陳志冉

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475003）

在現(xiàn)有的水污染防止技術(shù)體系中，比較常用的殺菌劑廢水處理技術(shù)有微電解法、電化學(xué)法、電滲析發(fā)等若干種。其中，電化學(xué)法具有自動(dòng)化程度高、不產(chǎn)生二次污染、污染物降解徹底等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥廢水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液等高濃度、高毒性廢水的處理中。當(dāng)然，在應(yīng)用電化學(xué)法處理殺菌劑廢水時(shí)，也偶爾出現(xiàn)處理效果不理想的情況。分析影響廢水處理效果的影響因素，進(jìn)而加以控制對(duì)進(jìn)一步提升電化學(xué)處理技術(shù)的應(yīng)用效果有積極幫助。

1 電化學(xué)法處理殺菌劑廢水的實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)中使用到的儀器有電化學(xué)反應(yīng)器、直流穩(wěn)壓電源、恒溫磁力攪拌器等。所用實(shí)驗(yàn)藥品有異噻唑啉酮、NaSO4、HCl、NaOH 等。

以某生產(chǎn)工業(yè)殺菌劑的化工企業(yè)作為實(shí)驗(yàn)樣品的采集點(diǎn)，對(duì)其排放的生產(chǎn)廢水進(jìn)行隨機(jī)取樣，得到樣品15 份，每份50ml。使用紫外光譜檢測(cè)，結(jié)果表明廢水中異噻唑啉酮的濃度在184-206mg/L 之間，pH 值在4.2-6.1 之間，各類污染物的具體指標(biāo)如表1 所示。

表1 殺菌劑廢水樣品的檢測(cè)結(jié)果（mg/L）

研究表明，異噻唑啉酮的產(chǎn)品組成上，CMI 含量在10.6-11.8%，MI 的含量在3.0-4.2%，另外還有硝酸鎂、氯化鎂等。異噻唑啉酮的去除率（η）可通過公式計(jì)算得出：

式（1）中，C 為反應(yīng)時(shí)間為t 時(shí)異噻唑啉酮的濃度，C0反應(yīng)開始前異噻唑啉酮濃度，單位均為mg/L。

1.2 電化學(xué)氧化異噻唑啉酮的實(shí)驗(yàn)

采用靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的方式，分析電流密度、氧化時(shí)間與廢水中異噻唑啉酮講解效果的關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)中，選取TiSnO2+SbO3/PbO2電極作為陽(yáng)極，另外選擇一塊完好的不銹鋼作為陰極。結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自制電化學(xué)工作臺(tái)。選擇一個(gè)容積為200ml 的燒杯，向其中加入含有異噻唑啉酮的殺菌劑廢水。采用變量控制法，依次選取氧化時(shí)間、pH 值、電流密度作為單一變量，探究在不同條件下殺菌劑廢水中異噻唑啉酮講解效果。

2 電化學(xué)氧化異噻唑啉酮的影響因素

2.1 氧化時(shí)間

為降低實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理難度，選擇一份殺菌劑廢水，在檢測(cè)其中異噻唑啉酮濃度的基礎(chǔ)上，通過加入清水稀釋或者加入異噻唑啉酮藥劑的方式，調(diào)制得到濃度恒定為200mg/L 的實(shí)驗(yàn)溶液。同時(shí)，結(jié)合之前測(cè)量所得的廢水樣品pH 值，選擇加入NaSO4進(jìn)行pH 值調(diào)節(jié)，使其恒定為6。將實(shí)驗(yàn)儀器的電流密度設(shè)定為20mA/cm2。然后通電運(yùn)行電化學(xué)反應(yīng)器。殺菌劑廢水樣品中異噻唑啉酮去除率（η）隨著反映時(shí)間（t）的變化曲線如圖1 所示。

結(jié)合圖1 可以發(fā)現(xiàn)，在電化學(xué)反應(yīng)器運(yùn)行之后，從第30min開始檢測(cè)到廢水中異噻唑啉酮的濃度開始降低，此時(shí)η 的初始值為47%。隨著氧化時(shí)間的增加，在30-90min 之間，η 的變化較為明顯，在第90min 時(shí)達(dá)到了90%。之后由于廢水中異噻唑啉酮的濃度已經(jīng)較低，因此繼續(xù)進(jìn)行電化學(xué)處理，η 的去除率變化量開始減小，從氧化時(shí)間第90-180min 之間，η 的去除率上升至98%。總體來看，使用電化學(xué)法處理殺菌劑廢水，對(duì)于廢水中異噻唑啉酮的去除效果較為理想。另外，圖1 中也給出了廢水中CODcr 去除率與氧化時(shí)間的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)在氧化處理180min 后，去除率達(dá)到了44%。從經(jīng)濟(jì)性考慮，基于電化學(xué)法去除廢水中異噻唑啉酮，最佳時(shí)間控制在90min 為宜。

