CN111675306B - 一种降解有机磷农药的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有农药的废水降解领域，特别涉及一种降解有机磷农药的方法。将有机磷农药溶液放入封闭反应水箱内，加入无机氧化剂搅拌，对有机磷农药进行降解。所述的有机磷农药是二嗪农。所述的无机氧化剂是过硫酸钾、高氯酸钠、高碘酸钾中的一种或两种以上。按摩尔比，无机氧化剂：有机磷农药＝2:1。本发明方法处理成本低，操作简单，无二次污染，在添加无机氧化剂后废水中二嗪农的降解率可达80％以上。

Description

一种降解有机磷农药的方法
技术领域
本发明涉及含有农药的废水降解领域，特别涉及一种降解有机磷农药的方法。
背景技术
由于有机磷农药在农业占主导地位的国家中的广泛应用，它已经是存在废水中的常见化学物质。二嗪农(C12H21N2O3PS)作为一种高毒性的有机磷农药，常被用来控制居民区、农业和家畜区域的害虫。但是，它的使用也带来了一些无法避免的环境问题如土壤板结和水体富营养化等。事实上，二嗪农不仅对生态环境产生影响，它的长期稳定性也会危害人类的身体健康，如果二嗪农被吸收进入人体内，会抑制神经系统的乙酰胆碱酯酶的活性，危及人类的身体健康。世界卫生组织(WHO)已将二嗪农归为中度危害的化学物质。因此，如何高效地处理含有二嗪农的废水已经成为科学界和工业生产的迫切需求。
发明内容
本发明的目的是：提供一种合理技术来降解水中有机磷农药的方法，该方法处理成本低，操作简单，无二次污染，降解率最高可达80％以上。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种降解有机磷农药的方法，方法如下，将有机磷农药溶液放入封闭反应水箱内，加入无机氧化剂搅拌，对有机磷农药进行降解。
上述的一种降解有机磷农药的方法，所述的有机磷农药是二嗪农。
上述的一种降解有机磷农药的方法，所述的无机氧化剂是过硫酸钾、高氯酸钠、高碘酸钾中的一种或两种以上。
上述的一种降解有机磷农药的方法，按摩尔比，无机氧化剂：有机磷农药＝2:1。
本发明的有益效果在于：
1.本发明，降解效果显著，处理过程中无需添加额外的催化剂，一切都可以在水力空化的作用下依靠羟基自由基的强氧化性完成，后续的进一步实验中，只添加少量的无机氧化剂处理150min时污染物的降解效率就可高达80％以上，并且不会对环境产生影响，耗时较少。
2.本发明，由于系统不需要电机，因此不会产生长时间刺耳的噪音，对人体健康无影响，且工艺流程简单较容易控制，节能减排，绿色环保。
3.本发明，降解后的废水可再重复利用，节约水资源，易实现工业化。
4.水力空化是液体流动过程中，水流经空化区，液体的流速变大，压力降低形成的。流经空化区的液体会产生大量空化泡，当压力恢复时，空化泡破灭，瞬间产生极高的局部温度和压力，同时形成高速射流和强烈的冲击，由此产生·OH等一些氧化性极强的活性自由基与污染物质发生反应，从而达到将水中的有机物氧化降解的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对实施案例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍：
图1水力空化装置示意图。
图2孔板示意图。
图3带角度孔板的侧视图。
图4孔板的孔数对水力空化降解有机磷农药的影响。
图5孔板的角度对水力空化降解有机磷农药的影响。
图6污染物的初始浓度对孔板水力空化降解有机磷农药的影响。
图7污染物的溶液pH值对孔板水力空化降解有机磷农药的影响。
图8污染物的溶液温度对孔板水力空化降解有机磷农药的影响。
图9无机氧化剂的添加对孔板水力空化降解有机磷农药的影响。
附图标记说明如下：封闭反应水箱-1、放置箱-2、压力泵-3、入口压力表-4a、入口流量计-5a、孔板-6、出口流量计-5b出口压力表-4b、阀门-7、取样口-8、单孔板-6a、三孔板-6b、五孔板-6c、三孔发散孔板-6d、三孔收缩孔板-6e、收缩角度-9、发散角度-10。
具体实施方式
一种降解有机磷农药的方法，方法如下，在含有有机磷农药的废水中，加入无机氧化剂，搅拌2-3min。所述的有机磷农药是二嗪农。所述的无机氧化剂是过硫酸钾、高氯酸钠、高碘酸钾中的一种或两种以上。按摩尔比，无机氧化剂：有机磷农药＝2:1。
将二嗪农溶液置于放置箱2内的封闭反应水箱1中，通过循环的管路对二嗪农溶液进行水力空化降解处理，所述水力空化装置的结构如下：封闭反应水箱1置于放置箱2内，封闭反应水箱1的一端通过管道与依次与泵3、孔板6的入口相连，封闭反应水箱1的另一端与孔板6的出口连接。孔板6的入口前端设有入口流量计5a和入口压力表4a，孔板6的出口处设有出口流量计5b和出口压力表4b，管道上设有取样口8，取样口8与管道的连接处设有阀门，如图1所示。取样口8用于反应一段时间后取出农药便于测量。所述孔板6为厚度为2mm的圆形板，在中心位置设有若干个小圆孔，每个小孔的直径为2mm，其中三个孔的圆形孔板6中的孔又分为收缩状、发散状和平角三种形态，如图2所示。
降解水中二嗪农的工艺流程是：将配置好的5.0L浓度为5-15mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，后续的进一步实验添加与二嗪农的摩尔质量比为2：1的三种无机氧化剂(过硫酸钾88.82mg、高氯酸钠40.13mg、高碘酸钾75.66mg)到封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入自来水控制温度在30-50℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，反应30-150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。
用UV-vis对取出的样本进行分析。为保证实验数据的准确性，实验重复3次，标准差在1.10到2.70之间。通过吸光度的变化来确定有机磷农药二嗪农的降解率，公式如下：
降解率(％)＝(C0-Ct)/C0×100％
