頭孢類(lei)(lei)抗生(sheng)素(su)生(sheng)產廢水(shui)成分復(fu)雜(za)、生(sheng)物(wu)(wu)(wu)毒(du)性大、含有多種(zhong)高(gao)濃度(du)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)抑制物(wu)(wu)(wu)質。目前國內外處(chu)理這類(lei)(lei)廢水(shui)主(zhu)要(yao)采(cai)用(yong)好(hao)氧(yang)(yang)、厭氧(yang)(yang)或厭氧(yang)(yang)+ 好(hao)氧(yang)(yang)的(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)處(chu)理方法。由于廢水(shui)中含有大量的(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)毒(du)性物(wu)(wu)(wu)質, 如直接采(cai)用(yong)上述的(de)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)處(chu)理法, 微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)難以培養和生(sheng)存,處(chu)理難度(du)較(jiao)大〔1〕, 所以必須進行預處(chu)理, 以達到減少生(sheng)物(wu)(wu)(wu)毒(du)性物(wu)(wu)(wu)質干擾(rao)的(de)目的(de)。

鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)法(fa)(fa)是利(li)用(yong)金屬腐蝕(shi)原(yuan)理, 形(xing)(xing)成(cheng)原(yuan)電(dian)池(chi)(chi)對廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)進行(xing)處理的(de)工(gong)藝, 我國從(cong)20 世紀80年(nian)代(dai)就(jiu)(就(jiu)字為避(bi)免系統攔截所加,原(yuan)文沒有)開(kai)始這一領域的(de)研(yan)究〔2 〕, 已有不(bu)少文獻報道(dao)。特別是近年(nian)來, 進展較快, 在(zai)印染廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)、電(dian)鍍(du)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)、制(zhi)藥廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)、石(shi)油化工(gong)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)、含砷及含氰廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)治(zhi)理方面相(xiang)繼有研(yan)究報道(dao), 有的(de)已投入實(shi)際運行(xing)。一般的(de)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)法(fa)(fa)是將(jiang)廢(fei)(fei)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)與惰性(xing)電(dian)極放(fang)在(zai)一起, 形(xing)(xing)成(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)- 惰性(xing)電(dian)極原(yuan)電(dian)池(chi)(chi), 通過鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)腐蝕(shi)發生(sheng)的(de)一系列化學反(fan)應來達(da)到處理廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)的(de)目的(de), 也叫內(nei)電(dian)解(jie)法(fa)(fa)或者(zhe)腐蝕(shi)電(dian)池(chi)(chi)法(fa)(fa), 一般由活性(xing)炭〔3〕、煙道(dao)灰(hui)〔4〕、瓦(wa)斯灰(hui)〔5〕作為惰性(xing)電(dian)極。該(gai)方法(fa)(fa)存在(zai)處理速度慢, 活性(xing)炭、煙道(dao)灰(hui)和(he)瓦(wa)斯灰(hui)難于(yu)與水(shui)(shui)(shui)分離, 鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)容易板結等不(bu)足(zu), 阻礙了(le)(le)其工(gong)程規(gui)模應用(yong)的(de)進度。為了(le)(le)解(jie)決上述鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)法(fa)(fa)的(de)不(bu)足(zu), 筆者(zhe)首次嘗試提出了(le)(le)鐵(tie)(tie)(tie)- 氧(yang)電(dian)池(chi)(chi)法(fa)(fa), 即將(jiang)廢(fei)(fei)鑄(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)放(fang)入盛有抗生(sheng)素(su)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)的(de)反(fan)應器中, 從(cong)反(fan)應器下端(duan)用(yong)空氣泵鼓入空氣, 其中的(de)氧(yang)氣與鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)形(xing)(xing)成(cheng)了(le)(le)Fe - O 腐蝕(shi)電(dian)池(chi)(chi),從(cong)而加速鐵(tie)(tie)(tie)的(de)腐蝕(shi)速度, 以求在(zai)常規(gui)條件下滿足(zu)抗生(sheng)素(su)廢(fei)(fei)水(shui)(shui)(shui)處理的(de)要求。

