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电催化氧化法预处理半合成抗生素废水的技术研究与应用

作　者: 张建磊
导　师: 沈照理；任立人
学　校: 中国地质大学（北京）
专　业: 环境工程
关键词: 半合成抗生素高级氧化技术芬顿试剂电催化氧化可生化改善
分类号: X703
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

半合成抗生素废水污染物浓度高、成份复杂、化学性质稳定,目前处理方法主要有物化法、生物法及其组合工艺,但抗生素废水中污染物难生物降解,残留抗生素对生物菌种有很强的抑制作用,难以发挥生物处理的优势,使处理效果不理想,达标排放费用高。针对这些问题,作者提出采用高级氧化技术对半合成抗生素废水进行预处理,进行了Fenton预处理、电催化氧化预处理和生物处理试验。研究了Fenton试剂和电催化氧化预处理半合成抗生素废水的可行性、影响因素、COD去除率及对废水可生性的改善,并对两种预处理的反应机理进行了探讨。Fenton试验表明,所选因素中对COD去除率影响大小依次为:[FeSO4]>[H2O2]>pH>[絮凝剂]。在pH=3、[FeSO4]=240 mg/L、[H2O2]=1 mL/L、[絮凝剂]=1 mg/L、搅拌时间30 min条件下,COD去除效果最好,去除率可达29.4%。说明高级氧化技术可用于半合成抗生素废水的处理,但单独采用Fenton试剂法处理,废水的COD去除率偏低。电催化氧化试验表明,其最佳工艺参数为:槽间距60 cm,槽电压50 V,空气流量为50 L/h,反应时间为30 min。超声波可提高废水COD去除率。在处理过程中装置内有絮凝物产生,采用两级电催化氧化可减小絮凝物对处理效果的影响。头孢曲松综合废水、氨苄/阿莫废水经两级电催化氧化处理后,COD去除率分别可达到62.1%和74.6%,优于单级装置的去除效果。生物处理试验表明,未经预处理的废水,系统运行一段时间后COD去除率显著下降,降低进水浓度后,系统仍难以恢复。电催化氧化预处理后的废水经水解酸化、厌氧消化和好氧生物处理后,COD去除率分别可达20～40%、60%、76～80%,表明电催化氧化预处理后废水的可生化性得到了明显改善。在水解酸化-厌氧-好氧连续生化处理装置中,进水COD浓度约6000 mg/L,装置的最终出水COD可降至约250 mg/L。实际工程运行表明,电催化氧化工艺处理半合成抗生素废水,COD去除率可稳定在50%左右,平均为54.1%,系统运行一个月没出现去除率明显下降的现象。按电压40 V,平均电流300 A,处理能力5 t/h计算,电耗为24 kW,即4.8度电/吨水。室内试验和实际工程均表明,电催化氧化技术预处理半合成抗生素废水,COD的去除率大于50%,并且可显著提高废水的可生化性,有利于后续的生物处理,提高污染的去除率,降低处理成本。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
1 绪论  13-33
  1.1 半合成抗生素的研究进展和产业现状  13-15
    1.1.1 半合成抗生素的研究和应用  13
    1.1.2 我国半合成抗生素的产业现状  13-15
  1.2 半合成抗生素废水的产生及特征  15-20
    1.2.1 半合成抗生素的生产工艺及废水来源  15-19
    1.2.2 半合成抗生素废水的主要特征  19-20
  1.3 半合成抗生素废水处理技术进展  20-27
    1.3.1 半合成抗生素废水物化处理技术进展  20-22
    1.3.2 半合成抗生素废水生物处理技术进展  22-26
    1.3.3 半合成抗生素废水处理存在的问题  26-27
  1.4 高级氧化技术研究进展  27-31
    1.4.1 高级氧化技术定义和特点  27-28
    1.4.2 高级氧化技术的分类  28-31
    1.4.3 高级氧化技术应用现状  31
  1.5 问题的提出及研究意义  31-33
2 研究目的、内容与方法  33-36
  2.1 研究目的  33
  2.2 研究内容  33-34
  2.3 研究方法  34-36
3 FENTON 试剂预处理技术试验研究  36-51
  3.1 FENTON 试剂研究进展  36-41
    3.1.1 Fenton 试剂的发展  36
    3.1.2 Fenton 试剂反应机理  36-38
