管式反应器处理淀粉废水的研究

董家利，修莺萌，孙冰心

(1.牡丹江水文水资源中心，黑龙江 牡丹江 157000；2.伊春水文水资源中心，黑龙江 伊春 153000)

1 课题研究的背景和意义

水是人类赖以生存重要资源。尤其中国是一个缺水的大国，现在污染越来越严重，可用的资源越来越少，国家对环境出现的问题也越来越重视。国家在对环境检测、污染物处理(包括无机废水、土壤修复、有机废水、废气等)、金属防腐、清洁生产等方面电化学技术都很重要；特别是去除污水中的有机污染物时电化学技术处理方法尤为突出[1]。

管式电反应器是近几年开发的一项新型电化学法处理技术。管式电反应器能够提高热转移的效率；降低能耗；它结构简单，有较强的灵活性，可以根据需求，单独或组合起来使用都可以，而且操作管理方便，占地面积小，投资经济小，目前这种反应器在湿法冶金、环境保护、能源转换等高新技术领域具有广泛的应用前景[2]。

2 电化学降解淀粉废水的方法

管式反应器为动态实验，实验中所采用的是单一水样模拟废水，本实验采用自制的管式反应器，以在考察钛基PbO2电极的电催化性能中，所确定的最佳淀粉初始浓度为本次实验的初始浓度，且不变，加入无水硫酸钠为支持电解质，反应过程中，每隔30min取1次样，总电解时间为3h。通过调节废水的流量、电解质浓度、电流密度中的某一因素，来考察管式反应器的性能。

3 管式反应器各因素对电化学处理淀粉废水效果的影响

实验的设定的初始基本条件是在常温常压下，初始浓度为2.5 g·L-1，废水流量1.5 mL·min-1、电解质浓度为2 g·L-1，电流密度为10 mA·cm-2，pH为7，曝气量为0.1 m3·h-1。在此基础上设定时间为3h，考察管式反应器各个因素对电化学处理淀粉废水的效果。

3.1 废水流量对降解淀粉废水的影响

在其他初始条件不变的情况下，考察废水流量分别为1.5 mL·min-1、25 mL·min-1、44 mL·min-1及66 mL·min-1的条件下，对淀粉去除率及淀粉COD去除率的影响。废水流量对淀粉去除率、COD去除率的影响，见图1；电解3h时水利停留时间对淀粉浓度、COD去除率的影响，见图2。

由图1可知，废水的流量在1.5-44 mL ·min-1时，随着电解时间的增加淀粉浓度去除率及COD去除率均呈增加的趋势；而当废水流量超过44 mL ·min-1时，淀粉浓度去除率及COD去除率均呈不规律的趋势。

图1 废水流量对淀粉去除率、COD去除率的影响

由图2可知，随着废水流量的增加，淀粉及COD的去除率均呈现先增大后减小的趋势，当废水流量为1.5 mL ·min-1时，处理效果最佳，淀粉浓度的去除率为90.50%、COD的去除率为52.48%，而静态条件下，淀粉浓度的去除率为82.24%，COD的去除率为45.47%，管式反应器中淀粉废水的去除效果明显比静态条件下的去除效果好。

图2 电解3h时水利停留时间对淀粉浓度、COD去除率的影响

3.2 电解质浓度对降解淀粉废水的影响

在其他初始条件不变的情况下，考察电解质浓度分别为1 g·L-1、2 g·L-1、3 g·L-1、4 g·L-1及5 g·L-1的条件下，对淀粉去除率及淀粉COD去除率的影响。电解质浓度对淀粉去除率、COD去除率的影响，见图3；电解3h时电解质浓度对淀粉浓度、COD去除率的影响，见图4。

图3 电解质浓度对淀粉去除率、COD去除率的影响

图4 电解3h时电解质浓度对淀粉浓度、COD去除率的影响

电解3h时电解质浓度对于静态反应及管式反应器对淀粉浓度、COD去除率，见表1。

表1 电解3h时电解质浓度对于静态反应及管式反应器对淀粉浓度、COD去除率

由图3可知，随着电解时间的增加淀粉浓度去除率及COD去除率均呈增加的趋势；由表1可知管式反应器处理淀粉废水效果在各个电解质浓度下，都优于静态条件下钛基二氧化铅电解处理淀粉废水的效果。由图4可知，淀粉浓度的去除率及COD的去除率均随电解质浓度的增加呈现先增大后减小的趋势，当电解质浓度为时2 g·L-1时，管式反应器对淀粉废水的处理效果较好。电流密度对淀粉去除率、COD去除率的影响，见图5；电解3h时电流密度对淀粉浓度、COD去除率的影响，见图6。

图5 电流密度对淀粉去除率、COD去除率的影响

图6 电解3h时电流密度对淀粉浓度、COD去除率的影响

3.3 电流密度对降解淀粉废水的影响

在其他初始条件不变的情况下，考察电流密度分别为5 mA·cm-2、7.5 mA·cm-2、10 mA·cm-2、12.5 mA·cm-2及15 mA·cm-2的条件下，对淀粉去除率及淀粉COD去除率的影响。电解3h时电流密度对于静态反应及管式反应器对淀粉浓度、COD去除率，见表2。

表2 电解3h时电流密度对于静态反应及管式反应器对淀粉浓度、COD去除率

由图5可知，随着电解时间的增加淀粉浓度去除率及COD去除率均呈增加的趋势；由表2可知：管式反应器处理淀粉废水效果在各个电流密度下，都优于静态条件下钛基二氧化铅电解处理淀粉废水的效果。由图6可知淀粉浓度的去除率及COD的去除率均随电流密度的增加呈现先增大后减小的趋势；由图6及表2可知，当电流密度为10 mA·cm-2、12.5 mA·cm-2及15 mA·cm-2时，虽然在电流密度为12.5 mA·cm-2时，废水去除率最大，但是废水去除率相差不大，而过大的电流密度，会使能量造成损失，对经济也比较浪费，因此实验中选电流密度为10 mA·cm-2为最佳的电流密度。

4 结 论

文章全面考察了管式反应器处理淀粉废水的电催化活性，探讨了各个因素对淀粉废水处理效果的影响。通过对基本因素的考察，得出了处理初始浓度为2.5 g·L-1的淀粉模拟废水的最佳处理条件：废水流量为1.5 mL ·min-1、电解质浓度为2 g·L-1、电流密度为10 mA·cm-2、初始pH值为7。在最佳条件下，淀粉的去除率达90.50%，COD的去除率为52.48%，均取得了很好的处理效果。虽然取得了良好的效果，但是据达标排放还是有一定的距离，因此可以用本方法作为预处理或深度处理。