1 實驗方法

1.1 原理

鑄(zhu)鐵(tie)中(zhong)(zhong)的(de)(de)碳化(hua)鐵(tie)為極(ji)小(xiao)的(de)(de)顆(ke)粒, 分散(san)在(zai)鐵(tie)內(nei), 因此, 當鑄(zhu)鐵(tie)浸入水中(zhong)(zhong)時(shi), 就構成(cheng)了成(cheng)千上萬(wan)細小(xiao)的(de)(de)微電(dian)(dian)池(chi), 純鐵(tie)為陽極(ji), 碳化(hua)鐵(tie)為陰極(ji), 發生(sheng)(sheng)(sheng)電(dian)(dian)池(chi)反(fan)應, 在(zai)酸(suan)性(xing)(xing)介質和充氧(yang)的(de)(de)情況下鐵(tie)最易(yi)腐蝕(shi), 即曝氣加速(su)了鐵(tie)的(de)(de)腐蝕(shi)。電(dian)(dian)極(ji)反(fan)應生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)的(de)(de)產(chan)物(wu)(wu)具有較高的(de)(de)化(hua)學活性(xing)(xing)。在(zai)酸(suan)性(xing)(xing)溶液(ye)中(zhong)(zhong), 電(dian)(dian)極(ji)反(fan)應所產(chan)生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)(de)大(da)量新生(sheng)(sheng)(sheng)態的(de)(de)Fe2+提(ti)高了Fe2+和抗生(sheng)(sheng)(sheng)素(su)廢水中(zhong)(zhong)的(de)(de)許多組分發生(sheng)(sheng)(sheng)氧(yang)化(hua)還(huan)原作用的(de)(de)速(su)度, 使大(da)分子物(wu)(wu)質更快地分解為小(xiao)分子的(de)(de)中(zhong)(zhong)間(jian)體, 使某些(xie)難生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)降解的(de)(de)化(hua)學物(wu)(wu)質轉變成(cheng)容易(yi)生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)處(chu)理(li)的(de)(de)物(wu)(wu)質, 提(ti)高了廢水的(de)(de)可生(sheng)(sheng)(sheng)化(hua)性(xing)(xing)〔1〕。

由于Fe2+的(de)(de)(de)不斷生成(cheng)能有(you)(you)效地(di)克服(fu)陽極(ji)的(de)(de)(de)極(ji)化(hua)作用(yong)(yong), 從(cong)而(er)促進(jin)鐵(tie)的(de)(de)(de)電化(hua)學腐(fu)蝕, 使大(da)量的(de)(de)(de)Fe2+進(jin)入溶(rong)液(ye)。隨著pH 的(de)(de)(de)升高, 溶(rong)液(ye)中(zhong)Fe2+形成(cheng)Fe(OH) 2 和Fe(OH) 3 膠(jiao)(jiao)體, 并進(jin)一(yi)步水解(jie)成(cheng)鐵(tie)的(de)(de)(de)單核絡(luo)合物沉淀〔6〕。這種(zhong)絡(luo)合物具有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)絮凝活性(xing), 能有(you)(you)效吸(xi)附(fu)抗生素廢(fei)水中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)(you)機物質, 另外, 鐵(tie)屑(xie)層具有(you)(you)良好的(de)(de)(de)過(guo)濾作用(yong)(yong), 反應生成(cheng)的(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)體不但可(ke)(ke)以(yi)強化(hua)鐵(tie)屑(xie)層的(de)(de)(de)過(guo)濾吸(xi)附(fu)作用(yong)(yong), 而(er)且產生新(xin)的(de)(de)(de)膠(jiao)(jiao)粒, 其中(zhong)心膠(jiao)(jiao)核是許多Fe (OH) 3 聚合而(er)成(cheng)的(de)(de)(de)有(you)(you)巨大(da)比表面積(ji)的(de)(de)(de)不溶(rong)性(xing)粒子, 這就使它易于吸(xi)附(fu)、裹挾(xie)大(da)量的(de)(de)(de)有(you)(you)害電解(jie)質, 并可(ke)(ke)和各種(zhong)金屬發生共沉淀作用(yong)(yong), 從(cong)而(er)達(da)到去除(chu)的(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)。

