脉冲电絮凝法处理制药废水研究

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制药废水成分复杂,且含有大量难以生物降解的污染物,采用常规生物处理工艺不能达到理想的处理效果,因此,研究各种生物、物化、化学等方法组合的处理工艺,或开发新的预处理技术,力求在提高处理效率的同时又降低处理成本,进而在实际工程中进行有效应用,是当前解决此类废水污染问题的关键。电絮凝法是一种新型的废水处理技术,具有处理效率高、速度快、操作简便、产生污泥量少、无需添加化学试剂等诸多优点,已在多种废水的处理中应用。但是较高的反应能耗以及阳极的钝化问题,限制了电絮凝技术的进一步发展,因此将脉冲技术引入电絮凝法,降低工艺能耗,成为其发展方向之一。本文将脉冲电源技术与电絮凝技术相结合,以黄连素废水为代表性制药废水,研究了脉冲电絮凝技术对难降解制药废水的处理效果和工艺影响因素,比较了其与传统电絮凝法和传统化学絮凝法在处理效果和能量消耗上的优劣,并对反应机理进行了初步探讨。实验结果表明,铁电极在脉冲电絮凝技术处理黄连素废水中具有明显的优势,其对废水中COD和黄连素的去除率约为相同条件下铝电极效率的2倍;占空比对黄连素废水的降解效果影响不大,采用低占空比可在保证去除率的同时有效地降低反应能耗;高电流密度和延长反应时间均可有效提高黄连素的去除率。综合考虑处理效果和经济因素,脉冲电絮凝技术处理黄连素废水的最优条件为:电流密度为19.4 mA/cm2(电流3.5 A),占空比为0.3,脉冲频率为1 kHz,电极间距为2 cm,处理时间3.5 h。在该条件下,处理COD和黄连素浓度分别为2411mg/L和2030 mg/L的模拟废水,二者去除率分别为69.6%和72.8%,对于COD和黄连素浓度分别为4009 mg/L和751.8 mg/L的实际废水二者的去除率分别为62.6%和90.1%。与传统电絮凝相比,脉冲电絮凝技术处理黄连素废水的节能优势明显,其电能消耗仅为传统电絮凝的10%,而电极消耗和去除效率则与之持平。与化学絮凝法相比,其对废水中COD和黄连素的去除率明显提高,达到相同去除率时,脉冲电絮凝工艺的成本远低于化学絮凝工艺。反应动力学实验研究表明,在最优反应时间内,脉冲电絮凝法对黄连素的去除为一级反应,浓度变化符合:ln Ct=ln C0-k0t,COD和黄连素的反应速率常数分别为0.3968 min-1和0.4698 min-1。通过对废水和絮凝剂ζ电位的测定和产物FTIR、1HNMR和XRD分析推测,脉冲电絮凝反应主要以絮凝作用为主。首先,阳极生成的铁离子形成多核水解聚合物,吸附黄连素分子表面带有相反电性的部分;然后,絮体通过沉淀或气浮作用从废水中分离。实际废水中的Cl-可在电化学过程中产生活性氯协同自由基等,部分地氧化分解黄连素分子中的较活泼基团,使黄连素转化、脱稳、去除。
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