曾 權(quán) 鐘欣辰 楊德龍

（江西環(huán)境工程職業(yè)學(xué)院，江西 贛州 341000）

TNT廢水的顏色呈紅色或粉紅色，其中含有的主要污染物是TNT、RDX、HMX 以及TNT 變性的中間產(chǎn)物[1]。由于廢水中所含TNT 等硝基化合物濃度高，衍生物成分復(fù)雜，且含有大量油脂，所以處理難度非常大。本實(shí)驗(yàn)分別采用二維電極電解法和三維電極電解法處理TNT廢水，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)控制電解槽電壓，極板間距，電動(dòng)攪拌轉(zhuǎn)速，同時(shí)調(diào)節(jié)初始pH、絕緣粒子與活性炭粒子的質(zhì)量之比，進(jìn)而比較該兩種電極電解法對(duì)有機(jī)物的降解效果，并重點(diǎn)分析研究了在采三維電極反應(yīng)器處理TNT廢水過(guò)程中的主要影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)源及水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)的廢水來(lái)源于某軍區(qū)彈藥修理試驗(yàn)站，廢水產(chǎn)生于報(bào)廢彈藥銷(xiāo)毀過(guò)程，其中主要含有炸藥TNT (2,4,6-三硝基甲苯)，還有由于長(zhǎng)期儲(chǔ)存而產(chǎn)生的一些衍生物如DNT 等[2-3]，廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 廢水水質(zhì)

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

本次實(shí)驗(yàn)裝置均自行設(shè)計(jì)，裝置主體電解槽為有機(jī)玻璃材質(zhì),其尺寸為10cm×5cm×8cm，極板尺寸均為10cm×5cm。陽(yáng)極為不銹鋼片，陰極為石墨板，其中三維電解反應(yīng)器以活性炭顆粒作為填充粒子，絕緣粒子則是醋酸纖維素顆粒。系統(tǒng)還包括穩(wěn)壓穩(wěn)流直流電源、pH 計(jì)等附件等。試驗(yàn)中廢水用量均為200mL，溶液pH的調(diào)節(jié)則由添加H2S04和NaOH 來(lái)控制。裝置具體結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。

圖1 二維電解反應(yīng)器

圖2 三維電解反應(yīng)器

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 電壓對(duì)有機(jī)物降解效果的影響

調(diào)節(jié)直流電源改變槽電壓分別為7V、10V、15V、20V、25V，稱(chēng)取預(yù)處理的活性炭粒子2.5g、絕緣粒子2.5g，用H2SO4和NaOH 調(diào)節(jié)pH 為3，加入電解質(zhì)Na2SO4使電流強(qiáng)度為0.40A，攪拌、電解2h 后取樣測(cè)定TNT 及COD 濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3、4、5所示。

圖3 電壓對(duì)污染物去除率的影響

圖4 電壓與TNT、COD 去除率的關(guān)系曲線(xiàn)

2.1.2 極板間距對(duì)有機(jī)物降解效果的影響

陰、陽(yáng)極板間距分別取3cm、4cm、5cm、6cm、8cm的條件下，稱(chēng)取經(jīng)預(yù)飽和的活性炭粒子2.5g、絕緣粒子2.5g，電壓設(shè)置為15V，用H2SO4和NaOH 調(diào)節(jié)pH 為3，加入電解質(zhì)Na2SO4使其電流強(qiáng)度為0.40A，攪拌、電解2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示。

圖5 電壓與電流的曲線(xiàn)關(guān)系

圖6 極板間距對(duì)污染物去除率的影響

2.1.3 電流密度對(duì)有機(jī)物降解效果的影響

極板間距4cm，電壓15V，調(diào)節(jié)原水pH=3，絕緣粒子與活性炭顆粒的質(zhì)量之比為0.3，添加Na2SO4使電流密度分別為5mA/cm2、10mA/cm2、15mA/cm2、20mA/cm2、25mA/cm2，電解時(shí)間為2h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7 所示。