1.2 實驗

反(fan)應裝置(zhi)如圖1 所示。

取一定質(zhi)量(liang)的(de)鐵屑, 裝入反應柱中，取一定體(ti)積(ji)的(de)廢水( 濟南市某制藥公(gong)司頭孢類(lei)抗(kang)生(sheng)素廢水) , 主要污染(ran)物(wu)有三乙(yi)(yi)胺、四噻唑乙(yi)(yi)酸(suan)(suan)(suan)、三甲(jia)基乙(yi)(yi)酸(suan)(suan)(suan)、二甲(jia)基乙(yi)(yi)酰胺、二氯甲(jia)烷、丙(bing)酮、異丙(bing)酸(suan)(suan)(suan)、乙(yi)(yi)醇、醋酸(suan)(suan)(suan)鈉/醋酸(suan)(suan)(suan)、無機氯化(hua)物(wu)等。水質(zhi)特征: COD 20 ～40 g/L,BOD5 4.3 ～8.9 g/L, pH 2 ～4。用(yong)質(zhi)量(liang)分(fen)數10%的(de)鹽酸(suan)(suan)(suan)和4 mol /L 的(de)氫(qing)氧化(hua)鈉溶液(ye)調節廢水的(de)pH 后, 注入反應柱中, 用(yong)空氣泵曝氣一定時間后, 把廢水倒出,靜置后取上清(qing)液(ye)。用(yong)重鉻(ge)酸(suan)(suan)(suan)鉀法測其COD,稀釋接種法測BOD5〔7〕。

2 結果與討論

2.1 實驗結果
為盡(jin)快(kuai)確定最佳工藝條件和影響處理效率的主要因素(su)(su), 選(xuan)(xuan)取鐵屑質量(m) 或(huo)廢水(shui)體積(V) 、曝氣時間( t) 、pH 等(deng)因素(su)(su), 每一(yi)因素(su)(su)各選(xuan)(xuan)三(san)個(ge)水(shui)平(ping)套(tao)用(yong)正(zheng)交表L9( 34) 進(jin)行正(zheng)交試驗(yan)〔8〕, 結果見(jian)表1。

 由表1可以看出, 影響COD去除率(lv)的各(ge)因素的順序依次為: 曝氣(qi)時間> 鐵屑質量(liang)> 廢(fei)水(shui)(shui)體(ti)積>pH。即曝氣(qi)時間和(he)鐵屑質量(liang)是主要因素, 對處理結果影響較大, pH 的影響最小。又由表1 的極差分析可知, pH 越低, COD 去除率(lv)越高。考慮(lv)到原水(shui)(shui)是酸性廢(fei)水(shui)(shui)( pH 2 ～4) , 因此(ci)在以后(hou)的試驗(yan)中可不調節pH,直(zhi)接注入原廢(fei)水(shui)(shui)。

2.2 討論

2.2.1 可生化性提(ti)高(gao)的(de)確定(ding)

在鐵屑質(zhi)量為(wei)100 g、曝氣時間50 min、廢水體積為(wei)60 mL 的條件(jian)下用鐵- 氧電池進行(xing)預(yu)處理(li), 結果表明可(ke)生(sheng)化(hua)性(BOD5 /COD) 由難生(sheng)化(hua)( 0.22) 提(ti)高至可(ke)生(sheng)化(hua)( 0.37) , 廢水可(ke)生(sheng)化(hua)性得到了(le)較明顯的改善( 見表2) 。

2.2.2 曝氣時間(jian)對COD 去除率和可(ke)生化性(xing)的(de)影響從表1 中的(de)極(ji)差(cha)分析可(ke)知, 處(chu)理(li)時間(jian)越長COD去除率越高, 為進(jin)一(yi)步確定最佳(jia)處(chu)理(li)時間(jian), 又進(jin)行了單一(yi)因素(su)試驗。在鐵屑質(zhi)量(liang)100 g 和廢(fei)水(shui)體積(ji)60 mL條(tiao)件下, 考(kao)察了曝氣時間(jian)對處(chu)理(li)效果(guo)的(de)影響, 結果(guo)見(jian)圖2。

