微波诱导改性活性炭催化处理低浓度抗生素废水

书第３１卷第１０期２０１２年１０月环境化学ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬＣＨＥＭＩＳＴＲＹＶｏｌ．３１，Ｎｏ．１０Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２２０１１年１２月１４日收稿．国家“十一五”水体污染控制与治理重大专项（２００９ＺＸ０７２１０００１００２）资助．通讯联系人，Ｔｅｌ：１５８９０６５５６１９，Ｅｍａｉｌ：ｗａｚｎ２０１０＠１２６．ｃｏｍ微波诱导改性活性炭催化处理低浓度抗生素废水周汇买文宁肖珊（郑州大学水利与环境学院，郑州，４５０００１）摘要通过采用负载ＦｅＳＯ４活性炭、ＣｕＳＯ４活性炭和一般活性炭作为微波催化剂处理抗生素废水的对比实验，研究不同负载方法对抗生素制药废水ＣＯＤ去除的差别，结果表明，负载ＦｅＳＯ４的活性炭作为催化剂的微波处理系统对ＣＯＤ的去除率最高．以微波诱导负载ＦｅＳＯ４的活性炭为催化剂对抗生素制药废水进行处理，结果表明，增大负载ＦｅＳＯ４活性炭质量，微波辐射时间和微波功率，均有利于抗生素废水中ＣＯＤ的去除，但各影响因素的取值并不是越大越好．对微波诱导负载ＦｅＳＯ４活性炭催化工艺处理抗生素废水进行反应动力学分析，结果显示，过程近似一级反应，其动力学方程为：ｌｎＣ０／Ｃ＝０．１４１３ｔ＋５．４１２１，ｒ＝０．９８７６．反应动力学常数为０．１４１３ｍｉｎ－１．关键词微波诱导，改性活性炭，催化，低浓度抗生素废水，微波热点．抗生素是发酵工程制药中生产最多的药品之一，每年产生的废水在工业废水总量中占有一定的比重．抗生素制药废水是在抗生素生产的发酵、过滤、萃取结晶等各个环节中产生的，由于数量巨大，且具有一定毒性，是废水处理行业较难降解的废水之一．由于活性炭结构的不均匀性，在微波加热过程中其表面会产生许多“热点”，这些“热点”的温度比其它部位高得多，很容易分解有机废水中的有机物，从而达到降解有机废水的目的［１］．很多有机化合物不能够直接明显吸收微波，但是可以利用某种强吸收波的“敏化剂”把微波能传给这些化合物从而诱发化学反应，可以做“敏化剂”的物质有铁磁性金属（如铁、钴、镍等）、部分金属氧化物和活性炭等．活性炭具有很强的吸收微波的特性［２］，二者的联合使用可以增加对微波的吸收能力，即增加“热点”密度使废水中的有机污染物有更多机会与“热点”接触而被氧化分解．孙文强等［３］通过浸渍法制备负载Ｃｕ２＋、Ｆｅ３＋和Ｃｏ２＋等过渡金属离子的改性活性炭．以Ｎ２作为保护气，在微波场中进行升温实验，通过与未改性活性炭比较发现，负载金属离子的活性炭在微波场中具有更高的升温速率和温度最大值，经过微波辐照之后，改性活性炭的质量损耗率在７％以下．卜龙利等［４］采用微波诱导活性炭催化降解了ｐ硝基酚（ＰＮＰ）的有机废水．结果表明，当ＰＮＰ浓度为１６１８ｍｇ·Ｌ－１、微波功率为５００Ｗ，废水流量为６．４ｍＬ·ｍｉｎ－１，气体流量为１２０ｍＬ·ｍｉｎ－时，ＰＮＰ的去除率达到９０％，ＴＯＣ（总有机碳）去除率达到９１％．王金成等［５］采用微波载硫酸镍活性炭催化降解了活性艳蓝ＫＮＲ染料废水．研究表明，微波加热使活性艳蓝ＫＮＲ更易脱色，降解的主要原因不是吸附而是微波加热．陈孟林等［６］以结晶紫溶液为处理对象，研究了在活性炭存在和通入空气的条件下，微波加热处理染料废水的最佳工艺条件为，活性炭与溶液的质量比１∶１０、微波加热３０ｍｉｎ，此时对浓度为１×１０－３ｍｏｌ·Ｌ－１的结晶紫溶液，可达到９９．６％的脱色率．本文以负载金属盐类的改性活性炭为诱导催化剂，采用微波辐射技术，对某制药公司生化处理系统外排水中化学需氧量（ＣＯＤ）的去除进行研究，以探索微波诱导催化技术处理抗生素制药废水的可行性．１材料与方法１．１主要试剂和设备柱状活性炭（郑州派尼化学试剂厂）；硫酸亚铁（ＦｅＳＯ４）和五水合硫酸铜（ＣｕＳＯ４·５Ｈ２Ｏ）及其它试剂１６３２环境化学３１卷均为分析纯．紫外可见分光光度计（Ｔ６新世纪型，北京普析通用仪器有限责任公司）；实验室专用微波炉（ＷＭＸⅢＡ型，广东韶关科力实验仪器有限责任公司）功率为０—８００Ｗ；电子天平（ＡＢ２０４Ｅ）；烘箱（ＹＨＷ１０３型，长沙仪器仪表厂）；电子万用炉（北京市永光明医疗仪器厂）；磁力加热搅拌器（７８１型，杭州仪表电机厂）．１．２实验废水试验中所需废水来自于某抗生素制药厂污水处理站二级处理出水，厂中采用的二级处理工艺为ＩＣ反应器＋Ａ／Ｏ处理工艺．该废水的二级处理出水ＣＯＤ浓度为２００—２７０ｍｇ·Ｌ－１．ＣＯＤ采用ＧＢ１１９１４８９的方法进行测量．１．３实验装置实验中微波诱导催化工艺处理废水的装置如图１所示．图１微波诱导催化降解实验装置Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｎｄｕｃｅｄｃａｔａｌｙｔｉｃｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ１．４活性炭的改性改性活性炭的制备：市售的柱状活性炭