三维电极处理TNT废水影响因素研究

曾 权 钟欣辰 杨德龙

（江西环境工程职业学院，江西 赣州 341000）

TNT废水的颜色呈红色或粉红色，其中含有的主要污染物是TNT、RDX、HMX 以及TNT 变性的中间产物[1]。由于废水中所含TNT 等硝基化合物浓度高，衍生物成分复杂，且含有大量油脂，所以处理难度非常大。本实验分别采用二维电极电解法和三维电极电解法处理TNT废水，实验中通过控制电解槽电压，极板间距，电动搅拌转速，同时调节初始pH、绝缘粒子与活性炭粒子的质量之比，进而比较该两种电极电解法对有机物的降解效果，并重点分析研究了在采三维电极反应器处理TNT废水过程中的主要影响因素。

1 实验部分

1.1 实验废水来源及水质

本实验的废水来源于某军区弹药修理试验站，废水产生于报废弹药销毁过程，其中主要含有炸药TNT (2,4,6-三硝基甲苯)，还有由于长期储存而产生的一些衍生物如DNT 等[2-3]，废水水质见表1。

表1 废水水质

1.2 实验装置

本次实验装置均自行设计，装置主体电解槽为有机玻璃材质,其尺寸为10cm×5cm×8cm，极板尺寸均为10cm×5cm。阳极为不锈钢片，阴极为石墨板，其中三维电解反应器以活性炭颗粒作为填充粒子，绝缘粒子则是醋酸纤维素颗粒。系统还包括稳压稳流直流电源、pH 计等附件等。试验中废水用量均为200mL，溶液pH的调节则由添加H2S04和NaOH 来控制。装置具体结构如图1、图2 所示。

图1 二维电解反应器

图2 三维电解反应器

2 实验结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 电压对有机物降解效果的影响

调节直流电源改变槽电压分别为7V、10V、15V、20V、25V，称取预处理的活性炭粒子2.5g、绝缘粒子2.5g，用H2SO4和NaOH 调节pH 为3，加入电解质Na2SO4使电流强度为0.40A，搅拌、电解2h 后取样测定TNT 及COD 浓度。实验结果如图3、4、5所示。

图3 电压对污染物去除率的影响

图4 电压与TNT、COD 去除率的关系曲线

2.1.2 极板间距对有机物降解效果的影响

阴、阳极板间距分别取3cm、4cm、5cm、6cm、8cm的条件下，称取经预饱和的活性炭粒子2.5g、绝缘粒子2.5g，电压设置为15V，用H2SO4和NaOH 调节pH 为3，加入电解质Na2SO4使其电流强度为0.40A，搅拌、电解2h。实验结果如图6 所示。

图5 电压与电流的曲线关系

图6 极板间距对污染物去除率的影响

2.1.3 电流密度对有机物降解效果的影响

极板间距4cm，电压15V，调节原水pH=3，绝缘粒子与活性炭颗粒的质量之比为0.3，添加Na2SO4使电流密度分别为5mA/cm2、10mA/cm2、15mA/cm2、20mA/cm2、25mA/cm2，电解时间为2h。实验结果如图7 所示。

图7 电流密度对污染物去除率的影响

2.1.4 搅拌转速对有机物降解效果的影响

极板间距4cm，电压15V，调节原水pH=3，绝缘粒子与活性炭颗粒的质量之比为0.3，添加Na2SO4使电流强度为0.40A，调节电动搅拌机，使搅拌转速分别为0、130 r/min、260 r/min、390 r/min，电解时间为3h。实验结果如图8 所示。

图8 搅拌转速对污染物去除率的影响

2.2 pH 值对电解效果的影响

阴、阳极板间距取4cm，另外称取活性炭粒子2.5g、绝缘粒子2.5g，电压设置为15V，用H2SO4和NaOH 调节原水pH,使pH 分别为3、5、7、9、11，最后添加Na2SO4，调节电流强度为0.40A，同时搅拌、电解3h，实验结果如图9 所示。

图9 pH 对污染物去除率的影响

2.3 绝缘粒子与活性炭粒子的质量之比对电解效果的影响

阴、阳极板间距4cm，电压设置为15V，pH 调节为3，另外称取活性炭颗粒2.5g，同时称取适量的绝缘粒子与活性炭颗粒相混合，混合比例分别为0、0.3、0.5、1、2、3、4，添加Na2SO4电解质，调节电流强度为0.40A，同时搅拌、电解3h，实验结果如图10 所示。

图10 绝缘粒子与导电粒子质量之比对污染物去除率的影响

2.4 不同电解阳极对电解效果的影响

极板间距4cm，电压15V，调节原水pH=3，绝缘粒子与活性炭颗粒的质量之比为0.3，添加Na2SO4使电流强度为0.40A，分别以不锈钢和石墨为阳极进行电解，电解时间为3h，搅拌，每隔0.5h 取样测定TNT与COD。实验结果见图11、图12。

图11 阳极材料对TNT 去除率的影响

图12 阳极材料对CODcr 去除率的影响

3 结论

3.1 通过单因素实验，可以得出以本次试验自行设计的三维电极反应器处理项目废水，最优试验条件参数：槽电压15V，阴阳极板间距4cm，辅助电解质为Na2SO4，电流密度为20 mA/cm2，搅拌转速为260r/min。

3.2 在酸性条件下，电解效果明显好于碱性条件。主要是随着pH 值的减小，溶液的析氧过电位增大，可以有效抑制析氧副反应的发生。但是酸性过强，也容易腐蚀电极和反应器，所以电解原废水最适初始pH=3。

3.3 在三维电极反应器中投加一定量的绝缘物质可改善粒子与粒子及粒子与溶液之间的接触状态，让大量的粒子彼此孤立，增加极化粒子的数量，减少粒子之间短路情况的发生，提高电能利用率。实验证明：在废水pH，电解电压、电流，搅拌、电解时间相同时，在绝缘粒子与导电粒子的质量为0.3，试验废水有机物TNT 及COD 降解效果最好。