微波強化Fenton氧化法深度處理抗生素廢水

抗生素生產(chǎn)廢水具有有機物濃度高、成分復雜、可生化性差等特點(diǎn)，是一類(lèi)較難處理的工業(yè)廢水。隨著(zhù)《發(fā)酵類(lèi)制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB21903—2008）等系列標準的頒布實(shí)施，要求抗生素生產(chǎn)企業(yè)廢水排放必須執行更加嚴格的排放標準（COD＜120mg/L）。因此，尋找高效、實(shí)用的抗生素廢水深度處理工藝成為許多企業(yè)的當務(wù)之急。

Fenton氧化法作為一種高級氧化技術(shù)廣泛應用于各種廢水的預處理和深度處理。為進(jìn)一步提高其處理效果，人們開(kāi)發(fā)出了光/UV+Fenton氧化法、超聲強化Fenton氧化法、電Fenton氧化法、微電解+Fenton氧化法以及微波強化Fenton氧化法等組合工藝。微波強化Fenton氧化法利用微波較強的穿透能力直接加熱反應物分子可降低反應的活化能和分子的化學(xué)鍵強度，同時(shí)微波可促進(jìn)Fenton氧化過(guò)程中•OH的生成，加快反應速度，并促進(jìn)一些難以進(jìn)行的反應發(fā)生。目前微波強化Fenton氧化法在處理焦化廢水、化工廢水、制藥廢水、垃圾滲濾液等的研究中取得較好的效果。

筆者試驗擬采用微波強化Fenton氧化法對華北制藥集團總廠(chǎng)抗生素生產(chǎn)廢水二級處理出水進(jìn)行深度處理試驗研究，通過(guò)正交及單因素試驗考察影響試驗效果的主要因素并確定最佳反應條件，為實(shí)現抗生素廢水的達標排放提供技術(shù)參考。

1試驗材料與方法

1.1試驗用水

試驗用水取自華北制藥集團總廠(chǎng)青霉素、土霉素混合廢水處理站二級處理出水，其pH為3.0~4.0、COD為502~516mg/L。

1.2試驗方法

移取100mL水樣，調整廢水pH，分別加入一定量的濃度為0.5mol/L的FeSO4•7H2O溶液和質(zhì)量分數30%的H2O2溶液，然后置于微波反應器中，調節微波功率，反應一段時(shí)間后，用NaOH溶液調節pH至10.0以上，冷卻沉淀，取上清液測定廢水pH、COD。

1.3分析測試方法

pH測定采用玻璃電極法，COD測定采用重鉻酸鉀法，均參考《水和廢水監測分析方法》（第4版）。

2試驗結果與討論

2.1微波強化Fenton氧化法正交試驗

影響微波強化Fenton氧化法處理效果的因素有初始反應pH、H2O2投加量、n（Fe2+）∶n（H2O2）、微波功率及反應時(shí)間等。為確定微波強化Fenton氧化法處理抗生素廢水的最佳的反應條件，擬控制反應時(shí)間為8min，通過(guò)四因素三水平正交試驗確定影響處理效果的主要因素，正交試驗因素水平表見(jiàn)表1，正交試驗結果見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，4個(gè)因素對試驗結果影響程度為：微波功率>H2O2投加量>n（Fe2+）∶n（H2O2）>初始反應pH。經(jīng)正交試驗初步確定的最佳反應條件為A1B3C1D3，即初始反應pH=3.0，H2O2溶液投加量為5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶5和微波功率為750W。

2.2微波強化Fenton氧化法單因素試驗

根據正交試驗確定的主要影響因素及最佳反應條件，開(kāi)展單因素試驗研究，分別考察微波功率、H2O2投加量、n（Fe2+）∶n（H2O2）及初始反應pH等因素對廢水處理效果影響，確定各因素的最佳反應條件。

2.2.1最佳微波功率的確定

控制反應初始條件為：廢水初始反應pH=3.0、H2O2投加量5mL/L和n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶5，考察不同微波功率對廢水COD去除率的影響，確定試驗的最佳微波功率。試驗結果見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，隨著(zhù)微波功率逐步增大，COD去除率有所增加，但增幅不大；當微波功率一定時(shí)，隨著(zhù)反應時(shí)間的增長(cháng)，COD去除率顯著(zhù)提高。當微波功率為750W、反應12min時(shí)廢水COD去除率可達到88.3%。這是由于當微波功率升高時(shí)，增大了單位體積廢水吸收的輻射能，加速了分子間的運動(dòng)，促進(jìn)化學(xué)反應的進(jìn)行，最終使得廢水COD去除率得到升高。從試驗結果看，當微波功率為625W時(shí)，反應6min時(shí)即可使處理后出水COD＜120mg/L；而微波功率為750W時(shí)COD去除率僅比功率為625W時(shí)增加2%左右，考慮到廢水達標排放要求和處理成本，確定試驗的最佳微波功率為625W。