圖7 電流密度對(duì)污染物去除率的影響

2.1.4 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)有機(jī)物降解效果的影響

極板間距4cm，電壓15V，調(diào)節(jié)原水pH=3，絕緣粒子與活性炭顆粒的質(zhì)量之比為0.3，添加Na2SO4使電流強(qiáng)度為0.40A，調(diào)節(jié)電動(dòng)攪拌機(jī)，使攪拌轉(zhuǎn)速分別為0、130 r/min、260 r/min、390 r/min，電解時(shí)間為3h。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示。

圖8 攪拌轉(zhuǎn)速對(duì)污染物去除率的影響

2.2 pH 值對(duì)電解效果的影響

陰、陽(yáng)極板間距取4cm，另外稱(chēng)取活性炭粒子2.5g、絕緣粒子2.5g，電壓設(shè)置為15V，用H2SO4和NaOH 調(diào)節(jié)原水pH,使pH 分別為3、5、7、9、11，最后添加Na2SO4，調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度為0.40A，同時(shí)攪拌、電解3h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示。

圖9 pH 對(duì)污染物去除率的影響

2.3 絕緣粒子與活性炭粒子的質(zhì)量之比對(duì)電解效果的影響

陰、陽(yáng)極板間距4cm，電壓設(shè)置為15V，pH 調(diào)節(jié)為3，另外稱(chēng)取活性炭顆粒2.5g，同時(shí)稱(chēng)取適量的絕緣粒子與活性炭顆粒相混合，混合比例分別為0、0.3、0.5、1、2、3、4，添加Na2SO4電解質(zhì)，調(diào)節(jié)電流強(qiáng)度為0.40A，同時(shí)攪拌、電解3h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10 所示。

圖10 絕緣粒子與導(dǎo)電粒子質(zhì)量之比對(duì)污染物去除率的影響

2.4 不同電解陽(yáng)極對(duì)電解效果的影響

極板間距4cm，電壓15V，調(diào)節(jié)原水pH=3，絕緣粒子與活性炭顆粒的質(zhì)量之比為0.3，添加Na2SO4使電流強(qiáng)度為0.40A，分別以不銹鋼和石墨為陽(yáng)極進(jìn)行電解，電解時(shí)間為3h，攪拌，每隔0.5h 取樣測(cè)定TNT與COD。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖11、圖12。

圖11 陽(yáng)極材料對(duì)TNT 去除率的影響

圖12 陽(yáng)極材料對(duì)CODcr 去除率的影響

3 結(jié)論

3.1 通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，可以得出以本次試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)的三維電極反應(yīng)器處理項(xiàng)目廢水，最優(yōu)試驗(yàn)條件參數(shù)：槽電壓15V，陰陽(yáng)極板間距4cm，輔助電解質(zhì)為Na2SO4，電流密度為20 mA/cm2，攪拌轉(zhuǎn)速為260r/min。

3.2 在酸性條件下，電解效果明顯好于堿性條件。主要是隨著pH 值的減小，溶液的析氧過(guò)電位增大，可以有效抑制析氧副反應(yīng)的發(fā)生。但是酸性過(guò)強(qiáng)，也容易腐蝕電極和反應(yīng)器，所以電解原廢水最適初始pH=3。

3.3 在三維電極反應(yīng)器中投加一定量的絕緣物質(zhì)可改善粒子與粒子及粒子與溶液之間的接觸狀態(tài)，讓大量的粒子彼此孤立，增加極化粒子的數(shù)量，減少粒子之間短路情況的發(fā)生，提高電能利用率。實(shí)驗(yàn)證明：在廢水pH，電解電壓、電流，攪拌、電解時(shí)間相同時(shí)，在絕緣粒子與導(dǎo)電粒子的質(zhì)量為0.3，試驗(yàn)廢水有機(jī)物TNT 及COD 降解效果最好。