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.鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001;2.河南工程學院 ,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.鄭州大學化工與能源學院 ,河南鄭州 450001;2.河南工程學院 ,河南鄭州 451191)

通過在相同功耗不同處理時間的條件下測定處理前后的 COD、BOD、含氮量和含磷量以比較超聲波法和微波法降解工業廢水的優缺點及兩種組合工藝的差異,發現從反應時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,超聲裝置簡易行,便于清洗點明顯優勢。

微波 ;超聲 ;COD;BOD;氮磷含量

工業廢水的常規處理主要是一級和二級處理,在一定程度上可降低工業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物、氨氮和可溶性無機鹽等,如果將廢水排放則會對地下水造成污染。對二級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,不同處理時間對廢水COD、BOD、含氮量和含磷量的變化。

1 實驗材料與方法

1.1 材料與設備

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,硫酸亞鐵銨標準液,硫酸溶液,堿性碘化物—疊氮化物試劑,HCl,無水二價硫酸錳溶液,K2S2O8,碘酸鉀,NaOH,硫代硫酸鈉標準滴定液,淀粉,酚酞,碘,碘化鉀或碘化鈉。

1.1.2 設備

微波閉式 CODCrTN TP消解儀 (WXJ-Ⅲ/ WMX-III-B);消解罐若干;培養瓶;培養箱;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;培養箱;CP214型分析天平(0.0001);50 mL酸式滴定管;鐵架臺及實驗室常規玻璃儀器;培養瓶;培養箱;移液管若干;滴定管若干;錐形瓶若干;碘量瓶若干。

1.2 實驗方法

1.2.1 CODCr的測試方法

用直吹式(全流式)移液管依次吸取水樣 5.00 mL(同時吸取 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消解時間(min)=消解罐數(個)+2。

1.2.2 BOD5測定方法

按采用的稀釋比用虹吸管充滿兩個培養瓶至稍溢出。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。放一組瓶于培養箱中,并在暗中放置 5 d。在計時起點時,測量另一組瓶的稀釋水樣和空白溶液中的溶解氧濃度。達到需要培養的 5 d時,測定放在培養箱中那組稀釋水樣和空白溶液的溶解氧濃度。

1.2.3 總氮的測定方法

取水樣(外加一個空白)25.00 mL于消解罐內,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,關上爐門,按 (下)式選擇所需消解時間。

(TN)消解時間 (min)=消解罐 (個)+4。

1.2.4 總磷的測定方法(見下頁圖 1)

磷鉬藍法(即鉬銻抗分光光度法)。

2 結果與討論

2.1 對 COD的去除作用(見下頁圖 1)

圖1 COD的去除效果

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

這是由于超聲波對廢水中有機物產生高溫熱解效應、超聲機械效應和自由基氧化還原反應、以及微波使廢水中極性分子產生高速旋轉而產生熱效應。同時改變了體系的熱力學函數、降低了反應的活化能和分子的化學鍵強度,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時就可使COD降解到 100 mg/L以內,而則超聲波需要 60 min。從反應時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BOD的去除作用(見圖 2)

圖2 BOD的去除效果

通過對圖 2a、2b進行比較發現,在相同功率(100 W)、不同處理時間的條件下,超聲波和微波分別處理制藥廢水BOD隨時間的變化可看出,水樣的BOD均隨著超聲波、微波處理的進行而減小。超聲波處理 50 min、微波處理 6 min后,隨著處理時間的增加,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的含量隨著時間的推移而減少。但在操作方面,超聲裝置簡單易行便于清洗,操作費用較低,占明顯優勢。

2.3 對總氮的去除作用(見圖 3)

圖 3 總氮的去除效果

通過對圖3 a、3 b進行比較發現 ,在功率為 100 W的條件下,不同處理時間超聲波和微波對制藥廢水中總氮的去除效果,總氮量隨著超聲波、微波處理均出現下降的趨勢。在處理時間為 70 min時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,去除率達到了 59.82%。這是由于超聲波和微波的熱效應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。在以后的去除時間中,總氮的減小量很少,可以認為在此運行條件下 (100 W),70 min是超聲波的最佳處理時間,7 min是微波的最佳處理時間。兩種去除方式都可使 TN的含量隨著時間的推移而減少。但微波處理在 1 min時就可使TN降到 1.75以下,而超聲波需要 60 min。從反應時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 對總磷的去除作用(見圖 4)

圖 4 總磷的去除效果

對圖 4a、4b進行比較發現,在功率為 100 W的條件下,不同處理時間的超聲波和微波對制藥廢水中總磷的去除效果,開始時總磷量隨著處理均出現下降的趨勢。在處理時間為 60 min時,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,去除率達到了 75.56%。在以后的處理時間中幾乎維持水平不變。由于微波處理過程中會使反應器內壓力升高,從安全因素考慮,建議采用超聲裝置進行處理。

3 結論

兩種去除方式都可使 COD的含量隨著時間的推移而減少。微波在 2 min時就可使 COD降解到100 mg/L以內,而超聲波則需要 60 min。從反應時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以內而超聲波則需要 40 min。但在操作方面,超聲裝置簡單易行便于清洗,操作費用較低,占明顯優勢。兩種去除方式都可使 TN的含量隨著時間的推移而減少。微波處理在 1 min時就可使 TN降到 1.75以下,而超聲波需要60 min。從反應時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使反應器內壓力升高,從安全因素考慮,建議采用超聲裝置進行處理。

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TQ703

A

1003-3467(2010)16-0028-03

2010-07-28

國家重大水專項計劃項目子課題(2009ZX07210-001-002)

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