超聲降解甲胺磷農(nóng)藥廢水

1、超聲降解甲胺磷農(nóng)藥廢水中國環(huán)境科學(xué)200222(3):210-213ChinaEnvironmentalScience超聲降解甲胺磷農(nóng)藥廢水孫紅杰,張志群f北京化工大學(xué)環(huán)境工程系-E京100029)摘要:采用功率超聲的新方法,研究了超聲波功率,頻率,聲強(qiáng),變幅桿直徑,溶液初始pH值以及空化氣體種糞等固索對降解甲胺磷農(nóng)藥廢水的影響.結(jié)果表明.甲胺磷的降解率與超聲反應(yīng)時間基本呈線性盞秉,具有級反應(yīng)動力學(xué)特征;低頻把圍內(nèi)改變超聲波頻率耐甲胺磷降梓的影響根小:增大超聲被功率,聲強(qiáng)和變幅桿直徑,甲胺磷降解率明顯提高25mm時可選617噼.溶液初始pH值的影響顯著,酸性條件有利于甲胺磷降解;充八空化氣體對

2、甲胺磷降解有利,其影響排序?yàn)榭諝?gt;Ar>>N關(guān)鍵詞:甲歧磷農(nóng)藥廢水;超聲波;降梓;空化教應(yīng)中圈分婁號:X592文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:l000-6923(200!)03021104DegratliRionofmethamidophospestiddewashewalerbysmalcafion.SUNHong-jie,ZHANGZhiqtm(DepartmentofEnvironmentalEngineering,BeijingUalversityofChemicalTechnology,Beijing100029,China)Ch/naEnvironmentalScienc

3、e2002,22(3);210213Abstract:Aflewmethodofultrasonicirradiationwasusedtostudytheeffectsofsuchfactorsasultrasonicpower,ultrasonicfrequencyultrasonicintensity,probediameter,initialpHvalueofsolutionandcavitafinggasestypeondegadmonofrnethamidophospesticidewastewaler.Theresultsshowthatmethamidophosdegradat

4、ionratehasbasicallylinearllafionwithsonicationtimep;sessingfirstorderkineticfeature;effectofultrasonicfrequencychangeonmethamidophosdegradationinlowfrequencyrengesisveryinsigalficant;withtheincreaseofultrasonicpower,ultrasonicintensityandprobediameler,thedegradationtaleofraethamidophincreaseevidentl

5、y,reaching61.7%at25mm;initialpHvalue:gofthesolutionexhibitsignificantinfluenceandacidicconditionisfavorableformetharnidophdegradation.thecxlstenoeofcaviratinggasesisfavorableforthedegradation出itsinfltenceorderofAir>Ar>>N2K町words:methamidophos;pesticidewastewater,.ultrasonicwavedegradation,c

6、avitationeffect超聲降解水體中有機(jī)污染物,尤其是難降解有機(jī)污染物,是2O世紀(jì)90年代以來興起的新型水污染控制技術(shù),該技術(shù)利用超聲輻射產(chǎn)生的空化效應(yīng),將水中的難降解有機(jī)污染物分解為環(huán)境可以接受的小分子物質(zhì),不僅操作簡便,降解速度快,還可以單獨(dú)或與其他水處理技術(shù)聯(lián)合使用,是一種極具產(chǎn)業(yè)前景的清潔凈化方法,甲胺磷是目前國內(nèi)外廣泛使用的種高效廣譜性有機(jī)磷殺蟲劑,具有毒性大,殘留期長,不易生物降解和易致畸,致癌,致突變性的特點(diǎn),是我國水體環(huán)境污染優(yōu)先監(jiān)測的十大農(nóng)藥品種之一,甲胺磷農(nóng)藥廢水的處理方法主要有活性污泥,接觸氧化等生化處理方法I4,51和化學(xué)氧化法I6,物理吸附法m等,生化法處理后

7、水體中的有機(jī)磷含量仍較高,存在菌種培養(yǎng)困難,充氧能耗大等問題;化學(xué)法和物理法處理因設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高,凈化效果差而應(yīng)用鞍少,本文采用功率超聲的新方法對農(nóng)藥廢水中甲胺磷的降解進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,考察了諸多因素的影響.1實(shí)驗(yàn)部分1,1儀器與試劑1.1.1儀器JY98.III型超聲波發(fā)生器,頻率范圍20-35kHz可調(diào),最大功率1200W;換能器配備浸入式變幅桿,探頭1Crl8Ni9Ti不銹鋼,終端鍍Ti,直徑分別為l5,20,25nun;樣品分析采用752G型紫外分光光度計,CTL.12型COD測定儀和TDL-40B型低速離心機(jī),轉(zhuǎn)數(shù)4000r/min.收稿13期:200109103期孫紅杰等:超聲