其中，C0(mg/L)是二嗪农溶液初始浓度的吸光度，Ct(mg/L)是在一定时间后的二嗪农溶液的瞬时浓度的吸光度。
实施例1孔板的孔数对水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数分别为：单圆孔、三圆孔和五圆孔，每个孔的直径是2mm，如图2中6a、6b、6c所示。
将配置好的5.0L浓度为10mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，在放置箱2中注入冷水控制温度在40℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。降解率如图4所示，比较而言三孔孔板具有最佳的降解效率。
实施例2孔板的角度对水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数分别为：孔板的角度为入射角45°、入射角0°和发散角45°，每个孔的直径是2mm。
将配置好的5.0L浓度为10mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入自来水控制温度在40℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。降解率如图5所示，比较而言角度为入射角45°的三孔孔板具有最佳的降解效率。
实施例3污染物的初始浓度对孔板水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数为：具有三收缩孔的孔板，每个孔的直径是2mm，收缩角为45°。操作参数为：入口压力为0.5MPa，溶液为5.0L，温度控制在30-50℃。
将配置好的5.0L浓度分别为5mg/L、10mg/L、15mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入冷水控制温度在40℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。
降解率如图6所示，三种不同初始浓度的二嗪农溶液在降解150min后，降解率都有上升的趋势，但总体而言，水力空化对三种不同二嗪农初始浓度溶液的降解效率没有明显的区分。
实施例4污染物的溶液pH值对孔板水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数为：具有三收缩孔的孔板，每个孔的直径是2mm，收缩角为45°。
将配置好的5.0L浓度为10mg/LpH分别为4.0、7.0和10.0的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入冷水控制温度在40℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。
降解率如图7所示，当pH值为4.0时的最高降解率为48.98％。此外，在150分钟内的任何一个时间点，二嗪农的降解率pH＝4.0>pH＝7.0>pH＝10.0。因此，实验结果表明在pH＝4.0-10.0的范围内，在酸性条件有利于产生水力空化对二嗪农的降解。
实施例5污染物的溶液温度对孔板水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数为：三孔的孔板，每个孔的直径是2mm，收缩角为45°。将配置好的5.0L浓度为10mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入冷水分别控制温度为30℃、40℃、50℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。
二嗪农的降解率如图8所示，在温度为30℃时，降解率最高可达到50.52％，随着温度的升高降解率逐渐降低，40℃时降解率为43.80％，50℃时溶液的降解率为38.77％。实验结果表明在30-50℃范围内，较低温度有利于水力空化降解有机磷农药二嗪农。
实施例6添加不同种类的无机氧化剂对水力空化降解有机磷农药的影响
孔板的参数为：三孔的孔板，每个孔的直径是2mm，收缩角为45°。
将配置好的5.0L浓度分别为10mg/L的二嗪农溶液放入封闭反应水箱1内，分别添加摩尔质量比为2：1的过硫酸钾、高碘酸钾、高氯酸钾到封闭反应水箱1内，在冷凝水箱2中注入冷水控制温度在40℃，控制进口压力为0.5MPa，二嗪农溶液通过压力泵3经入口压力表4a和入口流量计5a检测后输送到孔板6中进行水力空化降解反应，再通过出口压力表4b和出口流量计5b检测后流回封闭反应水箱1中，每间隔30min从取样口8中取出水样，反应150min结束后先关闭压力泵3，再将冷凝水从放置箱2中排放出。
降解率如图9所示，比较而言，添加的过硫酸钾有利于加强水力空化对二嗪农的降解效率，降解率在150min时可达到81.92％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种降解有机磷农药的方法，其特征在于：方法如下，将有机磷农药溶液放入封闭反应水箱内，加入无机氧化剂搅拌，对有机磷农药进行降解；
所述的有机磷农药是二嗪农；
所述的无机氧化剂是过硫酸钾、高氯酸钠、高碘酸钾中的一种或两种以上；
水力空化装置的结构如下：封闭反应水箱（1）置于放置箱（2）内，封闭反应水箱（1）的一端通过管道依次与泵（3）、孔板（6）的入口相连，封闭反应水箱（1）的另一端与孔板（6）的出口连接；孔板（6）的入口前端设有入口流量计（5a）和入口压力表（4a），孔板（6）的出口处设有出口流量计（5b）和出口压力表（4b），管道上设有取样口（8），取样口（8）与管道的连接处设有阀门；所述孔板（6）为厚度为2 mm的圆形板，在中心位置设有若干个小圆孔，每个小孔的直径为2 mm，其中圆形孔板（6）中的小圆孔为收缩状。
2.根据权利要求1所述的一种降解有机磷农药的方法，其特征在于：按摩尔比，无机氧化剂：有机磷农药=2:1。
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