電催化-生物氧化組合工藝構(gòu)建及處理除草劑廢水研究.pdf

1、農(nóng)藥廢水因具有化學(xué)需氧量高、可生化性差、毒性大等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的生化處理難以高效去除、達(dá)標(biāo)排放。電催化氧化技術(shù)作為一種高級(jí)氧化技術(shù)已被證明對(duì)有毒有機(jī)物可高效降解并去除其毒性。而三維電極氧化技術(shù)因能更好地解決電催化氧化技術(shù)應(yīng)用中存在的電流效率低、能耗高等瓶頸問(wèn)題，成為近些年電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文以電催化氧化技術(shù)為核心，建立電絮凝-三維電催化氧化-生物接觸氧化組合工藝，并對(duì)除草劑廢水的處理開展了試驗(yàn)研究，具體研究?jī)?nèi)容及成果如下。

2、>　　以Sb摻雜Ti/SnO2電極為陽(yáng)極，采用電催化氧化技術(shù)對(duì)含丙草胺、異噁草酮、2,4-D等除草劑的模擬廢水分別進(jìn)行電催化氧化預(yù)處理的可行性研究。以除草劑的去除率、TOC去除率、能耗等為考察指標(biāo)，優(yōu)化了電催化氧化反應(yīng)條件；借助于HPLC、GC-MS等分析檢測(cè)技術(shù)推測(cè)了丙草胺電催化氧化降解機(jī)理；采用微生物呼吸曲線法以及藻類生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)對(duì)預(yù)處理后廢水的可生化性及毒性的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，電催化氧化技術(shù)可有效去除廢水中的異噁草酮、丙草

3、胺、2,4-D及部分中間體，當(dāng)電流密度為20mA/cm2，電解質(zhì)投加量為0.1mol/L，分別處理100mL的50 mg/L丙草胺、100mg/L異噁草酮、100mg/L2,4-D廢水，電解60min后，除草劑的去除率分別為丙草胺98.8％、異噁草酮73%、2,4-D98.7%；丙草胺、異噁草酮、2,4-D廢水中TOC的去除率分別為43.1%、34.3%和52.3%；能耗分別為12.4kWh/m3、12.48kWh/m3和14.88kW

4、h/m3。此時(shí)廢水不可生物降解，且對(duì)藻類的生長(zhǎng)具有抑制作用。當(dāng)電解時(shí)間延長(zhǎng)到120 min后可去除廢水中全部的除草劑，丙草胺、異噁草酮、2,4-D廢水中TOC的去除率也分別增加到70.2%、57.9%和75.4%，此時(shí)廢水的可生化性能明顯提高，對(duì)藻類生長(zhǎng)的抑制作用明顯降低。為了能高效低耗處理除草劑廢水，需建立新型三維電催化氧化體系。
　　以價(jià)廉易得的石英微孔瓷環(huán)為載體，采用浸漬-焙燒法制備了新型的負(fù)載Sb摻雜SnO2的石英微孔瓷環(huán)

5、粒子電極，借助掃描電子顯微鏡(SEM)、能量色散X射線能譜(EDS)和X射線衍射(XRD)等分析檢測(cè)技術(shù)對(duì)所制備的粒子電極的形貌及晶相組成進(jìn)行了表征。以Sb摻雜Ti/SnO2涂層電極為陽(yáng)極，鈦板為陰極，填充所制備的瓷環(huán)粒子電極，建立三維電極體系，以COD去除率、能耗為考察指標(biāo)對(duì)二維電極體系與三維電極體系的降解效果進(jìn)行對(duì)比；采用極化曲線、循環(huán)伏安曲線、羥基自由基的熒光光譜檢測(cè)技術(shù)對(duì)三維電極體系的電催化氧化機(jī)理進(jìn)行研究。結(jié)果表明，本論文所建

6、立的三維電極體系因羥基自由基的產(chǎn)生量多于二維電極體系，因此對(duì)除草劑廢水COD的去除率明顯高于二維電極體系，而能耗反而低于二維電極體系，當(dāng)電解120min時(shí)，兩體系COD去除率差值為28.7%，能耗差值為20.2kWh/kgCOD。通過(guò)對(duì)三維電極反應(yīng)體系內(nèi)粒子電極的電位分布進(jìn)行測(cè)定表明，所建立的三維電極體系內(nèi)電位分布是均勻的。采用Fluent軟件對(duì)所設(shè)計(jì)反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬，表明反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)分布也是均勻的。由此優(yōu)化設(shè)計(jì)了新型的復(fù)極性三

7、維固定床反應(yīng)器。
　　通過(guò)可行性研究，構(gòu)建了電絮凝-三維電催化氧化-生物接觸氧化組合工藝，并對(duì)電絮凝、三維電催化氧化以及生物接觸氧化的運(yùn)行工藝進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，采用電絮凝預(yù)處理COD為3000mg/L左右的除草劑廢水，在電流密度為15mA/cm2、進(jìn)水流速為4L/h的條件下，電絮凝30min后，出水COD為1700mg/L左右，濁度為25NTU，此時(shí)能耗為0.78kWh/m3。采用三維電極反應(yīng)器繼續(xù)處理電絮凝出水，當(dāng)槽電壓調(diào)節(jié)為

8、30V，曝氣量控制在50mL/min、粒子電極填充量為反應(yīng)器體積的2/3、水力停留時(shí)間達(dá)到120min，出水COD為400mg/L左右，可生化性明顯提高，B/C達(dá)到0.38以上，能耗為6.9kWh/m3。繼續(xù)采用生物接觸氧化工藝對(duì)廢水進(jìn)行生化處理，通過(guò)對(duì)生物接觸氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)、馴化、運(yùn)行，保證出水COD﹤150mg/L。然后建立連續(xù)運(yùn)行的電絮凝-三維電催化氧化-生物接觸氧化組合工藝處理除草劑實(shí)際廢水，整個(gè)工藝對(duì)廢水的COD去除率達(dá)95