對陳皮中藥材前處理過程中廢水的處理

顧晶晶+曹帥+韓登峰+張晴晴+朱惠

摘要：采用Fenton與UV光協同催化氧化法，針對陳皮中藥材前處理過程中廢水的降解進行研究。以COD的去除率為指標，通過單因素變量實驗進行探討最佳條件。結果表明，Fenton與UV光協同催化氧化法的最佳工藝條件：廢水的pH為4.0、FeSO4與H2O2摩爾比為1：5、UV光照反應時間3h。

關鍵字：陳皮；Fenton法；紫外光；化學耗氧量

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0095-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.047

Abstract： The degradation of dried tangerine traditional chinese medicinal materials pretreatment process was studied by synergy between Fenton method and UV light catalytic oxidation. The COD removal was used as evaluating indicator. The optimal operating conditions determined by experiments of controlling single factor variables. The result showed that the optimal operation conditions are as follows： wastewater pH of 4.0， FeSO4 with H2O2 molar ratio of 1：5， the UV illumination reaction time of 3h.

Key Words： dried tangerine；Fenton method；ultra violet；chemical oxygen demand

被譽為“中華藥都”的亳州，擁有大大小小數以百計的藥廠，其中某藥業有限公司專業提取中藥材即（陳皮）。生產過程中的廢水主要來自于前處理清洗藥材產生的廢水、浸泡-提取-濃縮-噴霧等設備清洗產生的廢水，主要成分為有機化合物、懸浮物等，這些廢水的排放會對環境產生不利的影響。傳統的污水處理方法對這類廢水存在局限性，不能穩定達標，因此尋找更加有效的水處理方法受到了水處理界的普遍關注。近年來，Fenton氧化與UV光催化相結合的方法越來越受到關注。Fenton氧化法因反應速度快，反應條件易控制，操作簡單等優點而受重視，其氧化有機物的原理是先由Fenton試劑中H2O2在Fe2+催化下產生羥基自由基（·OH），羥基自由基再直接作用于有機物而將其降解，進而達到降低有機污染物濃度和廢水COD值的目的[1-2]。UV光催化氧化法采用金屬半導體氧化物在一定波長的光照射下，進一步催化H2O2產生高活性的·OH，將有機物分解成CO2、H2O及小分子化合物[3]。

本實驗采用化學氧化法與UV光催化法相結合。探討單因素變量的最佳條件，將陳皮中藥材前處理過程中產生的廢水COD從884.12mg/L將至86.64mg/L，取得較好的效果，達到國家廢水排放標準。

1 實驗部分

1.1 TiO2薄膜的制備

采用溶膠-凝膠法制備TiO2薄膜，將一定量的TiO2與PVDF和增塑劑均勻混合，溶解在丙酮中，磁力攪拌，待其變粘稠，自然流延法形成薄膜，靜置，干燥，即得TiO2薄膜[4]。

1.2 UV光協同催化氧化法處理廢水

從亳州某藥企取回廢水試樣，加入一定量的FeSO4·7H2O，室溫下進行磁力攪拌，待完全溶解，調節pH值。加入H2O2作為氧化劑，再次調節pH值。反應進行一段時間后，取清液測其COD值。在Fenton法最佳條件下，加入已制備好的TiO2薄膜，進行300W的UV光照反應，再次測其COD值。分別考察Fe2+和H2O2的摩爾比值和光照反應時間對廢水COD去除率的影響。

2 結果與討論

2.1 Fe2+和H2O2的摩爾比對COD去除率的影響

根據彭海麗等[5]研究對乙酰氨基酚制備過程中廢水的處理得出Fenton試劑Fe2+/H2O2的較適宜摩爾比為1：4.5。本實驗在200ml陳皮廢水試樣中加入5.588gFeSO4·7H2O，調節pH值為4.0，H2O2加入量分別為10、11.4、12.7、14ml，反應4小時，取清溶液測其COD值。結果如圖1。

由圖1可知，H2O2的用量在10～12.7ml范圍內，廢水COD的去除率穩定增加，H2O2的量為12.7ml時廢水COD去除率最大。這是因為Fenton試劑在Fe2+與H2O2適宜摩爾比的條件下，產生大量的·OH，將陳皮廢水中的有機物氧化成小分子，最終氧化成CO2和H2O。同時生成Fe（OH）3絮凝劑，也可使廢水中的懸浮物沉降。即FeSO4·7H2O與H2O2的最佳摩爾比是1：5，COD的去除率為84.9%。

2.2 UV光照時間對廢水COD去除率的影響

在200ml陳皮廢水試樣中加入6.124gFeSO4·7H2O和12.7ml H2O2，pH值調節到4.0，加入已制備好的TiO2薄膜，改變300W的UV光照射時間：1、2、3和4h。反應之后，取清液測試COD值。結果如圖2。

由圖2可知，當UV光照時間1-3h之間時，COD的去除率增加迅速，原因是當反應物濃度較高時，反應速度快。3h之后，COD的去除率穩定，因此可以說明本實驗的最佳UV光照反應時間為3h。這是因為Fenton試劑中Fe2+催化H2O2產生·OH，同時UV光催化也可產生高活性的·OH，進而加速了COD的去除率。隨著光照時間的延長，光催化效應結束，對廢水COD去除率影響較小。H2O2光催化機理如下[6]：

由上述機理可見，UV光催化和高級氧化法具有很好的協同作用。

3 結論

陳皮中藥材前處理過程中的廢水經過Fenton與UV光催化氧化的共同作用，可得到符合國家規定的一級排放標準的廢水（COD為86.64mg/L），COD的去除率為90%。此實驗優化了廢水處理的條件，為今后中藥材廢水處理研究提供參考。

參考文獻

[1]張丹，歐陽峰，李燕紅. Fenton 法及其在難降解有機廢水處理中的應用[J].廣東農業科學，2008，（8）： 147-149.

[2] 湯波.Fenton 試劑氧化制藥廢水的預處理方法研究[J].化工技術與開發，2011，40（11）： 54-58.

[3] 劉存海，喻瑩.納米TiO2薄膜光催化處理造紙廢水的研究[J].陜西科技大學學報，2011，29（5）： 9-13.

[4] 黃長萍，閆翔宇，彭帥，等.納米TiO2薄膜的制備及光催化性能[J].有色金屬，2010，63（2） ： 105-108.

[5]彭海麗，魯道榮，李存，周旭凱.對乙酰氨基酚制備過程中廢水的處理[J].環境工程學報，2014，8（3）：1014-1020.

[6] Emad S.Elmolla，Malay Chaudhuri.Photocatalytic degradation of amoxicillin，ampicillin and cloxacillin antibiotics in aqueous solution using UV/TiO2 and UV/H2O2 /TiO2 photocatalysis.Desalination，2010，252（1-3） ： 46-52.

收稿日期：2017-05-14

基金項目：UV光協同催化氧化法降解中藥廢水的研究（BSKY201527），校級課題（BSHX1506）

安徽省教育創新發展行動計劃項目：藥品質量與安全骨干專業建設

作者簡介：顧晶晶（1987-），女，碩士研究生，畢業于合肥工業大學，助教，研究方向為膜技術及廢水處理。