微波與超聲波處理制藥廢水的研究

于 淼,鮑錦磊,2,李 濤,任保增

(1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ,河南鄭州 450001;2.河南工程學(xué)院 ,河南鄭州 451191)

微波與超聲波處理制藥廢水的研究

于 淼1,鮑錦磊1,2,李 濤1,任保增1

(1.鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院 ,河南鄭州 450001;2.河南工程學(xué)院 ,河南鄭州 451191)

通過在相同功耗不同處理時(shí)間的條件下測(cè)定處理前后的 COD、BOD、含氮量和含磷量以比較超聲波法和微波法降解工業(yè)廢水的優(yōu)缺點(diǎn)及兩種組合工藝的差異,發(fā)現(xiàn)從反應(yīng)時(shí)間和能量損耗方面考慮,微波去除 COD效果較好,在去除BOD方面,超聲裝置簡(jiǎn)易行,便于清洗點(diǎn)明顯優(yōu)勢(shì)。

微波 ;超聲 ;COD;BOD;氮磷含量

工業(yè)廢水的常規(guī)處理主要是一級(jí)和二級(jí)處理,在一定程度上可降低工業(yè)廢水中的污染物含量;然而,處理后的廢水中仍含有許多難以生物降解的有機(jī)物、氨氮和可溶性無機(jī)鹽等,如果將廢水排放則會(huì)對(duì)地下水造成污染。對(duì)二級(jí)生化廢的處理方法主要有：混凝沉淀過濾法、活性炭吸附法、超濾膜法、微絮凝過濾法、接觸氧化過濾法、離子交換、反滲透、臭氧氧化、氮吹脫、折點(diǎn)加氯等。本文研究了在相同功耗條件下超聲波、微波分別處理制藥廢水,不同處理時(shí)間對(duì)廢水COD、BOD、含氮量和含磷量的變化。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

鄭州拓洋生物制藥廠的生化處理二次出水,重鉻酸鉀消解液,H2SO4-Ag2SO4溶液,試亞鐵靈指示劑,硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)液,硫酸溶液,堿性碘化物—疊氮化物試劑,HCl,無水二價(jià)硫酸錳溶液,K2S2O8,碘酸鉀,NaOH,硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定液,淀粉,酚酞,碘,碘化鉀或碘化鈉。

1.1.2 設(shè)備

微波閉式 CODCrTN TP消解儀 (WXJ-Ⅲ/ WMX-III-B);消解罐若干;培養(yǎng)瓶;培養(yǎng)箱;移液管若干;滴定管若干;錐形瓶若干;碘量瓶若干; KQ5200DE超聲波清洗器;培養(yǎng)箱;CP214型分析天平(0.0001);50 mL酸式滴定管;鐵架臺(tái)及實(shí)驗(yàn)室常規(guī)玻璃儀器;培養(yǎng)瓶;培養(yǎng)箱;移液管若干;滴定管若干;錐形瓶若干;碘量瓶若干。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CODCr的測(cè)試方法

用直吹式(全流式)移液管依次吸取水樣 5.00 mL(同時(shí)吸取 1～2份蒸餾水做全程空白),K2Cr2O7消解液 5.00 mL,H2SO4-Ag2SO45.00 mL于消解罐中。CODCr消解時(shí)間(min)=消解罐數(shù)(個(gè))+2。

1.2.2 BOD5測(cè)定方法

按采用的稀釋比用虹吸管充滿兩個(gè)培養(yǎng)瓶至稍溢出。將所有附著在瓶壁上的空氣泡趕跑,蓋上瓶蓋,小心避免夾空氣泡。將瓶子分為兩組,每組都含有一瓶選定稀釋比的稀釋水和一瓶空白溶液。放一組瓶于培養(yǎng)箱中,并在暗中放置 5 d。在計(jì)時(shí)起點(diǎn)時(shí),測(cè)量另一組瓶的稀釋水樣和空白溶液中的溶解氧濃度。達(dá)到需要培養(yǎng)的 5 d時(shí),測(cè)定放在培養(yǎng)箱中那組稀釋水樣和空白溶液的溶解氧濃度。

1.2.3 總氮的測(cè)定方法

取水樣(外加一個(gè)空白)25.00 mL于消解罐內(nèi),加 5%堿型過硫酸鉀 5.0 mL旋緊蓋帽。放入微波消解儀,沿玻璃盤周邊均勻放好,關(guān)上爐門,按 (下)式選擇所需消解時(shí)間。

(TN)消解時(shí)間 (min)=消解罐 (個(gè))+4。

1.2.4 總磷的測(cè)定方法(見下頁圖 1)

磷鉬藍(lán)法(即鉬銻抗分光光度法)。

2 結(jié)果與討論

2.1 對(duì) COD的去除作用(見下頁圖 1)

圖1 COD的去除效果

通過對(duì)圖 1a、1b進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),微波的去除率比超聲的除去率高,在相同功率 (100 W)、不同處理時(shí)間的條件下,水樣的 COD均隨著超聲波、微波處理的進(jìn)行而減小。

