微波强化Fenton_活性炭工艺处理制药废水的影响因素

近年来，制药工业发展迅速，我国原料药和药品制剂生产企业约家，生产多种、年产量近 吨原材料用药，制药废水年排放量达到 ，年平均处理率还不到。制药废水因其具有成分复杂、毒性大、色度高、难生物降解、水质水量变化大，等特点而成为难处理的工业废水之一，其处理技术目前在国内仍不成熟，如何处理该类废水是当今环境保护面临的一个难题。 目前，膜分离技术、厌氧 好氧组合技术 、电化学氧化，等技术在处理高浓度制药废水方面的研究很多，这些传 统方法在处理效率、二次污染及处理成本等方面存在不足。法，因其氧化快速彻底、反应条件温和、高效、不会造成二次污染等特点脱颖而出。氧化处理技术是一种依据产生的 降解有机污染物的高级氧化处理技术，能够有效地氧化制药废水中的难降解物质。单独使用技术处理高浓度制药废水很难达到排放标准，可作为预处理技术和其他技术进行联合使用 。笔者以高浓度制药废水为处理对象，对混凝微波强化活性炭联合工艺处理制药废水的影响因素进行实验研究。 实验装 置与方法 实验装置 （）混凝装置 本实验采用标准的（型）六联搅拌器，搅拌速度和搅拌时间都可以根据需要调节。 （）微波反应装置 微波装置为自行改装的格兰仕家用微波炉（ （），频率，磁控管最大输出功率，腔体容积，微波辐照功率，辐照时间都可以根据反应的需要进行调节，反应时间可由定时装置控制。 改造方法：经改造后带有回流装置，在微波炉的腔体顶层中心位置开一个直径为的孔，旋入一段长度为，内径为的铜管，外部留有长度 ，直径为。在微波炉与铜管连接处采用铜丝绕圈缠至将孔隙完全封堵，以防止微波泄漏。集体装置图见图。 实验方法 活性炭吸附饱和处理 将 活性炭 在的稀盐酸溶液中不断搅拌并加蒸馏水煮沸，滤去水分后，不断用蒸馏水冲洗至中性，在 下烘干。使用前再将处理后的活性炭在原废水中浸泡，取出测定其吸附能力，如果没有达到吸附饱和状态，再置于原废水中，这样反复操作直到活性炭达到吸附饱和状态，进而最大限度地消除活性炭的吸附作用，充分体现出其协同处理作用中的催化作用。 微波强化活性炭工艺处理高浓度制药废水的影响因素研究 （）在微波强化活性炭体系的实验中，将为的原水装入容量为的锥形瓶中，每份 ，调节 值（ 或），然后 向每个锥形瓶中均加入一定量的 、 溶液和固体活性炭，塞紧瓶塞，将装有溶液的锥形瓶迅速置于微波炉中，安装回流冷凝管，调节微波辐照功率和时间，待反应结束后取出，待温度降至室温，取距液面处上清液，利用快速密闭催化消解法测其值。 （）微波强化活性炭体系的单因素影响实验，即分别改变值、 的投加量、活性炭 的投加量以及辐照时间、辐照功率的条件下，利用快速密闭催化消解法测 其值，确定微波强化 活性炭 氧化的最佳工艺参数。 实验结果与讨论 室温条件下，向为的水样中投加的混凝剂聚合硫酸铁（），值为，混合段快速搅拌时间为（），反应段慢速搅拌时间为（），沉降时间为，测得上清液为，去除率达到。混凝出水处理方法为微波强 化活性炭组合工艺，研究其影响因素。 活性炭投加量对去除率的影响 向个锥形瓶内装入为的上清液， 与的摩尔比为 ， 的投加量为（理论投加量），活性炭的投加量分别为、和，调节值为，塞紧瓶塞，将装有溶液的锥形瓶迅速置于微波炉中，调节微波功率为，辐照时间为，取出待降至常温，观察颜色，取距液面处上清液，采用快速密闭消解法测得值。实验 结果如图所示。 由图可知，随着活性炭投加量的增加，的去除率也逐渐升高，当达到时，去除率趋于稳定，此时，出水在范围内，的去除率达到。活性炭表面有大量的酸性和碱性基团将 迅速分解为 ，随着活性炭投加量增加，其表面的活性基团增多，可有效去除活性炭周围的有机物；另一 方面，在微波场中，活性炭能有效地吸收微波能量，使得活性炭表面产生一些 “ 热点 ” ，这些 “ 热点 ” 的能量较高，成为诱导化学反应的催化剂，溶液中的有机物与这些 “ 热点 ” 接触即可发生化学反应。同时活性炭孔隙壁上微小的附着物去除后，增加了活性炭表面的凹凸程度，扩大了比表面积，并在活性炭表面产生空位，并重新吸附废水中的有机物，这种循环反复的“ 吸附 去除 ” 既可达到有效降解废水中有机物的目的，也可以避免 活性炭 改性再生问题，提高活性炭的 使用周期。 