混凝耦合UV/H2O2深度处理制药园区尾水的研究

摘要

近年来，随着国内外环保意识的加强和环境标准的不断完善，制药废水的处理与排放问题备受关注。本文以东北某制药园区生化尾水为研究对象，在对其进行水质分析的基础上，针对处理该尾水的污水处理厂达标率低和处理水水质提高的要求，提出混凝耦合UV/H2O2组合工艺对该废水进行深度处理研究。
　　首先对比三种混凝剂对废水的处理效果，考察聚合氯化铁（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和聚合氯化铝铁（PAFC）在不同投加量、初始 pH条件下对混凝效果的影响。结果表明，相比之下 PFS的混凝效果优于其他两种混凝剂，其最佳混凝条件为pH为7.0、投加量为0.4 g/L.对废水TOC、UV254、浊度和氨氮的去除率分别为44.2％、35.8%、85.5%和20.0%。通过三维荧光—激发发射矩阵光谱结合平行因子分析法（EEM-PARAFAC）分析混凝过程溶解性有机物（DOM）变化，将尾水 DOM分解为五种荧光组分，分别为疏水性腐殖酸类物质 C3和 C5、异型生物质C2、富里酸类物质C1和蛋白类物质C4。在混凝过程，分子量较大、疏水的物质的去除效果更明显，因此 C3、C4和 C5相对于 C1和 C2更易被去除。对荧光组分与TOC、UV254变化趋势进行相关性研究，R2均在0.9以上，表明DOM与TOC、UV254呈现正相关。
　　在UV/H2O2试验过程，对比了单一紫外辐照、UV/H2O2和混凝耦合UV/H2O2三种方法，考察不同 H2O2投量、初始pH以及紫外功率对处理效果的影响。结果表明，污染物去除效率随H2O2投加量增加而提高，过量H2O2会使得其利用率降低；随 pH呈现先增大后降低的情况；紫外灯功率增大，去除效率增大。最终优化得到最佳条件为pH7.0，H2O2投加量500 mg/L，紫外功率15 W。该条件下TOC和UV254的去除率分别为77.1%和91.5%，BOD5/COD(B/C)由0.11提高到0.56。从荧光光谱图中直观地看出，废水经混凝后，在UV/H2O2处理过程，各区域荧光物质随时间延长降解迅速，采用EEM-PARAFAC方法则将DOM分解为4种荧光组分，分别为蛋白类物质C6、富里酸类物质C7以及腐殖酸类物质C8和C9。羟基自由基能有效降解这4种荧光组分。通过树脂分离技术将 DOM分为4类有机物，结果表明，UV/H2O2对非酸疏水物质的去除率最好。
　　分别以废水中特征污染物—对乙酰氨基酚（AAP）、磺胺嘧啶（SD）为研究对象，考察UV/H2O2体系中H2O2投量、溶液pH、紫外功率等对降解效率的影响，同时分析降解过程中主要中间产物及有机物降解机理。结果表明，UV/H2O2能有效降解这两种物质，AAP通过羟基自由基（·OH）的氧化作用被降解，而 SD则在·OH和光子的共同作用下被降解，降解反应均符合一级动力学方程。两种物质的反应速率常数均随 H2O2投加浓度增大而增高，随着 UV功率增强而增大；pH值对降解速率的影响较大，随溶液初始 pH值(3.0~11.0)的升高，呈现先升高后降低的趋势。通过气象色谱/质谱（GC/MS）对 AAP中间产物的分析推测对降解过程中首先形成了苯酚类物质进而被氧化生成易降解的物质。根据液相色谱/质谱（LC/MS）对中间产物分析，UV/H2O2降解磺胺嘧啶生成质荷比（m/z）为173、186、200的对氨基苯磺酸等中间产物，推测 S—N键和 C—N键被打开，这些中间产物可进一步被降解。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2制药废水深度处理国内外研究进展

1.3课题的来源与研究意义

1.4研究内容与技术路线

第2章 材料与方法

2.1试验材料与仪器

2.2试验方法

2.3水质检测分析项目及方法

2.4 H2O2理论投加量计算

2.5反应动力学研究方法

2.6能耗分析方法

第3章 混凝法对制药园区尾水处理研究

3.1尾水水质特征与污染物分析

3.2混凝预处理

3.3三维荧光光谱变化

3.4混凝后水中剩余铁离子的浓度

3.5相关性分析

3.6本章小结

第4章 UV/H2O2深度处理制药废水的研究

4.1常规指标的变化

4.2反应动力学研究

4.3三维荧光光谱分析

4.4 DOM的氧化特性

4.5 毒性与可生化性变化

4.6 本章小结

第5章 UV/H2O2降解对乙酰氨基酚的研究

5.1分析方法

5.2单一UV、H2O2和UV/H2O2降解AAP

5.3不同实验条件下AAP的UV/H2O2降解效果

5.4 UV/H2O2对AAP的矿化作用

5.5 UV/H2O2降解AAP的主要降解产物及降解途径分析

5.6电能效率

5.7本章小结

第6章 UV/H2O2降解水中磺胺嘧啶及机理研究

6.1分析方法

6.2 UV/H2O2降解磺胺嘧啶

6.3 UV/H2O2降解磺胺嘧啶的影响因素

6.4中间产物分析及降解机理

6.5能耗分析

6.6本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文目录

附录B 攻读学位期间申请的专利

附录C 攻读学位期间参与的课题研究

致谢