阿奇霉素废水的预处理杨文玲

2009年第28卷第7期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·1271·化工进展阿奇霉素废水的预处理杨文玲1，董亚荣2，王立栋3，黄群贤2，程建锋1（1河北科技大学化学与制药工程学院，河北石家庄050018；2河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄050018；3中国环境管理干部学院人事处，河北秦皇岛066004）摘要：针对阿奇霉素废水高COD、高氨氮浓度、高色度以及高含盐量的特点，采用吹脱-铁炭微电解-Fenton氧化预处理阿奇霉素废水，效果良好。试验结果表明：吹脱pH值为11～12、吹脱时间20h时，氨氮去除率达到80%；铁炭微电解pH值为3～4、铁炭比为1.5、反应时间为80min时，COD去除率达到45%；向微电解出水投加30mL/L的H2O2（质量分数为30%）进行Fenton氧化处理，COD去除率提高到89.6%。预处理后，废水的BOD5/COD从0.18提高到0.3，提高了废水的可生化性。关键词：阿奇霉素废水；Fenton氧化；吹脱；微电解中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000–6613（2009）07–1271–03PretreatmentofazithromycinwastewaterYANGWenling1，DONGYarong2，WANGLidong3，HUANGQunxian2，CHENGJianfeng1（1SchoolofChemicalandPharmaceuticalEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang050018，Hebei，China；2SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，HebeiUniversityofScienceandTechnology，Shijiazhuang050018，Hebei，China；3PersonnelDepartment，EnvironmentManagementCollegeofChina，Qinhuangdao066004，Hebei，China）Abstract：Airstripping–Fe-Cmicroelectrolysis–FentonoxidationprocesswasusedtotreattheazithromycinwastewaterwithcharacteristicsofhighCOD，highammonia，heavycolor，aswellashighsaltcontent，andagoodresultwasobtained.Theexperimentalresultsindicatedthattheremovalrateoftheammonianitrogenreached80%byairstrippingwhenpHvaluewas11to12，strippingtimewas20h.Whenthereactiontimeforthemicroelectrolysiswas80minandpHwas3to4，theremovalrateofCODreached45%.WhenthedosageofH2O2(massfraction30%)tothemicroelectrolysiseffluentwas30mL/L，theremovalrateofCODwasincreasedto89.6%byFentonoxidation.Afterpretreatmentofwastewater，BOD5/CODwasincreasedfrom0.18to0.3，andthebiodegradabilityofwastewaterwasimprovedobviously.Keywords：azithromycinwastewater;Fentonoxidation;airstripping;microelectrolysis阿奇霉素是以红霉素为原料制备的第一个15元环大环内酯类抗生素，广泛应用于呼吸系统、泌尿系统及皮肤软组织等细菌性感染的临床治疗，已成为全球范围内最畅销的抗生素之一。但是，在其生产过程中势必产生大量的工业废水，该类废水水量大、成分复杂、可生化性差、氨氮浓度高、难以被微生物降解，只依靠传统生化法处理，效果不稳定，出水不能达标排放。目前，国外对该类废水处理的报道较为罕见，国内仅有TiO2光催化氧化阿奇霉素模拟废水的报道[1－2]。因此，对阿奇霉素废水进行预处理研究具有现实意义。由于废水中氨氮浓度高达1500mg/L以上，大研究开发收稿日期：2008–10–11；修改稿日期：2008–11–30。第一作者简介：杨文玲（1971—），女，博士，教授，主要从事生物化工、化工分离、废水污染控制方面的研究。E–[e-mail]。DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2009.07.026化工进展2009年第28卷·1272·量氨氮将增加废水的处理难度和成本，且不利于后续生化处理，拟采用吹脱法降低氨氮浓度，具有流程简单、处理效果稳定的特点。铁炭微电解技术具有适用对象范围广、处理效果好和成本低廉等优点，近年来受到广泛重视。利用铁炭微电解工艺处理焦化废水、农药废水、淀粉废水和硝化废水的研究逐渐增多[3－5]，投入生产运行的装置也有报道。但单独的微电解处理能力有限，若对微电解出水再进行Fenton试剂强化处理则可大大改善对有机物的去除效果[6]。而且废水经铁炭微电解处理后含有大量Fe2+，可作为Fenton试剂的铁源[7]。因此本试验采用吹脱-铁炭微电解-Fenton氧化预处理阿奇霉素废水，出水COD、氨氮得到了有效去除，可生化性显著提高，取得了良好的处理效果。