的投加量对去除率的影响向个锥形瓶内装入为的上清液， 与的摩尔比为 ，分别调节 的投加量为、，活性炭投加量为，调节值为，塞紧瓶塞，将装有溶液的锥形瓶迅速置于微波炉中，调节微波功率为，辐照时间为，取出待降至常温，观察颜色，取距液面处上 清 液 ， 采 用 快 速 密 闭 消 解 法 测 得 值 。 实 验 结 果 如 图 所 示 。 由图可知，起初随着 投加量的增加，去除率的增速显著，去除效果特别明显，在投 加量为时，出水在范围内，去除率就已经达到，说明活性炭与微波、活性炭与的协同作用可以去除一定量的，既节省 的用量，也可以提高反应的效果。当投加量超过时 ，的去除率可高达，但是，考虑到节省药品，降低处理成本，本实验取 的投加量为。 值对去除率的影响 向个锥形瓶内装入为的上清液， 与的摩尔比为 ， 的投加量为，分别投加活性炭为，调节值分别为、，塞紧瓶塞，将装有溶液的锥形瓶迅速置于微波炉中，调节微波功率为，辐照时间为，取出待降至常温，观察颜色，取距液面处上清液，采 用快速密闭消解法测得值。实验结果如图所示。 由图可知，当值为时，去除效果最好，出水在范围内，去除率可达到，当值在的范围内时，去除率均能达到以上。对于微波强化活性炭工艺的催化氧化体系，由于 活性炭和微波的协同作用，使本来就存在活性基团的活性炭表面产生大量的酸性或碱性基团，这些基团的存在使活性炭具有较强的催化作用和对废水酸碱性具有一定的缓冲作用，在酸性的条件下可以在更广阔的值范围内进行效果较好的催化氧化作用，而在中性环境中催化活性则会被削弱。由于国家出水排放标准要求值在之间，因此为了节省后续调节值时碱的投加量，选取作为反应的处理条件。 微波辐照功率对去除率的影响向个锥形瓶内装入为的上清液 ， 与的摩尔比为 ， 的投加量为，活性炭投加量为，调节值为，盖紧瓶塞，迅速将锥形瓶置于微波炉中，功率分别设定为、和，辐照时间为，取出待降至常温，观察颜色，取距液面处上清液，采用快速密闭消解法测得值。实验结果如图所示。 由图可知，当微波功率为 时，出水在范围内，去除率达到，在微波功率为 时，处理效果最佳，当微波功率在 之间时，的去除率都达到以上。产生这一规律有个原因，一是微波与的协同作用，可更加快速有效地生成 ，氧化降解有机物；二是微波与活性炭协同作用，使活性炭表面出现高能的 “ 热点 ” ，可催化降解有机物。这里，虽然 已经达到了去除效果，但是由于制药废水的水质水量波动较大，因此，综合考虑选择 作 为反应条件。 微波辐照时间对去除率的影响 向个锥形瓶内装入为的上清液， 与的摩尔比为 ， 的投加量为，活性炭投加量为，调节值为，塞紧瓶塞，将装有溶液的锥形瓶迅速置于微波炉中，调节微波功率为，辐照时间分别为、和，取出待降至常温，观察颜色，取距液面处上清液，采用快速密闭消解法测得值。实验结果如图所示。 由图可知，随着微波辐射时间的不断加大，去除率也在逐渐提高，当辐照时间达到时，去除率的变化趋于稳定，此时，出水在范围内，去除率为，继续增加辐照时间，去除率不会发生太大变化。这是因为反应时间越长降解就越充分，但在反应后期，废水中大部分有机物已经降解完成，单位面积的活性炭对有机物的吸附量减少，反应速度逐渐减慢，因此，综合处理 效果和成本的考虑，本实验选用微波辐照时间为。 结 论 （）活性炭投加量、 投加量、值、微波辐照功率和辐照时间对微波强化活性炭工艺中去除率的影响都很显著。实验用水为、为的制药废水时，当活性炭投加量为， 投加量为，值为，微波辐照功率和时间分别为 和时，去除率可达到，出水在范围内。 （）当 活性炭 投加量在低于时，投加量对出水效果影响显著，由于活性炭的催化作用，当投加量大于时，其对去除率基本没有影响；活性炭与微波、活性炭与的协同作用，使 投加量仅为时即可达到很好的效果；活性炭表面形成的酸性或者碱性基团，使废水对值有一定的缓冲作用。当值在的范围内，去除率变化不大，过高或者过低去除率都会明显下降；微波功率小于 时，功率越大处理效果越好，超过 后处理效果基本不变，但是由于制药废 水的水质水量波动较大，选择 作为反应条件；微波辐照时间在时去除率基本呈线性增加，当微波辐照时间大于时，单位面积的 活性炭 的有机物吸附量减少，其对出水效果影响较小。 大成 活性炭