超声波诱导降解甲胺磷的研究王宏青

第19卷双联)年第1期l月环境化学ENVIRONMEMrALCHEMISTRYVOI.19,No.1」之川uayrZ〕义)超声波诱导降解甲胺磷的研究王宏青钟爱国李徐伟昌(中南工学院化学工程系,珊衡阳,421X()1)摘要本文报道了功率超声诱导化学降解低浓度甲胺磷农药模拟废水的新方法,考察了声强、辐射时间、介质温度、初始州值、外加eFz十或珑仇等因素对其超声化学降解的影响。试验结果表明,甲胺磷水溶液的初始浓度为1.oxlo一4耐·l一l,pl耘为2.5,介质温度30℃,ezF十加人量为50呢·l一`,溶液中充人氧气饱和,经即w·cm一2功率超声辐射h2,其co飞平均去除率达卯.3%,甲胺磷的平均降解率为卯.6%.关键词:甲胺磷,废水,声化学降解,超声波,空化效应.有机磷农药废水的处理方法大多采用生化法处理,但有机磷农药废水中含有对微生物有抑制且难降解的污染物种,处理后的废水中有机磷的含量仍较高仁’」.叩年代以来,国内外开始研究将超声波应用于水污染控制,尤其在废水中有难降解的有毒有机污染物的治理方面,已取得了一些进展z[,3〕.超声化学的主要作用原理是在超声作用下,液体的声空化即液体中的气泡在极短时间内崩溃,在空化泡崩溃的瞬间,会在其周围极小空间范围内产生5200K以上高温和超过5.肠5xl丁aP的高压,温度变化率高达1护.Ks一`[’],并伴有强烈的冲击波和时速高达粼】〕km·h一’的射流.这些极端环境足以将泡内气体和液体交界面的介质加热分解为强氧化性的物质,如·O,·OH,’场H等[’,,〕.本文将功率超声应用到甲胺磷模拟废水溶液的降解中,探讨了超声场下诸多因素对降解的影响.实验部分1.1药品和仪器甲胺磷含量大于98.2%,二次蒸馏水采用现处理现用,其它试剂都为分析纯.CSF一16型超声发生器,频率为22kHz,探头为IrCl8NigiT不锈钢,锥形变幅杆长120nml,终端直径20n翻.通过改变加在换能器上的电功率调节声能密度,通过夹套内水流调节反应温度.1.2实验方法将甲胺磷配制成1.0x10“4mol·l一`的水溶液,取一定的量放人超声波辐射反应装置中,在通氧气饱和的条件下超声辐射,辐射一段时间取样测定该水溶液的coDcr[6〕,然1期王宏青等:超声波诱导降解甲胺磷的研究58后计算CODrc的去除率,,,综合实验还测定了甲胺磷的最终浓度v[],而求得甲胺磷的降解率和.刀1=[(CoOD一CoD`)/CO场]x100%刀2=[(eo一叹)/c。]又100%式中,coOD,c0D`为超声辐射前和辐射时间t后反应液中的coDcr值;c。,叹为模拟废水中甲胺磷的起始浓度和超声辐射时间t后的浓度.2结果与讨论2,1声强的影响对甲胺磷水溶液的降解,声强是一个重要的影响因素.图1表明,随着声强的增加甲胺磷降解得越彻底,但声强不能无限制地增加,声强太大时,空化泡会在声波的负相长得很大,致使空化泡崩溃所需时间不充分,这样系统利用超声能会降低图.图1说明声强达到sow·。m一2时,在Zh内甲胺磷水溶液的CODcr去除率几乎接近100%.2.2超声波辐射时间的影响实验中发现甲胺磷模拟废水CODcr去除率随着辐射时间的增加而增加,前ZQmin几乎可去除印%,至h2时几乎全部去除.实验结果见图2.n0一UOU泊.160冰、叫食冰60,、、`40406()80l0()I/W·cYn一20f1.1111,020406()80100120-20L七O八U|t/min图1声强对甲胺磷模拟废水降解的影响t=Zh,p场二2·5,C(e2F+)二50吨·l一’ng.ID晚ctofpowerinteinsytonhet祀朋valoflneht田苗山ph储图2超声辐射时间对甲胺磷模拟废水降解的影响两二.25,c(ezF+)二,叱·l一’,I=即w·cm一2瑰.ZE任eCtof~c~丘meonhet珑咖valof毗ht田拍doPh胎2.3介质温度的影响实验表明,在超声辐射下,反应不能在接近100℃进行.尽管在液相反应中,提高温度有利于加快反应速度,但超声诱导降解主要是由于空化效应而引发的反应,温度过高时,在声波负压半周期内会使水沸腾而减小空化产生的高压,同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高温z[],因而降低了降解效率.表1说明温度控制在2任一50℃间,对其降解影响不大.环境化学19卷表l介质温度对降解的影响’T创日e1fEcfetofn长妇lunretmpeartueronhet~alofenIth田拍由ph能了/℃304050印70卯枷/%99.3卯.198.6肠.392.582.7r二Zh,两二2.5,I二即w·em一2,C(e2F十)二,、飞·l一`2.4初始pH值对降解的影响试验中未采用缓冲溶液控制溶液的PH值,超声辐射中,溶液的pH值是发生变化的.若p场=7.0,辐射30而n后,pH值为4.23,印而n后州值为3.82,100而n后pH值为3.