1试验部分1.1废水水质废水由某制药厂提供，为阿奇霉素生产过程产生的综合废水，阿奇霉素废水含有的有机物主要为红霉素肟、重排物、丙酮、甲醇、二氯甲烷、氯仿、甲醛、阿奇霉素等，无机物主要有氯离子、高氯酸钠、硫酸根离子和氨根离子等。COD浓度为25600～48000mg/L，氨氮浓度1500～4000mg/L，pH值9～10，色度深，呈棕红色。1.2试验流程与方法试验流程如图1。进水吹脱微电解Fenton氧化生化硫酸亚铁双氧水图1阿奇霉素废水处理工艺流程1.2.1吹脱试验吹脱试验在玻璃容器中进行，加入氢氧化钠，调节不同pH值，对废水进行曝气吹脱，确定最佳pH值和吹脱时间。1.2.2微电解试验试验前先将铁刨花用10%碱液浸泡，再用3%的稀盐酸浸泡30min去除表面氧化物，用清水冲净，然后将铁刨花与活性炭按一定比例混合均匀，装入微电解反应器中。确定最佳铁炭比及停留时间。1.2.3Fenton试剂氧化试验取微电解后的废水200mL，置于500mL烧杯中，用硫酸调废水的pH值至酸性，向溶液中依次加入适量的H2O2水溶液（H2O2质量分数为30%），搅拌，反应结束后，用配置好的氢氧化钠调节pH值8～9，静置一段时间后，取滤液测COD。2结果与讨论2.1吹脱处理效果通常，水中的铵离子和游离氨保持一定的平衡关系，受pH值影响较大，当废水pH值调节至碱性时，铵离子转化为氨，此时游离氨的含量增加，再加以曝气吹脱后，水中的氨便会从水中溢出，从而达到去除氨氮的效果。在水温24～27℃、气温为22～25℃条件下，向废水中加入氢氧化钠调节pH值，每4h取样测定吹脱后氨氮浓度，分析吹脱效率，结果如图2。0204060801004812162024吹脱时间/h氨氮去除率/%pH=10pH=11pH=12pH=13图2pH值和吹脱时间对氨氮去除率的影响废水氨氮值较高，取水时可闻到刺鼻的气味，通过图2可知，随着吹脱时间的延长，不同pH值条件下，初始氨氮去除率均增长较快，20h后，去除率提高趋于平缓。在同一吹脱时间下，pH值为13时氨氮去除率最高，但是考虑到后续处理需要用酸将pH值回调，无疑会增加废水处理成本，综合考虑，本试验选择pH值在11～12，吹脱时间20h为宜。在此条件下，吹脱后出水COD去除率可达25%，pH值在8左右。2.2微电解处理效果将吹脱出来的废水，调节pH值，转入微电解池中进行反应。铁炭构成原电池反应，铁屑为阴极，活性炭为阳极，当铁屑和活性炭的配比合理时，构成的原电池数目增加，有利于废水中难降解物的分解。在pH=3时，设计了铁炭比为0.5、1、1.5、2、2.5的一组试验，分析铁炭比对废水COD去除率的影响，试验结果如图3。由图3可知，在一定铁炭比的情况下，随着反应时间的增加，COD去除率随之增加，但反应时间大于80min时，COD的去除率增加缓慢，这是因为随着时间的延长，铁的腐蚀速度减缓所致。故确定铁炭第7期杨文玲等：阿奇霉素废水的预处理·1273·010203040506020406080100120反应时间/minCOD去除率/%铁炭比=0.5铁炭比=1铁炭比=1.5铁炭比=2铁炭比=2.5图3铁炭比和反应时间对COD去除率的影响微电解的反应时间为80min。在一定反应时间的情况下，铁炭比的不同，直接影响微电解体系中原电池的数量，当比例过大时，体系中的原电池数量不足，当比例较小时，原电池的电极反应受限制，更多表现为吸附。由图3显示在反应时间为80min时，铁炭比为1.5的去除率最高。故确定微电解的铁炭比为1.5。2.3Fenton试剂氧化处理效果微电解反应结束后，废水中含有较多的Fe2+，与投加的H2O2形成Fenton试剂。因此，向微电解出水中投加H2O2，能进一步降解废水中难以被微电解去除的有机物，提高废水的可生化性。量取200mL废水，在pH=3条件下，观察H2O2对COD去除率的影响，实验结果如图4所示。010203040506070800.51.01.52.02.53.0反应时间/h10mL/L20mL/L30mL/L40mL/L50mL/LCOD去除率/%图4H2O2用量对COD去除率的影响由图4可知，随着H2O2用量的增加，COD去除率提高，但H2O2用量过高时，由于H2O2本身是·OH的清除剂（如HO·+H2O2→HO2·+H2O）[8－10]，消耗了H2O2，这使H2O2的利用率降低，COD去除率降低，所以当H2O2的加入量为30mL时，COD去除率达最大。过量的自由基和Fe2+反应生成大量的Fe3+（如Fe2++HO·→Fe3++OH－）[8－10]，会抑制Fe3+还原，进而影响·OH的产生并且会强化·OH和H2O2的反应，减少甲醛、红霉素、阿奇霉素等有机物与·OH碰撞的机会，导致COD去除率降低。随着反应时间的延长，COD去除率先增加后降低，故确定H2O2用量为30mL/L，反应时间为2h。3结论（1）采用吹脱-微电解-Fenton试剂氧化预处理阿奇霉素废水，降低了氨氮和COD浓度，最终提高了废水的可生化性。而且能够回收一部分氨气，减少调节pH值时硫酸的消耗。（2）试验确定的最佳工艺条件为：吹脱pH值为11～12时，吹脱时间20h为宜；微电解pH值为3～4时，最佳铁炭比为1.5，反应时间为80min；Fenton试剂氧化pH值为3时，30%H2O2投加量为30mL/L。（3）在上述条件下，吹脱对氨氮去除率能达到80%，COD去除率为25%。铁炭微电解对COD去除率达到45%，Fenton氧化对COD去除率达到66.7%，最终出水的COD降到5000mg/L左右，总的去除率达到89.6%。氨氮浓度降到400mg/L左右，氨氮去除率达到82.3%，色度去除率为91%，BOD5/COD从0.18提高0.3以上，废水可生化性大大提高，有利于后续生化处理。参考文献[1]郭忠，张宁，廖禹东．Fe3+/TiO2薄膜光催化降解含阿奇霉素废水的研究[J]．应用化学，2007，36(10)：1000-1002.[2]廖禹东，张宁．TiO2光催化剂降解含阿奇霉素废水的研究[J]．环境科学与技术，2002，29(12)：77-79.[3]赖