戴月珍，陳哲琪，于鎮(zhèn)偉，於海明

(1.江蘇宜興環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 宜興214200； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京210031)

0 引言

當(dāng)前農(nóng)業(yè)有機廢水已成為制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色快速發(fā)展的重要阻礙，其主要來源有畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便和作物種植過程中農(nóng)藥化學(xué)品的殘留[1]。未處理的農(nóng)業(yè)廢水會造成水體污染，對人類身體健康造成傷害[2-5]。某些廢水中含有大量污染物質(zhì)，這種高濃度有機廢水會使水體因為富營養(yǎng)化而變黑發(fā)臭，破壞生物多樣性。有效處理農(nóng)業(yè)有機廢水對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展具有重要意義[6-7]。

傳統(tǒng)的廢水處理方法有吸附法、過濾法、混凝沉降法和化學(xué)氧化法[8-10]。胡文云等[11]對中性紅廢水采用PAC和PAM進行混凝處理，探討溫度、pH值、攪拌時間和混凝劑投加量等因素對廢水COD和色度的去除影響。陳董根等[12]對二級生化出水進行深度處理，采用O3催化氧化法降解廢水中的有機物。研究發(fā)現(xiàn)單純依靠這種物化處理方法并不能達到預(yù)期效果且成本較高。因此，常采用生化法進行處理，通過厭氧和好氧處理，可以去除有機廢水中的大部分污染物，經(jīng)濟性好，但流程復(fù)雜、周期長[13-15]。

試驗采用電化學(xué)技術(shù)來處理廢水，比較了鐵碳微電解法、電絮凝法和電催化氧化法，最終選擇以Fe2O3-GAC為三維電極的三維電極法進行有機廢水處理，根據(jù)廢水處理標(biāo)準中的COD去除率和脫色率來評價不同條件參數(shù)下的處理效果，以選擇出處理有機廢水的最優(yōu)參數(shù)組合[16-19]。

1 試驗材料與方法

1.1試驗材料與儀器

試驗所用的試驗試劑主要有亞甲基藍、硫酸亞鐵銨、重鉻酸鉀、硫酸銀、鄰菲羅啉、硫酸亞鐵、濃硫酸、氫氧化鈉和鹽酸，其中除重鉻酸鉀試劑的純度規(guī)格為優(yōu)級純外，其余試劑純度規(guī)格均為分析純。

1.2試驗裝置

試驗采用試驗室自制的小型三維電極反應(yīng)器，填充粒子為制備好的Fe2O3-GAC，相比其他金屬氧化物，F(xiàn)e2O3-GAC能兼顧具有高強度穩(wěn)定性和良好的電催化性能。試驗裝置主要由反應(yīng)池、陰陽極板、空氣泵、流量計和高頻直流電源等組成，反應(yīng)池底部有多孔隔板，防止活性炭泄漏，內(nèi)部設(shè)置卡槽，便于極板位置的調(diào)節(jié)與安裝。極板上安裝導(dǎo)線接口，與整流器相連，整流器輸出高頻直流電流。試驗裝置如圖1所示。

1.3試驗方法

1.3.1填充電極預(yù)處理

為消除Fe2O3-GAC的吸附性對有機廢水電解效果的影響，在進行電解亞甲基藍廢水試驗前，必須將Fe2O3-GAC放在亞甲基藍溶液中進行浸泡預(yù)處理，在Fe2O3-GAC達到吸附飽和之后才能進行試驗。具體方法：將制備好的Fe2O3-GAC放入100 mgL的亞甲基藍溶液中浸泡2 h，再倒掉濾液，重新加入100 mgL的亞甲基藍，反復(fù)操作幾次，直至亞甲基藍溶液色度不再發(fā)生變化即可。

1.3.2試驗處理方法

完成單因素試驗后采用正交試驗來驗證試驗結(jié)果的合理性和準確性，對影響COD去除率和脫色率的因素進行主次排序。設(shè)計一組正交試驗，由于COD去除率和脫色率具有相同的變化屬性，因此本試驗只考察脫色率的變化。選定的3因素分別為電解時間、電流密度和pH值，正交試驗設(shè)計如表1所示。

表1 正交試驗設(shè)計

1.3.3COD含量測定

有機廢水處理效果的評價指標(biāo)可由化學(xué)需氧量(COD)表示，試驗用重鉻酸鉀法進行測量[20-21]。

具體步驟：量取20 mL亞甲基藍溶液到錐形瓶，加入5 mL重鉻酸鉀(0.75 molL)，將其放在自動消解回流儀上，連接好瓶口，向冷凝口緩慢加入26 mL硫酸銀溶液，加熱2 h后冷卻至室溫，從冷凝口加入70 mL蒸餾水后將錐形瓶取出，滴入2～4滴試亞鐵靈指示劑，再用0.1 molL硫酸亞鐵銨標(biāo)準溶液滴定至紅褐色終點，消耗的體積記為V1，再量取20 mL蒸餾水，重復(fù)以上過程，記錄消耗的0.1 molL硫酸亞鐵銨標(biāo)準溶液的體積為V0，則COD可如式(1)計算。

(1)

