微波強(qiáng)化Fenton_活性炭工藝處理制藥廢水的影響因素

近年來，制藥工業(yè)發(fā)展迅速，我國原料藥和藥品制劑生產(chǎn)企業(yè)約家，生產(chǎn)多種、年產(chǎn)量近 噸原材料用藥，制藥廢水年排放量達(dá)到 ，年平均處理率還不到。制藥廢水因其具有成分復(fù)雜、毒性大、色度高、難生物降解、水質(zhì)水量變化大，等特點(diǎn)而成為難處理的工業(yè)廢水之一，其處理技術(shù)目前在國內(nèi)仍不成熟，如何處理該類廢水是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)面臨的一個難題。 目前，膜分離技術(shù)、厭氧 好氧組合技術(shù) 、電化學(xué)氧化，等技術(shù)在處理高濃度制藥廢水方面的研究很多，這些傳 統(tǒng)方法在處理效率、二次污染及處理成本等方面存在不足。法，因其氧化快速徹底、反應(yīng)條件溫和、高效、不會造成二次污染等特點(diǎn)脫穎而出。氧化處理技術(shù)是一種依據(jù)產(chǎn)生的 降解有機(jī)污染物的高級氧化處理技術(shù)，能夠有效地氧化制藥廢水中的難降解物質(zhì)。單獨(dú)使用技術(shù)處理高濃度制藥廢水很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可作為預(yù)處理技術(shù)和其他技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合使用 。筆者以高濃度制藥廢水為處理對象，對混凝微波強(qiáng)化活性炭聯(lián)合工藝處理制藥廢水的影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)裝 置與方法 實(shí)驗(yàn)裝置 （）混凝裝置 本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)的（型）六聯(lián)攪拌器，攪拌速度和攪拌時間都可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。 （）微波反應(yīng)裝置 微波裝置為自行改裝的格蘭仕家用微波爐（ （），頻率，磁控管最大輸出功率，腔體容積，微波輻照功率，輻照時間都可以根據(jù)反應(yīng)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，反應(yīng)時間可由定時裝置控制。 改造方法：經(jīng)改造后帶有回流裝置，在微波爐的腔體頂層中心位置開一個直徑為的孔，旋入一段長度為，內(nèi)徑為的銅管，外部留有長度 ，直徑為。在微波爐與銅管連接處采用銅絲繞圈纏至將孔隙完全封堵，以防止微波泄漏。集體裝置圖見圖。 實(shí)驗(yàn)方法 活性炭吸附飽和處理 將 活性炭 在的稀鹽酸溶液中不斷攪拌并加蒸餾水煮沸，濾去水分后，不斷用蒸餾水沖洗至中性，在 下烘干。使用前再將處理后的活性炭在原廢水中浸泡，取出測定其吸附能力，如果沒有達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，再置于原廢水中，這樣反復(fù)操作直到活性炭達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，進(jìn)而最大限度地消除活性炭的吸附作用，充分體現(xiàn)出其協(xié)同處理作用中的催化作用。 微波強(qiáng)化活性炭工藝處理高濃度制藥廢水的影響因素研究 （）在微波強(qiáng)化活性炭體系的實(shí)驗(yàn)中，將為的原水裝入容量為的錐形瓶中，每份 ，調(diào)節(jié) 值（ 或），然后 向每個錐形瓶中均加入一定量的 、 溶液和固體活性炭，塞緊瓶塞，將裝有溶液的錐形瓶迅速置于微波爐中，安裝回流冷凝管，調(diào)節(jié)微波輻照功率和時間，待反應(yīng)結(jié)束后取出，待溫度降至室溫，取距液面處上清液，利用快速密閉催化消解法測其值。 （）微波強(qiáng)化活性炭體系的單因素影響實(shí)驗(yàn)，即分別改變值、 的投加量、活性炭 的投加量以及輻照時間、輻照功率的條件下，利用快速密閉催化消解法測 其值，確定微波強(qiáng)化 活性炭 氧化的最佳工藝參數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 室溫條件下，向?yàn)榈乃畼又型都拥幕炷齽┚酆狭蛩徼F（），值為，混合段快速攪拌時間為（），反應(yīng)段慢速攪拌時間為（），沉降時間為，測得上清液為，去除率達(dá)到?；炷鏊幚矸椒槲⒉◤?qiáng) 化活性炭組合工藝，研究其影響因素。 活性炭投加量對去除率的影響 向個錐形瓶內(nèi)裝入為的上清液， 與的摩爾比為 ， 的投加量為（理論投加量），活性炭的投加量分別為、和，調(diào)節(jié)值為，塞緊瓶塞，將裝有溶液的錐形瓶迅速置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率為，輻照時間為，取出待降至常溫，觀察顏色，取距液面處上清液，采用快速密閉消解法測得值。實(shí)驗(yàn) 結(jié)果如圖所示。 由圖可知，隨著活性炭投加量的增加，的去除率也逐漸升高，當(dāng)達(dá)到時，去除率趨于穩(wěn)定，此時，出水在范圍內(nèi)，的去除率達(dá)到?；钚蕴勘砻嬗写罅康乃嵝院蛪A性基團(tuán)將 迅速分解為 ，隨著活性炭投加量增加，其表面的活性基團(tuán)增多，可有效去除活性炭周圍的有機(jī)物；另一 方面，在微波場中，活性炭能有效地吸收微波能量，使得活性炭表面產(chǎn)生一些 “ 熱點(diǎn) ” ，這些 “ 熱點(diǎn) ” 的能量較高，成為誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的催化劑，溶液中的有機(jī)物與這些 “ 熱點(diǎn) ” 接觸即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。同時活性炭孔隙壁上微小的附著物去除后，增加了活性炭表面的凹凸程度，擴(kuò)大了比表面積，并在活性炭表面產(chǎn)生空位，并重新吸附廢水中的有機(jī)物，這種循環(huán)反復(fù)的“ 吸附 去除 ” 既可達(dá)到有效降解廢水中有機(jī)物的目的，也可以避免 活性炭 改性再生問題，提高活性炭的 使用周期。 的投加量對去除率的影響向個錐形瓶內(nèi)裝入為的上清液， 與的摩爾比為 ，分別調(diào)節(jié) 的投加量為、，活性炭投加量為，調(diào)節(jié)值為，塞緊瓶塞，將裝有溶液的錐形瓶迅速置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率為，輻照時間為，取出待降至常溫，觀察顏色，取距液面處上 清 液 ， 采 用 快 速 密 閉 消 解 法 測 得 值 。 實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 如 圖 所 示 。 由圖可知，起初隨著 投加量的增加，去除率的增速顯著，去除效果特別明顯，在投 加量為時，出水在范圍內(nèi)，去除率就已經(jīng)達(dá)到，說明活性炭與微波、活性炭與的協(xié)同作用可以去除一定量的，既節(jié)省 的用量，也可以提高反應(yīng)的效果。當(dāng)投加量超過時 ，的去除率可高達(dá)，但是，考慮到節(jié)省藥品，降低處理成本，本實(shí)驗(yàn)取 的投加量為。 值對去除率的影響 向個錐形瓶內(nèi)裝入為的上清液， 與的摩爾比為 ， 的投加量為，分別投加活性炭為，調(diào)節(jié)值分別為、，塞緊瓶塞，將裝有溶液的錐形瓶迅速置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率為，輻照時間為，取出待降至常溫，觀察顏色，取距液面處上清液，采 用快速密閉消解法測得值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。 