白娟莉

（四川景星環(huán)境科技有限公司， 四川成都 610037）

抗生素廢水因濃度高、水質(zhì)波動(dòng)大、廢水中含有延緩或完全抑制微生物生長的有毒有害物質(zhì)、可生化性較差等特點(diǎn)，將其歸為生物難降解有機(jī)廢水。因此，在進(jìn)入污水處理系統(tǒng)前，需對其進(jìn)行一定的預(yù)處理。鐵碳微電解和芬頓氧化法因氧化性強(qiáng)、處理效率高、不產(chǎn)生二次污染，同時(shí)，兼具占地面積小、操作簡單、管理方便等特點(diǎn)適于抗生素廢水的預(yù)處理。但這兩種處理方法對抗生素廢水的處理效果及其適用條件都有待進(jìn)一步研究。

1 鐵碳微電解及芬頓氧化法基本原理

鐵碳微電解是利用鐵、碳組分自身產(chǎn)生的電位差發(fā)生氧化還原反應(yīng)，對廢水進(jìn)行電解處理［1］，以達(dá)到降解有機(jī)污染物和脫色的目的。特別是在有氧的情況下，反應(yīng)生成的Fe（OH）3是活性膠狀絮凝劑［2］，其吸附能力很強(qiáng)，可對水中的懸浮物及其他有色物質(zhì)進(jìn)行吸附、凝聚共沉淀而除去，從而達(dá)到對廢水的凈化效果。

芬頓氧化法是利用“芬頓試劑”進(jìn)行化學(xué)氧化的廢水處理技術(shù)。芬頓試劑是Fe2+和H2O2組成的氧化體系，該體系在酸性條件下能生成氧化性極強(qiáng)的羥基自由基（·OH），可有效降解有機(jī)污染物［3］。同時(shí)，F(xiàn)e2+被氧化成Fe3+，產(chǎn)生混凝沉淀作用，去除大量有機(jī)物。因此，芬頓氧化法在水處理中具有兩種作用：混凝和氧化［4］。

廢水經(jīng)過鐵碳微電解或芬頓氧化處理后，大分子有機(jī)物得以斷鏈開環(huán)、污染物在去除的同時(shí)廢水可生化性得以提高，為廢水后續(xù)處理提供了良好的基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)水樣來源及濃度

實(shí)驗(yàn)水樣取自某藥業(yè)公司污水處理站調(diào)節(jié)池出水口，CODcr約3000～5000mg/L、BOD5約500～1000mg/L、pH約為5。由此可見，廢水可生化性較差，廢水水質(zhì)波動(dòng)較大。

2.2 儀器和藥劑

（1）實(shí)驗(yàn)儀器：500mL燒杯、曝氣裝置、溶解氧瓶、CODcr快速測定儀、溶解氧儀、生化培養(yǎng)箱；

（2）實(shí)驗(yàn)藥劑：硫酸、氫氧化鈉、FeSO4﹒7H2O、H2O2（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%）、重鉻酸鉀、硫酸-硫酸銀、硫酸汞；

2.3 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)使用的材料主要是鐵屑及粉末活性炭，為了消除對實(shí)驗(yàn)的干擾，在實(shí)驗(yàn)前對鐵屑及粉末活性炭均進(jìn)行了預(yù)處理，預(yù)處理過程如下：

（1）鐵屑：首先用堿液（10%）進(jìn)行浸泡，再用稀硫酸（3%）進(jìn)行活化，最后用清水洗凈待用；

（2）粉末活性炭：用水樣反復(fù)浸泡至少30min。

2.4 分析方法

pH采用pHS-3CA型酸度計(jì)測試，CODcr采用重鉻酸鉀法測試，BOD5采用稀釋接種法測試。

2.5 實(shí)驗(yàn)方法

（1）鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)

