微電解法預處理農藥廢水研究

文_程偉 支曉杰 毛凱 張楠楠 李樂 江蘇環保產業技術研究院股份公司

農業部數據顯示，2012 年我國農藥(原藥)生產總量為354．9 萬t，農藥生產總量同比增長19%。農藥工業形成了包括農藥原料生產、制劑加工、原料中間體、科研開發在內的完整的工業體系。農藥行業在對農業豐收、糧食安全以及出口創匯做出積極貢獻的同時，對環境也產生了直接影響和較大的潛在風險。農藥生產廢水歷來以毒性大、濃度高、治理難成為社會關注的重點。目前，農藥廢水的處理方法主要有物化、化學和生化3 類方法，其中生化法應用較為普遍，但由于農藥廢水可生化性差，因此必須對廢水進行預處理。本文針對農藥廢水的水質特征，研究采用微電解工藝對廢水進行預處理。

1 試驗條件與方法

本實驗為靜態搖床試驗，實驗反應容器為密封的磨口錐形瓶，錐形瓶放置于恒溫搖床中。所用廢水采自毒死蜱農藥生產車間，經過預沉淀后廢水呈紅棕色并帶有刺激性氣味。廢水主要水質指標見表1。

表1 毒死蜱生產廢水水質指標 mg/L

2 實驗設計

2.1 單因素影響實驗

根據微電解反應原理，選取其中初始pH、反應時間、鐵粉投加量作為本實驗主要考察因素。由于TOC 比COD 更能反映出廢水中有機物的含量，干擾COD 測定的因素如 Fe2+、H2O2的存在基本上不影響TOC 的測定，故選擇TOC 作為評價處理效果的考核指標，通過改變各單因素的大小篩選最適宜反應條件。

2.3 多級微電解

實驗分為兩種工況：工況1 使用濃硫酸在微電解反應過程中定時調節pH 值，使反應器中的廢水pH 值保持在1～3 范圍內，如此往復數次，模擬工程應用中的間歇式微電解，實現時間上的多級微電解；工況2 通過使用濃硫酸調節微電解出水pH 值后，再次進入微電解反應裝置，如此往復數次，模擬工程應用中的連續式微電解，實現空間上的多級微電解。每次微電解反應鐵粉投加量100g/L、鐵碳比1：1、初始pH 為1、反應時間60min。

3 結果分析與討論

3.1 初始pH值的影響

圖1 為初始pH 值對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。初始pH 較低時，有利于生成Fe2+和Fe3+，也有利于[H]的生成。這使得微電解反應進行的更為迅速和徹底。初始pH 過高時，H+濃度低，鐵粉表面易形成鈍化層，阻斷了鐵粉與有機分子間的電子轉移，去除效果下降。在實際應用中，選擇初始pH 值應遵循簡單、經濟的原則。本文中的毒死蜱廢水pH 值已經接近1，因此不需調節，可以直接進入微電解工藝處理。

圖1 初始pH 值對TOC 去除效果的影響

3.2 反應時間的影響

圖2 為反應時間對TOC 處理效果的影響，由圖可以看出，TOC 去除率隨反應時間增長而增大。在進行了120min 后去除率變化平緩，反應時間從120min 到480min，TOC 去除率基本保持不變，這是因為反應時間過長，鐵粉表面容易產生沉積，阻礙反應進行。因此，微電解反應時間選取120min 最合適。

圖2 反應時間對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TOC 的影響，由圖可以看出，當鐵粉投加量較少時不同的投加量對TOC 的去除效果影響較為顯著。隨著投加量的增加，投加量對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，TOC 的去除率提升了10%，從400g/L 增加到1000g/L 時，TOC 去除率基本持平。這種變化趨勢是由于隨著鐵粉投加量的增加，體系中原電池增多，產生的新生態氫增多。同時增加鐵粉與廢水中有機物接觸率，從而提高對污染物的去除效果。但是鐵粉過量時，[H]和Fe2+不再是反應的限制因素，而且過量的鐵粉會使廢水與填料混合不均，接觸面積受到限制，動力消耗大。因此鐵粉投加量為100g/L 為宜。

圖3 鐵粉投加量對TOC 去除效果的影響

3.6 多級微電解

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

增加微電解級數可以有效提高有機污染物的處理效果，且增加裝置的多級微電解的處理效果要優于定時加酸的多級微電解技術，考慮到工程量和運行成本等因素，增加裝置的三級微電解更具實際應用價值。

圖4 多級微電解對TOC 去除效果的影響

4 結論

各影響因素對農藥廢水TOC 去除的變化趨勢基本相同，去除率均是先增加后變平緩，最佳工業參數為：pH 為1、反應時間為120min、鐵粉投加量為100g/L。

增加微電解級數可以有效提高有機污染物的處理效果，且增加裝置的多級微電解的處理效果要優于定時加酸的多級微電解技術，實際工程應用中以三級為宜。

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