微電解法預(yù)處理農(nóng)藥廢水研究

文_程偉 支曉杰 毛凱 張楠楠 李樂 江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司

農(nóng)業(yè)部數(shù)據(jù)顯示，2012 年我國(guó)農(nóng)藥(原藥)生產(chǎn)總量為354．9 萬t，農(nóng)藥生產(chǎn)總量同比增長(zhǎng)19%。農(nóng)藥工業(yè)形成了包括農(nóng)藥原料生產(chǎn)、制劑加工、原料中間體、科研開發(fā)在內(nèi)的完整的工業(yè)體系。農(nóng)藥行業(yè)在對(duì)農(nóng)業(yè)豐收、糧食安全以及出口創(chuàng)匯做出積極貢獻(xiàn)的同時(shí)，對(duì)環(huán)境也產(chǎn)生了直接影響和較大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)藥生產(chǎn)廢水歷來以毒性大、濃度高、治理難成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。目前，農(nóng)藥廢水的處理方法主要有物化、化學(xué)和生化3 類方法，其中生化法應(yīng)用較為普遍，但由于農(nóng)藥廢水可生化性差，因此必須對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理。本文針對(duì)農(nóng)藥廢水的水質(zhì)特征，研究采用微電解工藝對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理。

1 試驗(yàn)條件與方法

本實(shí)驗(yàn)為靜態(tài)搖床試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)容器為密封的磨口錐形瓶，錐形瓶放置于恒溫?fù)u床中。所用廢水采自毒死蜱農(nóng)藥生產(chǎn)車間，經(jīng)過預(yù)沉淀后廢水呈紅棕色并帶有刺激性氣味。廢水主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 毒死蜱生產(chǎn)廢水水質(zhì)指標(biāo) mg/L

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 單因素影響實(shí)驗(yàn)

根據(jù)微電解反應(yīng)原理，選取其中初始pH、反應(yīng)時(shí)間、鐵粉投加量作為本實(shí)驗(yàn)主要考察因素。由于TOC 比COD 更能反映出廢水中有機(jī)物的含量，干擾COD 測(cè)定的因素如 Fe2+、H2O2的存在基本上不影響TOC 的測(cè)定，故選擇TOC 作為評(píng)價(jià)處理效果的考核指標(biāo)，通過改變各單因素的大小篩選最適宜反應(yīng)條件。

2.3 多級(jí)微電解

實(shí)驗(yàn)分為兩種工況：工況1 使用濃硫酸在微電解反應(yīng)過程中定時(shí)調(diào)節(jié)pH 值，使反應(yīng)器中的廢水pH 值保持在1～3 范圍內(nèi)，如此往復(fù)數(shù)次，模擬工程應(yīng)用中的間歇式微電解，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的多級(jí)微電解；工況2 通過使用濃硫酸調(diào)節(jié)微電解出水pH 值后，再次進(jìn)入微電解反應(yīng)裝置，如此往復(fù)數(shù)次，模擬工程應(yīng)用中的連續(xù)式微電解，實(shí)現(xiàn)空間上的多級(jí)微電解。每次微電解反應(yīng)鐵粉投加量100g/L、鐵碳比1：1、初始pH 為1、反應(yīng)時(shí)間60min。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 初始pH值的影響

圖1 為初始pH 值對(duì)TOC 去除效果的影響。隨著初始pH值的升高，TOC 去除率均呈下降趨勢(shì)。初始pH 較低時(shí)，有利于生成Fe2+和Fe3+，也有利于[H]的生成。這使得微電解反應(yīng)進(jìn)行的更為迅速和徹底。初始pH 過高時(shí)，H+濃度低，鐵粉表面易形成鈍化層，阻斷了鐵粉與有機(jī)分子間的電子轉(zhuǎn)移，去除效果下降。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇初始pH 值應(yīng)遵循簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的原則。本文中的毒死蜱廢水pH 值已經(jīng)接近1，因此不需調(diào)節(jié)，可以直接進(jìn)入微電解工藝處理。

圖1 初始pH 值對(duì)TOC 去除效果的影響

3.2 反應(yīng)時(shí)間的影響

圖2 為反應(yīng)時(shí)間對(duì)TOC 處理效果的影響，由圖可以看出，TOC 去除率隨反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)而增大。在進(jìn)行了120min 后去除率變化平緩，反應(yīng)時(shí)間從120min 到480min，TOC 去除率基本保持不變，這是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，鐵粉表面容易產(chǎn)生沉積，阻礙反應(yīng)進(jìn)行。因此，微電解反應(yīng)時(shí)間選取120min 最合適。

圖2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)TOC 去除效果的影響

3.3 鐵粉投加量的影響

圖3 為鐵粉量對(duì)TOC 的影響，由圖可以看出，當(dāng)鐵粉投加量較少時(shí)不同的投加量對(duì)TOC 的去除效果影響較為顯著。隨著投加量的增加，投加量對(duì)TOC 的去除效果影響逐漸減弱。鐵粉投加量從50g/L 增加至400g/L 時(shí)，TOC 的去除率提升了10%，從400g/L 增加到1000g/L 時(shí)，TOC 去除率基本持平。這種變化趨勢(shì)是由于隨著鐵粉投加量的增加，體系中原電池增多，產(chǎn)生的新生態(tài)氫增多。同時(shí)增加鐵粉與廢水中有機(jī)物接觸率，從而提高對(duì)污染物的去除效果。但是鐵粉過量時(shí)，[H]和Fe2+不再是反應(yīng)的限制因素，而且過量的鐵粉會(huì)使廢水與填料混合不均，接觸面積受到限制，動(dòng)力消耗大。因此鐵粉投加量為100g/L 為宜。

圖3 鐵粉投加量對(duì)TOC 去除效果的影響

3.6 多級(jí)微電解

圖4 為多級(jí)微電解對(duì)TOC 的影響，工況1 和工況2 第一級(jí)微電解出水的TOC 去除率分別為26．6%和25．4%，第二級(jí)微電解出水的TOC 去除率分別為40．5%和44．1%，第三級(jí)微電解出水TOC 去除率分別為53．2%和58．1%，第四級(jí)微電解出水總的TOC 去除率分別達(dá)到了59．2%和63．9%，單級(jí)去除效果逐漸下降。

增加微電解級(jí)數(shù)可以有效提高有機(jī)污染物的處理效果，且增加裝置的多級(jí)微電解的處理效果要優(yōu)于定時(shí)加酸的多級(jí)微電解技術(shù)，考慮到工程量和運(yùn)行成本等因素，增加裝置的三級(jí)微電解更具實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

圖4 多級(jí)微電解對(duì)TOC 去除效果的影響

4 結(jié)論

各影響因素對(duì)農(nóng)藥廢水TOC 去除的變化趨勢(shì)基本相同，去除率均是先增加后變平緩，最佳工業(yè)參數(shù)為：pH 為1、反應(yīng)時(shí)間為120min、鐵粉投加量為100g/L。

增加微電解級(jí)數(shù)可以有效提高有機(jī)污染物的處理效果，且增加裝置的多級(jí)微電解的處理效果要優(yōu)于定時(shí)加酸的多級(jí)微電解技術(shù)，實(shí)際工程應(yīng)用中以三級(jí)為宜。

總體上來說微電解工藝處理效果較好、操作維護(hù)方便，是一種較為適宜的農(nóng)藥廢水預(yù)處理工藝。