微波与超声波处理制药废水的研究

于 淼,鲍锦磊,2,李 涛,任保增

(1.郑州大学化工与能源学院 ,河南郑州 450001;2.河南工程学院 ,河南郑州 451191)

微波与超声波处理制药废水的研究

于 淼1,鲍锦磊1,2,李 涛1,任保增1

(1.郑州大学化工与能源学院 ,河南郑州 450001;2.河南工程学院 ,河南郑州 451191)

通过在相同功耗不同处理时间的条件下测定处理前后的 COD、BOD、含氮量和含磷量以比较超声波法和微波法降解工业废水的优缺点及两种组合工艺的差异,发现从反应时间和能量损耗方面考虑,微波去除 COD效果较好,在去除BOD方面,超声装置简易行,便于清洗点明显优势。

微波 ;超声 ;COD;BOD;氮磷含量

工业废水的常规处理主要是一级和二级处理,在一定程度上可降低工业废水中的污染物含量;然而,处理后的废水中仍含有许多难以生物降解的有机物、氨氮和可溶性无机盐等,如果将废水排放则会对地下水造成污染。对二级生化废的处理方法主要有：混凝沉淀过滤法、活性炭吸附法、超滤膜法、微絮凝过滤法、接触氧化过滤法、离子交换、反渗透、臭氧氧化、氮吹脱、折点加氯等。本文研究了在相同功耗条件下超声波、微波分别处理制药废水,不同处理时间对废水COD、BOD、含氮量和含磷量的变化。

1 实验材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

郑州拓洋生物制药厂的生化处理二次出水,重铬酸钾消解液,H2SO4-Ag2SO4溶液,试亚铁灵指示剂,硫酸亚铁铵标准液,硫酸溶液,碱性碘化物—叠氮化物试剂,HCl,无水二价硫酸锰溶液,K2S2O8,碘酸钾,NaOH,硫代硫酸钠标准滴定液,淀粉,酚酞,碘,碘化钾或碘化钠。

1.1.2 设备

微波闭式 CODCrTN TP消解仪 (WXJ-Ⅲ/ WMX-III-B);消解罐若干;培养瓶;培养箱;移液管若干;滴定管若干;锥形瓶若干;碘量瓶若干; KQ5200DE超声波清洗器;培养箱;CP214型分析天平(0.0001);50 mL酸式滴定管;铁架台及实验室常规玻璃仪器;培养瓶;培养箱;移液管若干;滴定管若干;锥形瓶若干;碘量瓶若干。

1.2 实验方法

1.2.1 CODCr的测试方法

用直吹式(全流式)移液管依次吸取水样 5.00 mL(同时吸取 1～2份蒸馏水做全程空白),K2Cr2O7消解液 5.00 mL,H2SO4-Ag2SO45.00 mL于消解罐中。CODCr消解时间(min)=消解罐数(个)+2。

1.2.2 BOD5测定方法

按采用的稀释比用虹吸管充满两个培养瓶至稍溢出。将所有附着在瓶壁上的空气泡赶跑,盖上瓶盖,小心避免夹空气泡。将瓶子分为两组,每组都含有一瓶选定稀释比的稀释水和一瓶空白溶液。放一组瓶于培养箱中,并在暗中放置 5 d。在计时起点时,测量另一组瓶的稀释水样和空白溶液中的溶解氧浓度。达到需要培养的 5 d时,测定放在培养箱中那组稀释水样和空白溶液的溶解氧浓度。

1.2.3 总氮的测定方法

取水样(外加一个空白)25.00 mL于消解罐内,加 5%碱型过硫酸钾 5.0 mL旋紧盖帽。放入微波消解仪,沿玻璃盘周边均匀放好,关上炉门,按 (下)式选择所需消解时间。

(TN)消解时间 (min)=消解罐 (个)+4。

1.2.4 总磷的测定方法(见下页图 1)

磷钼蓝法(即钼锑抗分光光度法)。

2 结果与讨论

2.1 对 COD的去除作用(见下页图 1)

图1 COD的去除效果

通过对图 1a、1b进行比较发现,微波的去除率比超声的除去率高,在相同功率 (100 W)、不同处理时间的条件下,水样的 COD均随着超声波、微波处理的进行而减小。