2.2.2最佳H2O2投加量的確定

在最佳微波功率的基礎上，控制反應初始條件為：微波功率625W、n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶5和反應初始pH=3.0，考察質(zhì)量分數為30%的H2O2不同投加量對COD去除率的影響，確定H2O2的最佳投加量。試驗結果見(jiàn)表4。

由表4可見(jiàn)，當H2O2投加量一定時(shí)，COD去除率隨反應時(shí)間的增長(cháng)逐漸升高，在反應6min后去除率無(wú)明顯提高；當H2O2投加量增大時(shí)，反應時(shí)間為12min時(shí)COD去除率從65.2%提高到86.9%左右，效果明顯。根據Fenton氧化法的反應機理可知，增加H2O2投加量可以產(chǎn)生更多的•OH，加快反應的速率，使得COD去除率得到升高。當H2O2投加量為5mL/L時(shí)，反應6min后COD去除率達到77.8%，出水COD＜120mg/L，綜合廢水達標排放要求和處理成本，確定最佳H2O2投加量為5mL/L。

2.2.3最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）的確定

控制反應初始條件：微波功率625W、H2O2投加量5mL/L及初始反應pH=3.0，考察不同n（Fe2+）∶n（H2O2）對COD去除率的影響，確定其最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）。試驗結果見(jiàn)表5。

由表5可見(jiàn)，當n（Fe2+）∶n（H2O2）一定時(shí)，隨著(zhù)反應時(shí)間增長(cháng)COD去除率逐步提高，當反應時(shí)間大于6min后COD去除率都趨于穩定；當n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶10時(shí)，COD去除效果最好，反應時(shí)間為6min時(shí)COD去除率即可達到79.8%。由于n（Fe2+）∶n（H2O2）較低時(shí)，Fe2+的含量相對較少，•OH的產(chǎn)生速率及產(chǎn)量都很小，氧化能力較低；隨n（Fe2+）∶n（H2O2）的升高，Fe2+的含量增大，加快了反應速率。當n（Fe2+）∶n（H2O2）過(guò)大時(shí)，會(huì )使催化劑Fe2+過(guò)量，導致瞬間產(chǎn)生的大量•OH發(fā)生如下反應：2•OH+2•OH→2H2O+O2和•OH+Fe2+→Fe3++OH-，使反應效率降低。因此，確定最佳n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶10。

2.2.4最佳初始反應pH的確定

根據確定的最佳微波功率、H2O2投加量及n（Fe2+）∶n（H2O2），控制反應初始條件：微波功率625W，H2O2投加量5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶10，考察不同初始反應pH對COD去除率的影響，確定最佳初始反應pH。試驗結果見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，初始反應pH對廢水的處理效果影響相對較小，當初始反應pH為3.0~4.0時(shí)，反應6min時(shí)COD去除率達到80%左右，出水COD＜120mg/L。為確保廢水實(shí)現穩定達標排放，確定最佳初始反應pH為3.0~4.0。

2.3平行試驗

通過(guò)正交試驗和單因素試驗，確定微波強化Fenton氧化法處理抗生素廢水二級出水的最佳反應條件為：初始反應pH為3.0~4.0、H2O2投加量為5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶10和微波功率為625W。試驗采集了三批水樣進(jìn)行平行試驗，考察在最佳反應條件下反應時(shí)間為6min時(shí)廢水的處理效果。試驗結果見(jiàn)表7。

由表7可見(jiàn)，在最佳反應條件下，當抗生素廢水二級出水COD為502~516mg/L時(shí)，反應時(shí)間為6min，處理后出水COD＜120mg/L，COD去除率達到78.0%以上，滿(mǎn)足《發(fā)酵類(lèi)制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB21903—2008）。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3結論

采用微波強化Fenton氧化法對華北制藥集團總廠(chǎng)抗生素生產(chǎn)廢水二級處理出水進(jìn)行深度處理，取得較好的效果。

（1）正交試驗表明各因素對微波強化Fenton氧化法影響程度為：微波功率>H2O2投加量>n（Fe2+）∶n（H2O2）>初始反應pH。

（2）通過(guò)單因素試驗確定微波強化Fenton氧化法的最佳反應條件：初始反應pH為3.0~4.0、H2O2投加量5mL/L、n（Fe2+）∶n（H2O2）為1∶10及微波功率625W。當抗生素廢水二級出水COD為502~516mg/L，在最佳反應條件下反應6min時(shí)，處理后出水COD＜120mg/L，COD去除率達到78.0%以上，滿(mǎn)足《發(fā)酵類(lèi)制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB21903—2008）表2標準要求。