圖1 異噻唑啉酮去除率與氧化時(shí)間的關(guān)系圖

2.2 溶液的pH

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件與2.1 實(shí)驗(yàn)基本保持一致。主要區(qū)別在于變量的調(diào)整，即將電化學(xué)氧化時(shí)間固定在90min，而將溶液pH調(diào)節(jié)為多個(gè)等級(jí)，以此來探究殺菌劑廢水不同pH 值對(duì)于電化學(xué)法處理異噻唑啉酮效果的影響。選取同一份廢水樣品，將其等分成6 份，向其中添加HCl 或NaOH，獲得pH=1,3，5，7，9，11的6 份實(shí)驗(yàn)溶液。分別加入到電化學(xué)反應(yīng)器中，得到溶液中異噻唑啉酮去除率（η）與pH 值的關(guān)系曲線，如圖2 所示。

圖2 異噻唑啉酮去除率與溶液pH 的關(guān)系圖

結(jié)合圖2 可以發(fā)現(xiàn)，溶液pH 值也是影響殺菌劑廢水中異噻唑啉酮去除率的一個(gè)因素，但是pH 值的改變對(duì)η 的影響效果并不明顯。在pH 值＜7 的情況下，隨著酸性的減弱，η 的值也隨之降低。說明當(dāng)溶液的酸性減弱，使用電化學(xué)法處理殺菌劑廢水中的異噻唑啉酮，效果也有所減弱。分析其原因，酸性較強(qiáng)環(huán)境下，O2在陰極處更容易還原進(jìn)而得到H2O2，導(dǎo)致溶液中[OH]自由基濃度上升，因而異噻唑啉酮的去除率較高。反之，酸性逐漸減弱，則O2的還原難度隨之增加，由此也使得η 值有一定幅度的下降。在pH 值在7-11 之間是，隨著溶液堿性增強(qiáng)，η值增加。但是當(dāng)pH＞11 時(shí)，由于陽(yáng)極析出氧的量增加，對(duì)溶液中[OH]自由基產(chǎn)生了抑制作用，由此導(dǎo)致η 值降低。另外，圖2也給出了溶液中CODcr 與pH 的關(guān)系曲線，可以發(fā)現(xiàn)隨著pH值的增大，溶液中CODcr 的去除率緩慢降低。在pH=1 時(shí)，CODcr 的η 值為38%；在pH=11 時(shí)，CODcr 的η 值為22%。理論上來說，基于電化學(xué)法去除廢水中異噻唑啉酮，最佳pH 為5-7。但是考慮到殺菌劑廢水本身的pH 在4.2-6.1 之間，基于經(jīng)濟(jì)性考慮，實(shí)際pH 選擇為6。

2.3 電流密度

實(shí)驗(yàn)設(shè)備及條件與2.1 實(shí)驗(yàn)基本保持一致。主要區(qū)別在于變量的調(diào)整，即將pH 恒定為6，氧化反應(yīng)時(shí)間恒定為90min，改變電化學(xué)反應(yīng)器的電流密度，使其在0-20mA/cm2之間變化，以此來探究電流密度對(duì)殺菌劑廢水中異噻唑啉酮去除率的影響。在實(shí)驗(yàn)中，將電流密度的調(diào)整檔位分別設(shè)定為2.5 mA/cm2、5.0 mA/cm2、10.0 mA/cm2、15.0 mA/cm2和20.0 mA/cm2。隨著電流密度增加，異噻唑啉酮去除率的變化曲線如圖3 所示。

圖3 異噻唑啉酮去除率與電流密度的關(guān)系圖

結(jié)合圖3 可以發(fā)現(xiàn)，在電流密度小于5 mA/cm2時(shí)，該值的變化對(duì)η 幾乎沒有影響。而電流密度從5 mA/cm2增加到20 mA/cm2時(shí)，隨著該值的增加，η 值也呈現(xiàn)出較為明顯的變化。從5 mA/cm2時(shí)的53%，增加到205 mA/cm2時(shí)的84%。其中，電流密度到達(dá)15mA/cm2之前，η 的斜率更大，說明電流密度對(duì)異噻唑啉酮去除率的影響更加明顯；電流密度超過15 mA/cm2后，對(duì)異噻唑啉酮去除率的影響減弱。另外，圖3 也給出了電流密度變化對(duì)溶液中CODcr 去除率的影響，隨著電流密度增加，去除率緩慢上升。綜合處理時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等因素，實(shí)際電流密度設(shè)定為15 mA/cm2。

3 結(jié)論

工業(yè)上生產(chǎn)殺菌劑時(shí)產(chǎn)生的廢水中，含有異噻唑啉酮、CODcr 等多種有害物質(zhì)。為做到廢水的無害化處理，必須要借助于相應(yīng)的技術(shù)手段降低廢水中污染物的濃度。本文介紹的電化學(xué)法處理殺菌劑廢水技術(shù)，通過調(diào)節(jié)電化學(xué)反應(yīng)器的電流密度為15mA/cm2，將廢水的pH 值調(diào)制6,持續(xù)氧化反應(yīng)90min，可以實(shí)現(xiàn)廢水中異噻唑啉酮去除率的最大化。