    3.1.3 Fenton 试剂在水处理中的应用  38-41
  3.2 试验装置与方法  41-42
    3.2.1 试验仪器与药剂  41
    3.2.2 试验水质  41
    3.2.3 试验方法  41-42
  3.3 FENTON 试验结果与分析  42-49
    3.3.1 Fenton 正交试验  42-44
    3.3.2 FeSO_4 用量对COD 去除的影响  44-45
    3.3.3 H_2O_2 用量对COD 去除的影响  45-46
    3.3.4 [Fe~(2+)]/[H_2O_2]一定其用量对COD 去除的影响  46-47
    3.3.5 pH 对COD 去除的影响  47-48
    3.3.6 反应时间对COD 去除的影响  48-49
  3.4 FENTON 试剂去除有机物机理探讨  49-50
  3.5 FENTON 试验小结  50-51
4 电催化氧化预处理技术试验研究  51-72
  4.1 电催化氧化研究进展  51-56
    4.1.1 电化学氧化技术特点  51-52
    4.1.2 电极材料及应用  52-53
    4.1.3 电极结构及三维电极  53-54
    4.1.4 电催化氧化和三维电极在水处理中的应用  54-56
  4.2 电催化氧化试验装置与方法  56-58
    4.2.1 试验装置与仪器  56-57
    4.2.2 试验水质  57
    4.2.3 粒子电极的制备  57-58
    4.2.4 试验方法  58
  4.3 电催化氧化试验结果与分析  58-70
    4.3.1 电催化氧化预处理的影响因素试验  58-63
    4.3.2 单一废水的电催化氧化预处理试验  63-66
    4.3.3 两级电催化氧化及混合废水预处理试验  66-69
    4.3.4 电化学氧化机理探讨  69-70
  4.4 电催化氧化试验小结  70-72
5 电催化氧化对废水生化过程影响的试验研究  72-90
  5.1 预处理对废水生化过程影响研究进展  72-78
    5.1.1 废水可生化性评价技术  72-76
    5.1.2 预处理对废水生物处理过程影响的研究进展  76-78
    5.1.3 试验方法的选择  78
  5.2 电催化氧化对废水水解酸化过程影响的研究  78-82
    5.2.1 试验装置与方法  79-80
    5.2.2 试验结果与分析  80-82
  5.3 电催化氧化对废水厌氧过程影响的研究  82-84
    5.3.1 试验装置与方法  82-83
    5.3.2 试验结果与分析  83-84
  5.4 电催化氧化对废水好氧生化过程的影响研究  84-86
    5.4.1 试验装置及方法  84-85
    5.4.2 试验结果与分析  85-86
  5.5 预处理半合成抗生素废水连续生化处理研究  86-89
    5.5.1 装置及试验流程  86-88
    5.5.2 试验结果及分析  88-89
  5.6 本章小结  89-90
6 电催化氧化处理技术工业应用研究  90-96
  6.1 工程概况及设计原则  90-91
    6.1.1 基本情况  90
    6.1.2 设计依据及原则  90-91
  6.2 设计条件  91-92
    6.2.1 水量情况  91
    6.2.2 水质情况  91
    6.2.3 治理后水质标准  91-92
  6.3 工艺流程与装置  92-94
    6.3.1 电催化氧化处理的工艺流程  92
    6.3.2 电催化氧化工艺的主要设备和装置  92-93
    6.3.3 工程运行成本估算  93-94
  6.4 电催化氧化工艺运行结果与分析  94-95
  6.5 本章小结  95-96
7 结论  96-99
致谢  99-100
参考文献  100-105
附录  105-110
  附表1 半合成抗生素废水主要污染物的分子结构和性质  105-107
  附表2 发酵类制药企业产量及生产用水、排水情况  107-108
  附表3 发酵类制药企业废水排放与处理情况表  108-110

电催化氧化法预处理半合成抗生素废水的技术研究与应用

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