8、降解甲胺磷農(nóng)藥廢水1.1.2試劑甲胺磷農(nóng)藥,5o%L油(浙江巨化股份有限公司):碘化鉀,硫酸汞,鄰苯二甲酸氫鉀,鹽酸,氫氧化鈉,濃硫酸均為分析純(北京化工廠);去離子水,自制.1.2實(shí)驗(yàn)裝置l213圖1超聲降解實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.1Ultrasonicdecomposingapparatus超聲換能器2溫度計3超聲隔音箱4可調(diào)節(jié)主架臺5.孌幅桿探頭6超聲波反應(yīng)器7匿溫水嶄8信號傳輸9超聲功率調(diào)節(jié)l0工作參數(shù)顯示11超聲功率顯示l2工作參數(shù)設(shè)定13電源開盞實(shí)驗(yàn)裝置如圖l所示-超聲反應(yīng)器自制,容積250mL;超聲波由超聲換能器產(chǎn)生,經(jīng)變幅桿探頭發(fā)出,對甲胺磷溶液進(jìn)行降解.反應(yīng)溫度由恒溫水浴控制.1

9、.3實(shí)驗(yàn)方法將甲胺磷農(nóng)藥配制成一定濃度的水溶液,取200mL放入超聲反應(yīng)器內(nèi),充入空化氣體至飽和,超聲一段時間后采樣離心取上清液,用COD測定儀測定COD值,然后計算降解率:r/=(CODo-CODr)ICOD0x100%式中:CODo和COD,分別為實(shí)驗(yàn)初始態(tài)和超聲輻照時間后甲胺磷溶液的COD值.2結(jié)果與討論2.1超聲空化檢驗(yàn)超聲空化是聲化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ),其作用是使液相體系在超聲場中產(chǎn)生大量活性基團(tuán),形成有利于化學(xué)反應(yīng)的高溫,高壓和高氧化氛圍,使有機(jī)污染物降解.本文采用碘釋放法fs確定水中H產(chǎn)額,檢驗(yàn)了裝置的超聲空化性能.由表1數(shù)據(jù)可見,該裝置超聲空化性能良好,數(shù)據(jù)置信區(qū)間為95%.表1實(shí)測的

10、碘吸光度及生成的碘量和HO產(chǎn)顴TablelMeasurediodicabsorbencyandH20outputs吸光度l2生成量(嘰,H2O(mol/L)I2吸光度I生成量g,L)H!O2(molCL)超l5min超聲3OminlO690077324xl0】0】39OI556睚Bx10207l00793】12l020140OI566l37xl03n07200803】56x10301420】586224xl040073008】32o0xl曠4014301596268xl5mI)7200803156x1曠450】410】576l80xIO6007200803156l(r60】400l566.13

11、7IO2.2超聲輻照時間超聲輻照時間延長,甲胺磷降解率增大.圖2為溶液初始濃度分別為16mg/L和80mg/L時甲胺磷降解率隨輻照時間的變化趨勢.在初始濃度較低且輻照時間較短時,甲胺磷的降解反應(yīng)接近一級,由雖小二乘法確定反應(yīng)速率常數(shù)k值為5.09x10mill一.相關(guān)系數(shù)0.985.當(dāng)輻照時間超過約120min,甲胺磷的降解速率表現(xiàn)出對上述動力學(xué)特征的明顯偏離,有關(guān)規(guī)律尚待進(jìn)步探討.2.3超聲波頻率超聲波頻率通過空化效應(yīng)影響甲胺磷降解.根據(jù)超聲化學(xué)的基本理論I.溶液體系在超聲場中產(chǎn)生的局部高溫高壓,源于空化氣泡的潰陷過212中國環(huán)境科學(xué)22卷程,只有當(dāng)超聲波頻率小于空化氣泡振動頻率時才會發(fā)生.

12、另一方面,隨著超聲波頻率提高,空化閾值增大,液體膨脹壓縮的循環(huán)時間變短,削弱了空化氣泡的生成數(shù)量和大小,對甲胺磷降解不利,圖3為實(shí)測的甲胺磷溶液在超聲波頻率分別為20,28,35kHz時的降解率變化.由圖3可見.低頻范圍內(nèi)超聲頻率改變對甲胺磷降解的影響不大,但實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢與理論分析一致,3530252015105050I1502輻照時間(rain)圖2甲胺磷降解率隨超聲輻照時間的變化Fig.2Time-dependentvariationofmethamidophosdegradationwithsonicafion6040學(xué)200152025303540超聲頻率H2)圖3超聲波頻率對甲

13、胺磷降解率的影響Fig3Influenceofultrasonicfrequencyc,nmethamidophosdegradation2.4超聲波功率由圖4可看出,超聲波功率對甲胺磷溶液降解的影響顯著.當(dāng)超聲波頻率和變幅桿直徑一定,隨著輸出電功率增加,甲胺磷的降解率明顯提高.Wu等人12對超聲降解氯化物的研究結(jié)果表明,超聲波功率或聲強(qiáng)的提高存在一個臨界值,聲強(qiáng)過高反而會抑制空化氣泡的生成與潰陷,降低反應(yīng)系統(tǒng)對超聲能量的有效吸收,對污染物降解不利.對甲胺磷的情況,尚待進(jìn)步研究.5040302010026030o4oo5oo60076086o900電功率fw)圖4超聲波功率對甲胺磷降解率的影響