由圖可知，當(dāng)值為時，去除效果最好，出水在范圍內(nèi)，去除率可達(dá)到，當(dāng)值在的范圍內(nèi)時，去除率均能達(dá)到以上。對于微波強(qiáng)化活性炭工藝的催化氧化體系，由于 活性炭和微波的協(xié)同作用，使本來就存在活性基團(tuán)的活性炭表面產(chǎn)生大量的酸性或堿性基團(tuán)，這些基團(tuán)的存在使活性炭具有較強(qiáng)的催化作用和對廢水酸堿性具有一定的緩沖作用，在酸性的條件下可以在更廣闊的值范圍內(nèi)進(jìn)行效果較好的催化氧化作用，而在中性環(huán)境中催化活性則會被削弱。由于國家出水排放標(biāo)準(zhǔn)要求值在之間，因此為了節(jié)省后續(xù)調(diào)節(jié)值時堿的投加量，選取作為反應(yīng)的處理?xiàng)l件。 微波輻照功率對去除率的影響向個錐形瓶內(nèi)裝入為的上清液 ， 與的摩爾比為 ， 的投加量為，活性炭投加量為，調(diào)節(jié)值為，蓋緊瓶塞，迅速將錐形瓶置于微波爐中，功率分別設(shè)定為、和，輻照時間為，取出待降至常溫，觀察顏色，取距液面處上清液，采用快速密閉消解法測得值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。 由圖可知，當(dāng)微波功率為 時，出水在范圍內(nèi)，去除率達(dá)到，在微波功率為 時，處理效果最佳，當(dāng)微波功率在 之間時，的去除率都達(dá)到以上。產(chǎn)生這一規(guī)律有個原因，一是微波與的協(xié)同作用，可更加快速有效地生成 ，氧化降解有機(jī)物；二是微波與活性炭協(xié)同作用，使活性炭表面出現(xiàn)高能的 “ 熱點(diǎn) ” ，可催化降解有機(jī)物。這里，雖然 已經(jīng)達(dá)到了去除效果，但是由于制藥廢水的水質(zhì)水量波動較大，因此，綜合考慮選擇 作 為反應(yīng)條件。 微波輻照時間對去除率的影響 向個錐形瓶內(nèi)裝入為的上清液， 與的摩爾比為 ， 的投加量為，活性炭投加量為，調(diào)節(jié)值為，塞緊瓶塞，將裝有溶液的錐形瓶迅速置于微波爐中，調(diào)節(jié)微波功率為，輻照時間分別為、和，取出待降至常溫，觀察顏色，取距液面處上清液，采用快速密閉消解法測得值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示。 由圖可知，隨著微波輻射時間的不斷加大，去除率也在逐漸提高，當(dāng)輻照時間達(dá)到時，去除率的變化趨于穩(wěn)定，此時，出水在范圍內(nèi)，去除率為，繼續(xù)增加輻照時間，去除率不會發(fā)生太大變化。這是因?yàn)榉磻?yīng)時間越長降解就越充分，但在反應(yīng)后期，廢水中大部分有機(jī)物已經(jīng)降解完成，單位面積的活性炭對有機(jī)物的吸附量減少，反應(yīng)速度逐漸減慢，因此，綜合處理 效果和成本的考慮，本實(shí)驗(yàn)選用微波輻照時間為。 結(jié) 論 （）活性炭投加量、 投加量、值、微波輻照功率和輻照時間對微波強(qiáng)化活性炭工藝中去除率的影響都很顯著。實(shí)驗(yàn)用水為、為的制藥廢水時，當(dāng)活性炭投加量為， 投加量為，值為，微波輻照功率和時間分別為 和時，去除率可達(dá)到，出水在范圍內(nèi)。 （）當(dāng) 活性炭 投加量在低于時，投加量對出水效果影響顯著，由于活性炭的催化作用，當(dāng)投加量大于時，其對去除率基本沒有影響；活性炭與微波、活性炭與的協(xié)同作用，使 投加量僅為時即可達(dá)到很好的效果；活性炭表面形成的酸性或者堿性基團(tuán)，使廢水對值有一定的緩沖作用。當(dāng)值在的范圍內(nèi)，去除率變化不大，過高或者過低去除率都會明顯下降；微波功率小于 時，功率越大處理效果越好，超過 后處理效果基本不變，但是由于制藥廢 水的水質(zhì)水量波動較大，選擇 作為反應(yīng)條件；微波輻照時間在時去除率基本呈線性增加，當(dāng)微波輻照時間大于時，單位面積的 活性炭 的有機(jī)物吸附量減少，其對出水效果影響較小。 大成 活性炭