团.溶液初始PH值即p氏对前段的降解有较大的影响,其结果见图3.图3说明在碱性溶液中前面一段时间甲胺磷的降解率较在酸性溶液中低,且碱性越强降解率越低.这可能是因为在碱性溶液中有机硫的去除效果比在酸性溶液中差的原故s1[.后段时间,因降解使溶液酸化,因而p氏对后段影响很小.图3还说明,向每升溶液中加50mg·l一`玩仇或ezF十可以提高甲胺磷模拟废水CODcr去除率,且ezF+的效果较姚仇好.这可能是所加ezF十参予并加快自由基的链传递作用[’〕.d)e)bc))a)矛`、`了、了.、矛宜、了奄0幽减.D005060承、、们叫卜400佘岌了we一拓一扁一扁一j茄不拓图3pH〕,附+,玛q对甲胺磷模拟废水降解的影响a()两=.25,C(ezF+)=smg·l一’,(b)pl肠=7.2,C(e2F十)=5伍ng.l一’,(e)两=10.8,C(e2F+)=50嘿·l一’,(d)pOH=2.5,C(线q)二50mg.1一’,(e)p场=2.5瑰.3Effectofiinital州ofsoluiont,附十and珑qonhteermovalofmethamidoPhost/min2.5综合试验结果在研究了上述各因素影响的基础上,选定声强为80W·Cm一“,辐射时间为h2,p氏=2.5,每升溶液加人50gm的eF+2,介质温度控制在(3O士l)℃,甲胺磷的起始浓度为1.0xl0一4mo卜1一’,向溶液中通人仇饱和的条件下进行6次平行实验,结果表明CODcr的平均去除率为99.3%,甲胺磷的平均降解率为99.6%.红l]12」L3〕参考文献陈士夫,赵梦月,陶跃武等,光催化降解有机磷农药的研究.环境科学,l侧欠i,16(5):61一石3WuJM,HI囚鸣HS,Uve卿联1CD,砚tr田引】ucIk龙trUcti.Chloirn时曰C仪甲叨记5inA甲删:阮hlit二.勘二龙八扣.乃记移.,1992,11(3):一95一加xKofmnan犯A,MillSG,H.如自姻nMR.Dceoll甲璐.it.ofl〕a用tihoninA甲曰又15脚uit.场Ultr理犯Iliel侧11面on.I期王宏青等:超声波诱导降解甲胺磷的研究87,..J,卫esJ45r卫LLes.`〔6〕肠互亦明.叙.几九汉.,1卯2,26(7):1《洽一1462加islckKS,S协团he而斗叮一交必别忿,1夕剑),2价:l439一1445几颐erC,JenUetA,ilJ山eJLetal.,Une却枕t司F川扣ency曰cret.hteRateofo石山山vepnx姆到获泊卜du以妇场Uhar-绷叮日.J.月m.口记m.s义〕.,1卯2,U:43148we一3150王军,范顺利,刘兴旺,用CusO4一KAI(以、)2一嘱M以人作催化剂快速测定Con.环境科学1男2,U(3):肠一城诏魏复盛,寇洪茹,洪水皆等主编,水和废水监测分析方法,第一版,中国环境科学出版社,1989,3卯王怡中,李忠,尹玲等,有机磷农药废水湿式空气氧化预处理的研究.环境科学,1993,U(5):《冷一413,,月FJ..Jù了O八rrLesL1望哭〕年l月18日收到.STUDIESONDECOMI兀)SIITONOFMETHAMll)OPHOSINAQUEOUSSOLUITONBYUUrRASONICIRRADIAITON肠ngoH飞姆i咭汤切咭A王邵刃几肋朋XuWeicluz咭块铆叻肥。tofhCa`回&乡n吧吧朋g,〔油1闹一如htInstittUe`予即恤司卿,H印份明g,421001)A叹刃砚ACTA~methedoftilt~niedesturcitonofsimulated~tewatercontiainng概tll出llidoph佣was此卯ned.仆ee伍况stoflx)werintensiyt,阳币icatonitme,mediulntemlepartule,呱ialpH,ezF牛助d姚仇onultaOr8nicdes恤iotnofwastewatercontianignmehtan五doph佣weersudtied.hTeesrultshowedhtathtevaen唱eof~alarteofCODcrandmehtalind叩h璐could~h99.3%and99.6%underhte~itoneonditiosn.hTe~itonconidtiosnweerasfolliowgn:iinit公cocnentar-itonofmeht出indophoswas1.0xlo一4mol·l一’,两~2.5,m司jumtemepmt毗~30℃,卯werientinyt~80W·cm一2,阳11ication嘛~h2,hetiwehgtofezF十~50mg·l一1,het阳luitonwassatuartedbyoxygell.心洲阳n卜:meth丽doph倪,Wastewater,~he而柳decom户拾iiton,ul切asourc~,-effectofsoundcaviattion.