微波强化Fenton氧化法深度处理抗生素废水

Posted 2023-01-15 抗生素

篇首语：人不在大小，马不在高低。人往高处走，水往低处流。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了微波强化Fenton氧化法深度处理抗生素废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

抗生素生产废水具有有机物浓度高、成分复杂、可生化性差等特点，是一类较难处理的工业废水。随着《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903—2008）等系列标准的颁布实施，要求抗生素生产企业废水排放必须执行更加严格的排放标准（COD＜120mg/L）。因此，寻找高效、实用的抗生素废水深度处理工艺成为许多企业的当务之急。

Fenton氧化法作为一种高级氧化技术广泛应用于各种废水的预处理和深度处理。为进一步提高其处理效果，人们开发出了光/UV+Fenton氧化法、超声强化Fenton氧化法、电Fenton氧化法、微电解+Fenton氧化法以及微波强化Fenton氧化法等组合工艺。微波强化Fenton氧化法利用微波较强的穿透能力直接加热反应物分子可降低反应的活化能和分子的化学键强度，同时微波可促进Fenton氧化过程中•OH的生成，加快反应速度，并促进一些难以进行的反应发生。目前微波强化Fenton氧化法在处理焦化废水、化工废水、制药废水、垃圾渗滤液等的研究中取得较好的效果。

笔者试验拟采用微波强化Fenton氧化法对华北制药集团总厂抗生素生产废水二级处理出水进行深度处理试验研究，通过正交及单因素试验考察影响试验效果的主要因素并确定最佳反应条件，为实现抗生素废水的达标排放提供技术参考。

1试验材料与方法

1.1试验用水

试验用水取自华北制药集团总厂青霉素、土霉素混合废水处理站二级处理出水，其pH为3.0～4.0、COD为502～516mg/L。

1.2试验方法

移取100mL水样，调整废水pH，分别加入一定量的浓度为0.5mol/L的FeSO4•7H2O溶液和质量分数30%的H2O2溶液，然后置于微波反应器中，调节微波功率，反应一段时间后，用NaOH溶液调节pH至10.0以上，冷却沉淀，取上清液测定废水pH、COD。

1.3分析测试方法

pH测定采用玻璃电极法，COD测定采用重铬酸钾法，均参考《水和废水监测分析方法》（第4版）。

2试验结果与讨论

2.1微波强化Fenton氧化法正交试验

影响微波强化Fenton氧化法处理效果的因素有初始反应pH、H2O2投加量、n（Fe2+）∶n（H2O2）、微波功率及反应时间等。为确定微波强化Fenton氧化法处理抗生素废水的最佳的反应条件，拟控制反应时间为8min，通过四因素三水平正交试验确定影响处理效果的主要因素，正交试验因素水平表见表1，正交试验结果见表2。

由表2可见，4个因素对试验结果影响程度为：微波功率>H2O2投加量>n（Fe2+）∶n（H2O2）>初始反应pH。经正交试验初步确定的最佳反应条件为A1B3C1D3，即初始反应pH=3.0，H2O2溶液投加量为5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶5和微波功率为750W。

2.2微波强化Fenton氧化法单因素试验

根据正交试验确定的主要影响因素及最佳反应条件，开展单因素试验研究，分别考察微波功率、H2O2投加量、n（Fe2+）∶n（H2O2）及初始反应pH等因素对废水处理效果影响，确定各因素的最佳反应条件。

2.2.1最佳微波功率的确定

控制反应初始条件为：废水初始反应pH=3.0、H2O2投加量5mL/L和n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶5，考察不同微波功率对废水COD去除率的影响，确定试验的最佳微波功率。试验结果见表3。

由表3可见，随着微波功率逐步增大，COD去除率有所增加，但增幅不大；当微波功率一定时，随着反应时间的增长，COD去除率显著提高。当微波功率为750W、反应12min时废水COD去除率可达到88.3%。这是由于当微波功率升高时，增大了单位体积废水吸收的辐射能，加速了分子间的运动，促进化学反应的进行，最终使得废水COD去除率得到升高。从试验结果看，当微波功率为625W时，反应6min时即可使处理后出水COD＜120mg/L；而微波功率为750W时COD去除率仅比功率为625W时增加2%左右，考虑到废水达标排放要求和处理成本，确定试验的最佳微波功率为625W。

