廢水效果在各個電解質(zhì)濃度下，都優(yōu)于靜態(tài)條件下鈦基二氧化鉛電解處理淀粉廢水的效果。由圖4可知，淀粉濃度的去除率及COD的去除率均隨電解質(zhì)濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當電解質(zhì)濃度為時2 g·L-1時，管式反應器對淀粉廢水的處理效果較好。電流密度對淀粉去除率、COD去除率的影響，見圖5；電解3h時電流密度對淀粉濃度、COD去除率的影響，見圖6。

圖5 電流密度對淀粉去除率、COD去除率的影響

圖6 電解3h時電流密度對淀粉濃度、COD去除率的影響

3.3 電流密度對降解淀粉廢水的影響

在其他初始條件不變的情況下，考察電流密度分別為5 mA·cm-2、7.5 mA·cm-2、10 mA·cm-2、12.5 mA·cm-2及15 mA·cm-2的條件下，對淀粉去除率及淀粉COD去除率的影響。電解3h時電流密度對于靜態(tài)反應及管式反應器對淀粉濃度、COD去除率，見表2。

表2 電解3h時電流密度對于靜態(tài)反應及管式反應器對淀粉濃度、COD去除率

由圖5可知，隨著電解時間的增加淀粉濃度去除率及COD去除率均呈增加的趨勢；由表2可知：管式反應器處理淀粉廢水效果在各個電流密度下，都優(yōu)于靜態(tài)條件下鈦基二氧化鉛電解處理淀粉廢水的效果。由圖6可知淀粉濃度的去除率及COD的去除率均隨電流密度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；由圖6及表2可知，當電流密度為10 mA·cm-2、12.5 mA·cm-2及15 mA·cm-2時，雖然在電流密度為12.5 mA·cm-2時，廢水去除率最大，但是廢水去除率相差不大，而過大的電流密度，會使能量造成損失，對經(jīng)濟也比較浪費，因此實驗中選電流密度為10 mA·cm-2為最佳的電流密度。

4 結(jié) 論

文章全面考察了管式反應器處理淀粉廢水的電催化活性，探討了各個因素對淀粉廢水處理效果的影響。通過對基本因素的考察，得出了處理初始濃度為2.5 g·L-1的淀粉模擬廢水的最佳處理條件：廢水流量為1.5 mL ·min-1、電解質(zhì)濃度為2 g·L-1、電流密度為10 mA·cm-2、初始pH值為7。在最佳條件下，淀粉的去除率達90.50%，COD的去除率為52.48%，均取得了很好的處理效果。雖然取得了良好的效果，但是據(jù)達標排放還是有一定的距離，因此可以用本方法作為預處理或深度處理。