14、mg.4Effectsofultrasonicpoweroilmethamidophosdegradation2.5變幅桿直徑變幅桿直徑的變化直接影響到超聲輻照面積的大小和聲化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)額.當(dāng)功率一定,增大變幅桿直徑意味著降低聲強(qiáng),不利于甲胺磷降解:但由于輻照面積增加,又使降解率提高.圖5為相同功率下變幅稈直徑在15,20,25ram時甲胺磷溶液降解率的變化.80毫4020010l5202530變幅桿直徑(mra)圖5變幅桿直徑對甲胺磷降解率的影響Fig.5Effectsofprobedmmeronmethamidophosdegradation由圖5可見,變幅桿直徑增大明顯提高甲胺磷的降解率,

15、中25ram時可達(dá)61.7%.為了盡可能地提高聲化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)額,并從降低換能器電耗的目的出發(fā),應(yīng)選用較大端面積的變幅桿,這與Kluus等研究的大輻射面積低聲強(qiáng)利于降解的結(jié)論一致.2.6溶液初始pH值從圖6可看出隨著溶液初始pH值增大,甲胺磷的降解率明顯減小;而在堿性條件下,當(dāng)pH值大于7時,甲胺磷降解率急劇下降.這說明酸性3期孫紅杰等:超聲降解甲胺磷農(nóng)藥廢水條件有利于甲胺磷溶液降解.可能是酸性條件下甲胺磷進(jìn)行了合成的逆反應(yīng),溶液初始pH值改變了其存在形式.也可能由于堿性溶液中有機(jī)硫的去除效果較差ll01,因而不利于甲胺磷降解砷4530l500369l2p眥圖6pH值對甲胺磷降解率的影響Fig.

16、6EffLsofinitialpHonmethamidophosdegradation2.7空化氣體空化氣體是指充入反應(yīng)溶液中的飽和氣體.空化氣體充入可以提供空化核,降低空化閥值,從而使空化泡數(shù)量增加,強(qiáng)化空化效應(yīng)l11I.本文選擇空氣,N,和Ar進(jìn)行試驗(yàn)黠果見圖7.-4O30曼2Ol0O無氣體N:O:Ar寧氣圖7空化氣體對甲胺磷降解率的影響Fig.7Effectsofsaturatinggasonmethamldophosdegradation由圖7可見,空化氣體充入后,甲胺磷的降解率明顯提高,其中空氣的強(qiáng)化效果優(yōu)于,N,的充入,Ar次之.由于甲胺磷是易揮發(fā)性物質(zhì),降解的主要途徑是在空化泡內(nèi)

17、發(fā)生熱解和在空化泡潰陷的氣一液界面上與產(chǎn)生的H和-OH自由基進(jìn)行分解反應(yīng),因此不同氣體之間強(qiáng)化效果的差異,可能與溶液介質(zhì)和充入氣體的性質(zhì)以及超聲降解的機(jī)理有關(guān).3結(jié)論3.1甲胺磷降解率隨著超聲輻照時間的延長而增大.輻照時間較短時,降解過程具有一級反應(yīng)動力學(xué)特征,反應(yīng)速率常數(shù)k為5.09x10rain.:輻照時間大于2h后,甲胺磷降解速率明顯提高.3.2超聲波頻率在2035kHz范圍內(nèi),對甲胺磷降解的影響很小增大超聲波功率,聲強(qiáng)和變幅桿直徑,可以顯著提高甲胺磷的降解率,25mm時可達(dá)61.7%.3.3溶液初始pH值的影響顯著.酸性條件有利于甲胺磷降解.3.4空化氣體充入對甲胺磷降解有利.其影響排

18、序?yàn)榭諝?gt;Ar>O>N,.參考文獻(xiàn):【I1HoftmmanMR.HuaI.HochentM.ApplicationoftrasonicirradiationforIhedegradationofchemicalcmnaEElina眥sinwater【JlUltrsonicsSonochemistry,1996,3:I63一I72【2】WuJM,HuangHS,LivengoodcDL11trasonicdestructionofchlorinatedcompoundinaqueoussolutionJ1.EvlronProgress.199LII(3):195201【31HuaLHocheraerRH,HoffmannMRSonochemicaldegra-dalionofp-nitrophenolinapamllel-platneat-fieldousticalp/xesgorOi.Environ.SciTechno11995.29(II):2790-2796【41張嗣炯.許爐生,黃新文.等甲胺磷農(nóng)藥廢水絮凝處理的生物可降解性.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展.1998.6(4)8789l5l5李淑彬,鐘英長固定化假單胞菌降解甲胺磷的研究1應(yīng)用與環(huán)境生物.1995.5(4):422426陳士夫.趙夢月.陶躍武.等光催化降解有機(jī)磷農(nóng)藥的研究(坷?境科學(xué),I995,16f5