由圖(tu)2可(ke)知, 曝(pu)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)越(yue)(yue)長(chang)COD 去除率(lv)越(yue)(yue)大,BOD5 /COD 提高(gao)越(yue)(yue)顯著, 曝(pu)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)為(wei)(wei)90 min 時(shi)(shi)(shi),COD 去除率(lv)為(wei)(wei)73%, BOD5 /COD 達到了0.53, 當曝(pu)氣時(shi)(shi)(shi)間(jian)> 90 min 時(shi)(shi)(shi), 其(qi)增(zeng)長(chang)速率(lv)變緩(huan), 考(kao)慮到實際運行(xing)時(shi)(shi)(shi), 處理時(shi)(shi)(shi)間(jian)越(yue)(yue)短越(yue)(yue)好,因此預處理時(shi)(shi)(shi)間(jian)選用(yong)90 min。

2.2.3 鐵(tie)屑質量(liang)對COD 去除率和(he)(he)可生化(hua)性(xing)的影響在處(chu)理(li)時間(jian)為(wei)50 min 和(he)(he)廢水體積(ji)為(wei)60 mL 的條件下(xia), 改(gai)變(bian)鐵(tie)屑質量(liang)對廢水進行預處(chu)理(li), 結果見圖(tu)3。

由(you)圖3 可(ke)看出, 隨著(zhu)鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)質(zhi)量的增(zeng)加, COD 去(qu)除(chu)率(lv)增(zeng)加的幅(fu)(fu)度較大(da), 可(ke)生化(hua)性雖然提高, 但增(zeng)加幅(fu)(fu)度較小, 且當鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)質(zhi)量> 100 g 時增(zeng)長(chang)(chang)速率(lv)變緩。況且實(shi)際(ji)運(yun)行時鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)質(zhi)量越大(da), 成(cheng)本越高, 因此綜合考慮認(ren)為(wei)選擇100 g 為(wei)宜。在實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)(yong)中(zhong), 鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)可(ke)長(chang)(chang)期使用(yong)(yong), 只要(yao)保持60mL 廢水用(yong)(yong)100 g 鐵(tie)(tie)(tie)屑(xie)的配比即可(ke)。

2.2.4 最佳工藝條(tiao)件及(ji)預(yu)處理總效果

由以上結果可得(de)出(chu)最佳工藝條(tiao)件(jian): 廢水(shui)體積為60 mL 時, 鐵(tie)屑質(zhi)量100 g、處理時間90 min、pH 2～4。廢水(shui)在此條(tiao)件(jian)下經過預處理后, COD 去除(chu)率達73.0%, BOD5 /COD 提(ti)高(gao)到0.53, 水(shui)質(zhi)大為改善(shan), 為進一(yi)步(bu)的生化處理奠定了基礎。

3 結論

鐵(tie)- 氧電(dian)池法和一(yi)般鐵(tie)屑(xie)法相比(bi)較(jiao), 鐵(tie)屑(xie)腐蝕加快, 微電(dian)解反應速率提高, 不(bu)需(xu)惰性電(dian)極(ji)且可防止鐵(tie)屑(xie)結塊、鈍化(hua)。在(zai)處(chu)理(li)抗生素廢(fei)(fei)水(shui)時, 處(chu)理(li)時間對(dui)出(chu)水(shui)水(shui)質(zhi)影響(xiang)最大(da), 其次是鐵(tie)屑(xie)質(zhi)量、廢(fei)(fei)水(shui)體積(ji), pH影響(xiang)較(jiao)小。最佳工藝(yi)條件為: 廢(fei)(fei)水(shui)體積(ji)為60 mL 時,鐵(tie)屑(xie)質(zhi)量100 g、曝氣時間90 min、pH 2 ～4。鐵(tie)- 氧電(dian)池法既可中(zhong)和廢(fei)(fei)水(shui)的酸性, 又可還原有機污染物, 并通過(guo)絮凝沉淀(dian)等作用去除了(le)(le)部分有機物, 減小了(le)(le)有毒物質(zhi)的濃度(du), 顯著提高了(le)(le)廢(fei)(fei)水(shui)的可生化(hua)性, 有利于進(jin)一(yi)步的生化(hua)處(chu)理(li), 是十分有效的預處(chu)理(li)手段。

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