模拟黑索金废弹药拆卸废水的处理技术研究

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黑索金(RDX)废弹药在拆卸回收过程中会产生大量有毒废水。该类废水具有毒性大、污染物浓度高、呈饱和溶液、可生化性差等特点,未经处理直接排放会给生态环境造成严重污染。目前,处理该类废水的技术方法很多且各有优缺点,但是没有较全面的对不同方法进行综合对比分析的研究。针对这一问题,本文对好氧微生物法、UV/Fenton法、二维DSA电化学法、三维电极电化学法探索研究,来寻求一种高效合理的处理技术。主要研究内容有(1)培养出具有降解RDX特性的高效菌,研究高效菌的最优生长条件和处理该类废水的最佳工艺条件。(2)采用UV/Fenton法处理RDX废水,通过正交实验研究各因素之间的影响,得出最优工艺条件。(3)采用二维DSA电化学法处理废水,通过单因素实验和正交实验研究各因素之间的影响,得出最优工艺条件。(4)采用三维电极电化学法处理废水。通过正交实验研究各个因素之间的影响,得出最优工艺条件。(5)对比分析实验条件、操作工艺、处理成本等,得到较好的一种处理方法。借助GC-MS手段,分析探讨该方法处理RDX废水的降解机理。通过对实验结果进行分析讨论,得到以下结论:(1)采用好氧微生物法处理RDX废水,由于出现一些问题导致实验失败。测定废水中RDX含量时,计算结果中有负值;使用缺氮培养基诱导特效菌的降解活性,处理结果显示无效。在培养的过程中,菌体受到污染。(2)利用紫外光照射,不同催化剂或药品中Fenton试剂处理效果最好。UV/Fenton法处理30mL40mg/LRDX废水的最优工艺条件为:废水pH值为3、H2O2投加量0.4mL、H2O2和Fe2+的摩尔比10:1、处理时间60min。在此条件下,RDX去除率达88.60%,RDX含量为4.56mg/L,COD值为44mg/L,RDX含量尚未达到国家污水排放标准。(3)采用二维DSA电化学法处理RDX废水,电解质使用Na2SO4和NaCl,Ti/TiO2-RuO2-IrO2为阳极,RDX去除率最高。使用该方法处理RDX废水的最优工艺条件为:Ti/TiO2-RuO2-IrO2作阳极,钛板作阴极,废水pH值为原废水、每吨废水添加12.5kgNa2SO4和0.567kgNaCl,电压5V,电解时间55min。在此条件下,RDX去除率为96.1%,RDX含量为1.56mg/L,Cl-含量258mg/L,COD含量35.2mg/L。废水中RDX含量、COD含量和Cl-浓度均达到污水排放标准。但在废水中引入了Cl-,尽管出水中Cl-浓度达到污水排放标准,也有可能会造成二次污染。(4)采用活性炭粉作三维电极处理RDX废水,同时添加Na2SO4为电解质,可达到理想处理效果。该方法的最优工艺条件为:以钛板为阴极,Ti/TiO2-RuO2-IrO2为阳极,pH为6.5,每吨废水投加10kg碳粉和5kg NaSO4,电压6.5V时,处理时间120min。在此条件下,RDX去除率94.85%,RDX含量2.06mg/L,达到国家污水排放标准。但添加的碳粉需后续处理,增加了处理成本和操作工艺。(5)从实验条件、处理效果、处理成本、操作过程等方面对3种方法对比分析。二维DSA电化学法可在常温常压条件下进行,用时最少,处理效果最好,出水可达到国家污水排放标准;该方法用电量、能耗都较低,药品使用量少,处理成本最低(50.87元/吨);操作过程简单,无需调节pH值,处理完成后不用过滤,无需后续处理。综合各方面,二维DSA电化学法都有明显的优势。(6)二维DSA电化学氧化机理中,直接氧化作用是通过活性电极Ti/TiO2-RuO2-IrO2中从低价态氧化成高价态的金属氧化物氧化吸附到电极表面的有机物。间接氧化有两种路径,一种是通过产生OH间接氧化有机物,另一种是有Cl存在时反应生成次氯酸和OCl-加快反应且起主要作用。(7)利用GC-MS对水样进行测定,通过质谱分析,可知加入NaCl,使RDX降解产物中可能有4种氯化物:三氯甲烷、二氯乙酸、二氯亚硝基甲烷、1-氯-2-丙醇。根据文献报道的RDX降解路径和过程,推断出二维DSA电化学法降解RDX可能的降解过程:杂环打开前,脱去硝基或者碳上的氢氧化成羟基。杂环断开后,生成单个-CH3,或结合成链状或与NO2-结合,然后与氯的产物反应,最终生成氯化物。
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