在500mL燒杯中加入200mL水樣與一定量的填料（水樣需沒過填料），同時(shí)，在燒杯底部放入曝氣裝置進(jìn)行曝氣；待反應(yīng)結(jié)束，把廢水倒入另外一個(gè)燒杯，調(diào)節(jié)pH至堿性（約9～10）進(jìn)行沉淀，靜置后取上清液進(jìn)行檢測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）芬頓氧化實(shí)驗(yàn)

在500mL燒杯中加入200mL水樣，然后投加一定量的FeSO4·7H2O和雙氧水溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%）。待反應(yīng)結(jié)束，將廢水倒入另外一個(gè)燒杯，調(diào)節(jié)pH至堿性（約為9～10）進(jìn)行沉淀，靜置后取上清液進(jìn)行檢測并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 鐵碳微電解實(shí)驗(yàn)

（1）鐵碳體積比對廢水CODcr去除率的影響

進(jìn)水pH調(diào)節(jié)至4、通過調(diào)節(jié)鐵、碳填料的投加量使其體積比分別為1：0、1：1、2：1、3：1時(shí)進(jìn)行為時(shí)120min的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 鐵碳比對CODcr去除率的影響

從圖1可以看出，鐵碳比的變化對CODcr的去除率有一定的影響。與未加活性炭時(shí)相比，當(dāng)填料中以1：1比例加入活性炭時(shí)，其對CODcr的去除率變化不大，但出水色度明顯降低，水質(zhì)變的清澈。當(dāng)繼續(xù)提高鐵碳比時(shí)，鐵碳微電解對CODcr的去除率也有所提高，在鐵碳比為2：1時(shí)，最高可達(dá)84.5%。隨著鐵碳比繼續(xù)增大，更多的鐵沒有與碳組成原電池，而是快速溶解從而導(dǎo)致鐵的消耗增多，產(chǎn)泥量也相應(yīng)增加。同時(shí)，較多的Fe2+被鼓入的空氣氧化成Fe3+導(dǎo)致出水顏色變深。因此綜合考慮，鐵碳比為1：1時(shí)去除效果為最佳。

（2）反應(yīng)停留時(shí)間對廢水CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變反應(yīng)停留時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

從圖2可以看出，CODcr去除率隨著反應(yīng)停留時(shí)間的增加而逐漸增大。但以120min為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，在此之前增加趨勢明顯，在此之后增加趨勢趨于平緩。此外，實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停留時(shí)間大于150min時(shí)，出水顏色有加深的趨勢，這可能是因?yàn)檫^多的鐵溶解進(jìn)入廢水中所致。所以綜合考慮，停留時(shí)間控制在120min最好。

圖2 反應(yīng)停留時(shí)間對CODcr去除率的影響

（3）進(jìn)水pH對廢水CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變進(jìn)水pH分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 進(jìn)水pH值變化對CODcr去除率的影響

由圖3可知，CODcr的去除率隨著進(jìn)水pH增大而明顯下降。當(dāng)進(jìn)水pH調(diào)至8時(shí)，相比初始進(jìn)水pH，廢水CODcr去除率由48.8%降低至14.7%，降低了34.1%，變化幅度之大。但考慮到實(shí)際工程應(yīng)用中，降低pH要消耗大量的酸，而且pH過低，鐵碳反應(yīng)過快，大量的鐵溶解，不但增加了鐵用量，且產(chǎn)泥量也增加，為了盡可能的節(jié)約加酸費(fèi)用及耗鐵量，進(jìn)水pH以4為宜。

3.2 芬頓氧化實(shí)驗(yàn)

（1）FeSO4·7H2O投加量對CODcr去除率的影響

調(diào)節(jié)進(jìn)水pH至4、在水樣中投加10mLH2O2，通過改變FeSO4·7H2O投加量進(jìn)行為時(shí)120min的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖4。

