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催化臭氧化处理难降解制药废水研究

蔡哲锋  
【摘要】:制药废水具有COD值高且波动性大,可生化性差,毒性大等特点,直接采用生化方法处理制药废水效果欠佳,因而必须对其进行预处理,降低废水对微生物的毒性,提高废水的可生化性,使其适于生化处理。本实验考察了臭氧化联合SBR法工艺对制药废水的降解效果,研究了催化剂对提高处理效率的作用,比较了反应器设计优化对去除率的影响,并对降解机理进行了研究,得到了如下结论: 1、臭氧对制药废水预处理作用较好,能够改善废水的可生化性。一次进水600ml,用浓度为71mg/L的臭氧气处理3h,隔20min取样,测定水样的pH、COD、BOD和色度等因素。结果显示:臭氧对废水色度的去除效果很好,在10min中内即可从320倍下降为零;COD按照一级反应规律被去除,即反应时间越长,臭氧对废水的去除效果越好,处理3h后出水COD值从4220mg/L下降到2087mg/L,去除率达到50.5%;废水的pH值由12.8下降到5.8,变化较大,说明臭氧处理后有酸性物质产生;废水B/C比提高较为显著,由原水的0.18上升到0.35,说明臭氧氧化能够改善废水的可生化性。 2、过渡金属氧化物有很强的催化作用,可大大缩短臭氧化预处理时间。本实验采用Mn、Cu、Fe、Co、Pd氧化物作为催化剂,用活性炭纤维作载体,非均相催化臭氧化处理制药废水,结果显示,过渡金属氧化物均能有效提高臭氧的氧化效率,用71mg/L的臭氧气对600ml废水进行预处理,在40~60min之间即能达到良好的反应效果。如Fe氧化物催化臭氧化7min废水的色度即全部消除,40min后废水的COD去除率即可达到62.1%,超过了单用臭氧处理废水3h的去除率,此时废水的B/C比为0.36,已经具有较好的可生化性。在催化剂中,Pd、Fe、Co氧化物具有相对更好的催化效果,40min后COD去除率分别可以达到57.3%、62.1%和62.9%,B/C比分别提高到0.33、0.35和0.35,其中Fe氧化物尤佳,因此,可以选用Fe氧化物作为本实验废水的催化剂,不仅较易获得,而且成本较低。实验还对影响催化臭氧化的初始pH值、臭氧用量、催化剂投量、反应时间、初始污染物浓度等诸因素进行了考察,发现除了碱性条件对催化臭氧化预处理制药废水有普遍的促进作用外,其它因素都与特定的废水浓度相关联,存在最佳值,因而确定了相对于某一特定浓度下的最佳反应条件:在废水初始COD浓度为4220 mg/L条件下,选用氧化铁为催化剂,投加量3.6mg/L,控制臭 氧气流量4OL/h,初始PH值12.5左右,反应时间为40min。在此条件下,出水 COD可下降为1565mg/L,去除率62.9%,B/C比提高到0.35,可生化性得到了 改善,pH值降为9.4左右,色度在反应7min后即可全部消除。 3、用催化臭氧化/SBR联合工艺处理实验制药废水,可以达标排放。预处理 出水调节PH值为7一7.5,进入SBR反应器进行处理,反应器直径Zoonun,有效 容积为4L,用蠕动泵、搅拌器和时控开关实现自动控制,一个周期12h,其中进 水1 smin,厌氧搅拌Zh,曝气sh,沉淀1.sh,排水15min,水力停留时间(HRT) 48h,控制水温巧一200C。系统稳定运行后,十个周期出水平均Coo为25Omg/L, 去除率达到84.工%,抽样检测BOD50 mg/L,出水可以达到国家二级排放标准, 联合工艺全过程c0D总去除率达到94%。 4、对臭氧化苯胺的反应机理进行研究,发现至少存在两个降解途径。苯胺 广泛应用于制药工业,也是本实验废水中含有的物质。只含有苯胺的废水经臭氧 处理后,用高效液相色谱进行分析,出现了苯醒和硝基苯等物质的特征峰线,因 此可以推测臭氧降解苯胺的可能途径至少有两条: o:N+O- 白| OH·HOZ· 夕刻于。 中— O COz 5、对反应器进行设计优化,可以提高臭氧氧化效率。实验设计制造了新的 反应器,将直径由loollun缩小到50咖,高径比从2:1提高到8:1,同时改用更 细密的砂芯布气装置,发现在处理等量废水和其它反应条件不变的情况下,臭氧 对废水的coD去除率提高到74.2%,优化后处理效果改善较为显著。 6、将催化臭氧化与活性碳十臭氧、HZOZ十臭氧等工艺进行比较,预处理效果 分别为催化臭氧化HZ氏+臭氧活性碳+臭氧。


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