式中C——硫酸亞鐵銨溶液的濃度，molL

綜上所述，相較于使用X線片診斷，使用單層螺旋CT診斷急性闌尾炎方法簡便，易于操作，安全程度高，診斷真確率高，總體來說效果良好更為可靠，值得臨床廣泛推廣。

V0——滴定空白(蒸餾水)時所消耗的硫酸亞鐵銨的體積，mL

V1——滴定檢測試樣時所需要的硫酸亞鐵銨的體積，mL

V——所取廢水水樣的體積，mL

根據(jù)計算出的廢水COD，可由式(2)計算亞甲基藍模擬廢水的COD去除率。

CODr=(1-CODeCODj)×100%

(2)

式中CODr——COD去除率

CODe——電解后COD值

CODi——未處理COD值

有機廢水處理過程中除考慮COD含量指標(biāo)外還需考慮其脫色率。測定方法：打開紫外分光度計初始化30 min，由于亞甲基藍的最大吸收波長為664 nm，設(shè)置波長為664 nm，將蒸餾水作為對照，加入光程10 nm的比色皿，測量吸光度；用滴管滴入一定量的亞甲基藍溶液，再次測量吸光度，記為A1，分別測量不同電解工藝條件下的樣本吸光度，記為Ai，根據(jù)廢水前后吸光度的變化可以計算出脫色率S，計算方法如式(3)所示。

(3)

1.4數(shù)據(jù)處理

利用SPSS和Origin軟件對單因素試驗和正交試驗的結(jié)果進行分析，根據(jù)結(jié)果對比得出能獲得最佳處理效果的參數(shù)組合。

2 試驗結(jié)果

2.1單因素試驗

2.1.1電解時間對有機廢水處理效果的影響

對亞甲基藍模擬廢水進行電解時，在不同時間下取樣分析，廢水的COD去除率和脫色率變化如圖2所示。

從圖2可以看出，由于廢水中染色分子沒有被完全礦化，所以脫色率高于COD去除率。圖中顯示，隨著通電時間的增加，廢水的COD去除率和脫色率都有了明顯提高，在反應(yīng)的開始階段增長迅速，這是由于反應(yīng)一開始大量有機物迅速被降解，有機物的量逐漸減少，傳質(zhì)效率下降，所以增加逐漸緩慢。在電解時間為30 min時，廢水COD去除率達到59.7%，脫色率達到88.5%，如圖3所示，30 min后二者幾乎沒有明顯變化，而且會提高能耗，增加成本，所以電解時間為30 min時是合理的選擇。

2.1.2電流密度對有機廢水處理效果的影響

以單位面積上的電流大小(電流密度)作為自變量，考察不同電流密度下廢水的COD去除率和脫色率的變化，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著電流密度的逐漸增大，廢水COD去除率和脫色率都在同時提高。當(dāng)電流密度為8 mAcm2時，廢水的COD去除率和脫色率都達到較好的處理水平，分別是56.7%和82.9%，電解前后如圖5所示。電流密度在8 mAcm2之前，隨著電流密度的增加，二者的增長率是先高后低，這是因為電流密度逐漸增大，增大了粒子間吸引有機物附著的驅(qū)動力，有利于羥基自由基的產(chǎn)生，從而加速有機物的降解。當(dāng)電流密度>8 mAcm2時，廢水處理效果上升緩慢，這是由于電流增大，水溫升高，填充粒子活性降低，水中副反應(yīng)增多，降低電流利用效率，能耗增加，所以合理的電流密度應(yīng)該為8 mAcm2。

2.1.3pH值對有機廢水處理效果的影響

電解不同pH值的廢水，其COD去除率和脫色率的變化如圖6所示。

2.2正交試驗

由單因素試驗結(jié)果可知，電解時間、電流密度和pH值對有機廢水處理效果有一定影響，這3個因素對處理效果的聯(lián)合作用，如表2所示。

表2 正交試驗結(jié)果

表2中的K1、K2和K3分別表示各因素在1、2和3水平上的平均脫色率。由表2可知，A因素(電解時間)在水平3上的平均脫色率最大，即電解時間為30 min時為最佳條件；B因素(電流密度)在水平2上的平均脫色率最大，即電流密度為8 mAcm2時為最佳反應(yīng)條件；C因素(pH值)在水平2上的平均脫色率最大，即pH值為6時為最佳反應(yīng)條件。因此，最佳的工藝參數(shù)組合為A3B2C2。方差分析如表3所示，由表3可知，電解時間、電流密度和pH值均對廢水處理效果有顯著影響，且在影響程度上，方差分析和極差分析均顯示，電解時間>電流密度>pH值。

表3 正交試驗方差分析

3 結(jié)論

單因素試驗和正交試驗結(jié)果均表明，在以Fe2O3-GAC為三維電極的電解試驗中，當(dāng)電解時間為30 min、電流密度為8 mAcm2和pH值為6時，可以獲得最好的有機廢水處理效果。正交試驗結(jié)果還顯示，3個因素中，影響廢水降解效果的主次順序依次是電解時間、電流密度和pH值，這一結(jié)果驗證了前述單因素試驗最優(yōu)參數(shù)的合理性。在以最優(yōu)參數(shù)組合對試驗室實際的有機廢水進行試驗后，廢水COD去除率達到59.7%，脫色率達到88.5%，廢水處理效果非常顯著。