圖4 FeSO4·7H2O投加量對CODcr去除率的影響

從圖4可以看出，F(xiàn)eSO4·7H2O投加過多或過少，廢水CODcr去除率均不高，整個(gè)曲線呈拋物線狀。這一現(xiàn)象主要是由Fe2+濃度的變化引起，濃度過低，不利于氧化反應(yīng)的進(jìn)行，單位H2O2產(chǎn)生的·OH較少，氧化效果差，廢水處理效果自然不好；而Fe2+濃度過高時(shí)，水樣中就會(huì)殘留有部分未參與反應(yīng)的Fe2+，不僅使出水色度增加，而且過量的Fe2+本身對CODcr就有貢獻(xiàn)，則廢水處理效果反而下降。因此，F(xiàn)eSO4·7H2O投加量控制在1.05g較為合適。

（2）H2O2投加量對CODcr去除率的影響

圖5 H2O2投加量對CODcr去除率的影響

其他條件不變，改變H2O2的投加量，使其分別為2、4、10、16、20mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖5。

從圖5可以看出，廢水CODcr去除率隨著H2O2投加量的不斷增加而提高。以10mL為節(jié)點(diǎn)，在此之前CODcr去除率增加趨勢明顯，在此之后，變化幅度已不是很明顯甚至還有下降的趨勢。究其原因主要是：H2O2投加量過大，快速地將氧化體系中的Fe2+氧化成了Fe3+，抑制了·OH的產(chǎn)生，對污染物的去除效果自然下降，同時(shí)，由于過多Fe3+的存在，還會(huì)使出水的色度增加。因此，H2O2的投加量選擇10mL較為合適。

（3）進(jìn)水pH變化對CODcr去除率的影響

其他條件不變，將進(jìn)水pH分別調(diào)節(jié)至2、4、6、8時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖6。

圖6 進(jìn)水pH值變化對CODcr去除率的影響

從圖6明顯看出，隨著進(jìn)水pH的變化，CODcr的去除率呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化。當(dāng)進(jìn)水pH由2增加到4時(shí)，CODcr的去除率也隨之增加，而進(jìn)水pH調(diào)節(jié)至6時(shí)則明顯下降，當(dāng)進(jìn)水pH調(diào)至8時(shí)，CODcr的去除率又有所增加。所以，進(jìn)水pH以4為宜。

（4）停留時(shí)間CODcr去除率的影響

其他條件保持不變，改變停留時(shí)間（T=30、60、90、120、150、180、210、240、270、300min）分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見圖7。

圖7 停留時(shí)間對CODcr去除效果的影響

從圖7可以看出，在反應(yīng)進(jìn)行30min后，已表現(xiàn)出很好的去除效果，CODcr的去除率可達(dá)到61.4%。但實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將出水調(diào)至堿性后，生成的沉淀卻很難下沉，至少需1h才能完全沉降，且出水顏色偏黃，究其原因主要是反應(yīng)不徹底造成的。之后在反應(yīng)停留時(shí)間為60min時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，即CODcr的去除率急劇下降，而當(dāng)停留時(shí)間超過60min后，CODcr的去除率又呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢，直至反應(yīng)進(jìn)行到180min，再延長停留時(shí)間，去除率已不再變化。考慮到實(shí)際工程應(yīng)用，芬頓反應(yīng)停留時(shí)間選擇120min為最佳。

4 結(jié)論

采用鐵碳微電解及芬頓氧化法對該藥業(yè)公司抗生素廢水進(jìn)行處理，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水pH、控制反應(yīng)停留時(shí)間、合理投加物料或調(diào)節(jié)物料配比，均可取得良好的去除效果。在相同的反應(yīng)時(shí)間下，芬頓氧化法的去除效率稍優(yōu)于鐵碳微電解法，但前者的運(yùn)行成本更高。本次實(shí)驗(yàn)確定了兩種處理方法的最佳反應(yīng)參數(shù)，可為實(shí)際處理工程提供一定的依據(jù)，在實(shí)際處理工程中，也可考慮將兩種方法聯(lián)用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，取得更好的廢水處理效果。