2.2.2最佳H2O2投加量的确定

在最佳微波功率的基础上，控制反应初始条件为：微波功率625W、n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶5和反应初始pH=3.0，考察质量分数为30%的H2O2不同投加量对COD去除率的影响，确定H2O2的最佳投加量。试验结果见表4。

由表4可见，当H2O2投加量一定时，COD去除率随反应时间的增长逐渐升高，在反应6min后去除率无明显提高；当H2O2投加量增大时，反应时间为12min时COD去除率从65.2%提高到86.9%左右，效果明显。根据Fenton氧化法的反应机理可知，增加H2O2投加量可以产生更多的•OH，加快反应的速率，使得COD去除率得到升高。当H2O2投加量为5mL/L时，反应6min后COD去除率达到77.8%，出水COD＜120mg/L，综合废水达标排放要求和处理成本，确定最佳H2O2投加量为5mL/L。

2.2.3最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）的确定

控制反应初始条件：微波功率625W、H2O2投加量5mL/L及初始反应pH=3.0，考察不同n（Fe2+）∶n（H2O2）对COD去除率的影响，确定其最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）。试验结果见表5。

由表5可见，当n（Fe2+）∶n（H2O2）一定时，随着反应时间增长COD去除率逐步提高，当反应时间大于6min后COD去除?a href='http://www.baiven.com/baike/220/257653.html' target='_blank' style='color:#136ec2'>识记饔谖榷ǎ坏眓（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶10时，COD去除效果最好，反应时间为6min时COD去除率即可达到79.8%。由于n（Fe2+）∶n（H2O2）较低时，Fe2+的含量相对较少，•OH的产生速率及产量都很小，氧化能力较低；随n（Fe2+）∶n（H2O2）的升高，Fe2+的含量增大，加快了反应速率。当n（Fe2+）∶n（H2O2）过大时，会使催化剂Fe2+过量，导致瞬间产生的大量•OH发生如下反应：2•OH+2•OH→2H2O+O2和•OH+Fe2+→Fe3++OH-，使反应效率降低。因此，确定最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶10。

2.2.4最佳初始反应pH的确定

根据确定的最佳微波功率、H2O2投加量及n（Fe2+）∶n（H2O2），控制反应初始条件：微波功率625W，H2O2投加量5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶10，考察不同初始反应pH对COD去除率的影响，确定最佳初始反应pH。试验结果见表6。

由表6可见，初始反应pH对废水的处理效果影响相对较小，当初始反应pH为3.0～4.0时，反应6min时COD去除率达到80%左右，出水COD＜120mg/L。为确保废水实现稳定达标排放，确定最佳初始反应pH为3.0～4.0。

2.3平行试验

通过正交试验和单因素试验，确定微波强化Fenton氧化法处理抗生素废水二级出水的最佳反应条件为：初始反应pH为3.0～4.0、H2O2投加量为5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶10和微波功率为625W。试验采集了三批水样进行平行试验，考察在最佳反应条件下反应时间为6min时废水的处理效果。试验结果见表7。

由表7可见，在最佳反应条件下，当抗生素废水二级出水COD为502～516mg/L时，反应时间为6min，处理后出水COD＜120mg/L，COD去除率达到78.0%以上，满足《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903—2008）。。

3结论

采用微波强化Fenton氧化法对华北制药集团总厂抗生素生产废水二级处理出水进行深度处理，取得较好的效果。

（1）正交试验表明各因素对微波强化Fenton氧化法影响程度为：微波功率>H2O2投加量>n（Fe2+）∶n（H2O2）>初始反应pH。

（2）通过单因素试验确定微波强化Fenton氧化法的最佳反应条件：初始反应pH为3.0～4.0、H2O2投加量5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）为1∶10及微波功率625W。当抗生素废水二级出水COD为502～516mg/L，在最佳反应条件下反应6min时，处理后出水COD＜120mg/L，COD去除率达到78.0%以上，满足《发酵类制药工业水污染物排放标准》（GB21903—2008）表2标准要求。