這是由于超聲波對(duì)廢水中有機(jī)物產(chǎn)生高溫?zé)峤庑?yīng)、超聲機(jī)械效應(yīng)和自由基氧化還原反應(yīng)、以及微波使廢水中極性分子產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生熱效應(yīng)。同時(shí)改變了體系的熱力學(xué)函數(shù)、降低了反應(yīng)的活化能和分子的化學(xué)鍵強(qiáng)度,從而加速了污染物的降解。在超聲波處理 70 min、微波處理 7 min后,隨著處理時(shí)間的增加,廢水的 COD變化不大,分別在89.55、41.52 mg/L左右。微波在 2 min時(shí)就可使COD降解到 100 mg/L以內(nèi),而則超聲波需要 60 min。從反應(yīng)時(shí)間因素與能量損耗方面考慮微波的除去效果比超聲的除去效果好,去除效率高。

2.2 對(duì)BOD的去除作用(見圖 2)

圖2 BOD的去除效果

通過對(duì)圖 2a、2b進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),在相同功率(100 W)、不同處理時(shí)間的條件下,超聲波和微波分別處理制藥廢水BOD隨時(shí)間的變化可看出,水樣的BOD均隨著超聲波、微波處理的進(jìn)行而減小。超聲波處理 50 min、微波處理 6 min后,隨著處理時(shí)間的增加,廢水的 BOD變化不大,分別在 27.79 mg/L、29.24 mg/L左右。兩種方式都可使 BOD的含量隨著時(shí)間的推移而減少。但在操作方面,超聲裝置簡(jiǎn)單易行便于清洗,操作費(fèi)用較低,占明顯優(yōu)勢(shì)。

2.3 對(duì)總氮的去除作用(見圖 3)

圖 3 總氮的去除效果

通過對(duì)圖3 a、3 b進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn) ,在功率為 100 W的條件下,不同處理時(shí)間超聲波和微波對(duì)制藥廢水中總氮的去除效果,總氮量隨著超聲波、微波處理均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在處理時(shí)間為 70 min時(shí)超聲波處理水樣中總氮由原來的 3.26 mg/L減至1.64 mg/L,去除率達(dá)到了 49.69%,微波處理同樣水樣總氮由原來的 3.26 mg/L減至 1.31 mg/L,去除率達(dá)到了 59.82%。這是由于超聲波和微波的熱效應(yīng)使得水樣的溫度升高,從而使得總氮在水中的溶解度不斷減小。在以后的去除時(shí)間中,總氮的減小量很少,可以認(rèn)為在此運(yùn)行條件下 (100 W),70 min是超聲波的最佳處理時(shí)間,7 min是微波的最佳處理時(shí)間。兩種去除方式都可使 TN的含量隨著時(shí)間的推移而減少。但微波處理在 1 min時(shí)就可使TN降到 1.75以下,而超聲波需要 60 min。從反應(yīng)時(shí)間因素與能量損耗方面考慮,微波的去除效果比超聲的去除效果好,去除效率高。

2.4 對(duì)總磷的去除作用(見圖 4)

圖 4 總磷的去除效果

對(duì)圖 4a、4b進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),在功率為 100 W的條件下,不同處理時(shí)間的超聲波和微波對(duì)制藥廢水中總磷的去除效果,開始時(shí)總磷量隨著處理均出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。在處理時(shí)間為 60 min時(shí),超聲波處理水樣中總磷由原來的 0.45 mg/L減至 0.11 mg/L,去除率達(dá)到 75.56%,微波處理同樣水樣 6 min總磷由原來的 0.45 mg/L減至 0.11 mg/L,去除率達(dá)到了 75.56%。在以后的處理時(shí)間中幾乎維持水平不變。由于微波處理過程中會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)壓力升高,從安全因素考慮,建議采用超聲裝置進(jìn)行處理。

3 結(jié)論

兩種去除方式都可使 COD的含量隨著時(shí)間的推移而減少。微波在 2 min時(shí)就可使 COD降解到100 mg/L以內(nèi),而超聲波則需要 60 min。從反應(yīng)時(shí)間因素與能量損耗方面考慮,微波的去除效果比超聲的去除效果好,去除效率高;兩種去除方式都可使BOD的含量隨著時(shí)間的推移而減少。微波的處理可在 4 min使 BOD降解到 30 mg/L以內(nèi)而超聲波則需要 40 min。但在操作方面,超聲裝置簡(jiǎn)單易行便于清洗,操作費(fèi)用較低,占明顯優(yōu)勢(shì)。兩種去除方式都可使 TN的含量隨著時(shí)間的推移而減少。微波處理在 1 min時(shí)就可使 TN降到 1.75以下,而超聲波需要60 min。從反應(yīng)時(shí)間因素與能量損耗方面考慮,微波的除去效果比超聲的除去效果好,去除效率高;兩種去除方式都可使 TP的含量隨著時(shí)間的推移而減少。兩者在處理 TP含量上沒有明顯的差別。由于微波處理過程中會(huì)使反應(yīng)器內(nèi)壓力升高,從安全因素考慮,建議采用超聲裝置進(jìn)行處理。

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TQ703

A

1003-3467(2010)16-0028-03

2010-07-28

國(guó)家重大水專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目子課題(2009ZX07210-001-002)

于 淼(1985-),女,在讀碩士研究生;聯(lián)系人：任保增,電話：(0371)67781223。