这是由于超声波对废水中有机物产生高温热解效应、超声机械效应和自由基氧化还原反应、以及微波使废水中极性分子产生高速旋转而产生热效应。同时改变了体系的热力学函数、降低了反应的活化能和分子的化学键强度,从而加速了污染物的降解。在超声波处理 70 min、微波处理 7 min后,随着处理时间的增加,废水的 COD变化不大,分别在89.55、41.52 mg/L左右。微波在 2 min时就可使COD降解到 100 mg/L以内,而则超声波需要 60 min。从反应时间因素与能量损耗方面考虑微波的除去效果比超声的除去效果好,去除效率高。

2.2 对BOD的去除作用(见图 2)

图2 BOD的去除效果

通过对图 2a、2b进行比较发现,在相同功率(100 W)、不同处理时间的条件下,超声波和微波分别处理制药废水BOD随时间的变化可看出,水样的BOD均随着超声波、微波处理的进行而减小。超声波处理 50 min、微波处理 6 min后,随着处理时间的增加,废水的 BOD变化不大,分别在 27.79 mg/L、29.24 mg/L左右。两种方式都可使 BOD的含量随着时间的推移而减少。但在操作方面,超声装置简单易行便于清洗,操作费用较低,占明显优势。

2.3 对总氮的去除作用(见图 3)

图 3 总氮的去除效果

通过对图3 a、3 b进行比较发现 ,在功率为 100 W的条件下,不同处理时间超声波和微波对制药废水中总氮的去除效果,总氮量随着超声波、微波处理均出现下降的趋势。在处理时间为 70 min时超声波处理水样中总氮由原来的 3.26 mg/L减至1.64 mg/L,去除率达到了 49.69%,微波处理同样水样总氮由原来的 3.26 mg/L减至 1.31 mg/L,去除率达到了 59.82%。这是由于超声波和微波的热效应使得水样的温度升高,从而使得总氮在水中的溶解度不断减小。在以后的去除时间中,总氮的减小量很少,可以认为在此运行条件下 (100 W),70 min是超声波的最佳处理时间,7 min是微波的最佳处理时间。两种去除方式都可使 TN的含量随着时间的推移而减少。但微波处理在 1 min时就可使TN降到 1.75以下,而超声波需要 60 min。从反应时间因素与能量损耗方面考虑,微波的去除效果比超声的去除效果好,去除效率高。

2.4 对总磷的去除作用(见图 4)

图 4 总磷的去除效果

对图 4a、4b进行比较发现,在功率为 100 W的条件下,不同处理时间的超声波和微波对制药废水中总磷的去除效果,开始时总磷量随着处理均出现下降的趋势。在处理时间为 60 min时,超声波处理水样中总磷由原来的 0.45 mg/L减至 0.11 mg/L,去除率达到 75.56%,微波处理同样水样 6 min总磷由原来的 0.45 mg/L减至 0.11 mg/L,去除率达到了 75.56%。在以后的处理时间中几乎维持水平不变。由于微波处理过程中会使反应器内压力升高,从安全因素考虑,建议采用超声装置进行处理。

3 结论

两种去除方式都可使 COD的含量随着时间的推移而减少。微波在 2 min时就可使 COD降解到100 mg/L以内,而超声波则需要 60 min。从反应时间因素与能量损耗方面考虑,微波的去除效果比超声的去除效果好,去除效率高;两种去除方式都可使BOD的含量随着时间的推移而减少。微波的处理可在 4 min使 BOD降解到 30 mg/L以内而超声波则需要 40 min。但在操作方面,超声装置简单易行便于清洗,操作费用较低,占明显优势。两种去除方式都可使 TN的含量随着时间的推移而减少。微波处理在 1 min时就可使 TN降到 1.75以下,而超声波需要60 min。从反应时间因素与能量损耗方面考虑,微波的除去效果比超声的除去效果好,去除效率高;两种去除方式都可使 TP的含量随着时间的推移而减少。两者在处理 TP含量上没有明显的差别。由于微波处理过程中会使反应器内压力升高,从安全因素考虑,建议采用超声装置进行处理。

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TQ703

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1003-3467(2010)16-0028-03

2010-07-28

国家重大水专项计划项目子课题(2009ZX07210-001-002)

于 淼(1985-),女,在读硕士研究生;联系人：任保增,电话：(0371)67781223。