基本信息
- 项目名称：
- 内循环式反应器的开发及其催化氧化制药废水的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 近年来，医药化工行业得到了快速发展，生产的医药产品为人类健康作出了巨大的贡献。然而，医药产品生产时伴生大量制药废水，这些废水中含有大量高浓度、难降解的有机中间体，如果处理不当而排入环境，将严重威胁人类生存环境的可持续发展
- 详细介绍：
- 臭氧氧化作为一种高级氧化水处理技术，具有高效、几乎无二次污染等特点，在给水领域得到了较好的应用，近年来在废水处理领域也逐渐引起了研究者的重视[16, 17]。然而，由于臭氧的选择性氧化和单独的臭氧利用效率偏低等缺点，单一的臭氧氧化很难应用到实际高浓度废水处理工程中，如果能提高臭氧的处理效率，将显著提升其在实际废水处理的应用[18, 19]。 本文以典型制药中间体对甲基苯磺酸为模型污染物，研究了pH、初始浓度、臭氧投加量等影响因素对臭氧氧化对甲基苯磺酸的行为，建立了表征臭氧氧化过程中直接反应和间接反应各相对贡献率的动力学模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物浓度等影响因素对3kHO2•-/k0参数的影响，为臭氧技术用于制药废水的处理提供基础数据和理论支撑。 研究发现，联合臭氧氧化体系与颗粒活性碳吸附体系构成催化臭氧氧化体系，有机污染物能够被反应过程中生成的自由基(特别是•OH)氧化去除，从而明显改善单一臭氧的选择性氧化和活性炭的难以再生的缺点，从而达到对污染物的协同降解的效果[7, 20, 21]。然而，在水处理过程中，活性炭所扮演的角色并不明确，有研究认为[22-24]，臭氧/活性炭降解体系是吸附-臭氧氧化再生的过程；另外，也有研究认为是活性炭催化臭氧氧化的过程[24]。同时，臭氧/活性炭联用体系处理高浓度有机制药废水方面的研究还比较少，鉴于此，本文将采用联用体系对高浓度有机制药废水的处理进行深入研究，重点从pH、臭氧氧化、活性炭吸附、联用体系、可生化性以及动力学模型的角度对臭氧/活性炭体系的降解机制进行深入讨论。以上研究结果是臭氧氧化降解制药废水相关数据的有益补充，对臭氧化处理制药废水具有较好的理论意义。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- (1) 臭氧氧化对甲基苯磺酸的动力学模型研究 (2) 臭氧/活性炭降解p-TSA及其降解机理 (3) 非均相催化臭氧处理高浓度制药废水的研究
科学性、先进性及独特之处
- 1 设计出一种能有效降解去除有机废水的内循环式反应器。 2 初步明确了单一臭氧氧化对甲基苯磺酸的降解机理机制。 3 明确了活性炭吸附/催化臭氧氧化体系中酸性条件下以活性炭吸附/再生为主，而在碱性条件下为催化臭氧氧化为主的反应机理，并建立了相应的吸附．催化氧化动力学模型；并将其应用于实际制药废水处理中，并取得了良好的效果。
应用价值和现实意义
- 1 开发了一种高效降解对甲基苯磺酸的内循环反应器。。 2 以对甲基苯磺酸为模拟废水，在内循环反应器中进行臭氧处理，得出对甲基苯磺酸在内循环反应器中的降解动力学模型。 3 以对甲基苯磺酸为模拟废水，在降解体系中投加活性炭，通过建立臭氧氧化-活性炭吸附的动力学模型 4 以药厂的实际有机制药废水为对象，在臭氧/活性炭体系中进行降解处理，同时废水的可生化性得到较大的提高。
学术论文摘要
- 研究采用实际制药废水作为处理对象，结果显示，相比单一活性炭吸附和单一臭氧降解体系，联用体系能大大提高COD、TOC的去除率以及BOD5/COD值，显示出良好的协同作用。当pH=12、活性炭投加量为20 g/L、臭氧投加量为64 mg/min时， BOD5/COD值从初始的0.021增加到处理后的0.345，同时，工艺参数优化结果表明，简历的臭氧氧化/活性炭吸附的动力学模型可较好地用于表征高浓度复杂废水的宏观调控。通过pHpzc、SEM、红外光谱等分析，发现在酸性条件下，活性炭主要扮演着吸附剂的作用；而在碱性条件下，活性炭则主要扮演着催化臭氧分解氧化的作用。
获奖情况
- 1 浙江工业大学校运河杯一等奖 2 Qizhou Dai, Shaoqing Cai, Ming Hua, Jiade Wang, Jianmeng Chen. Degradation of p-toluenesulfonic acid by ozonation: performance optimization and mechanism[J]. Environment Materials and Environment Management, 2010, 113-114: 1551-1554. (EI) 3 蔡少卿，何月峰，戴启洲，王家德，陈建孟，蒲通. 臭氧/活性炭催化氧化高浓度制药废水[J].环境科学学报. （A类）（录用） 4 蔡少卿，何月峰，戴启洲，陈建孟. 臭氧氧化对甲基苯磺酸的动力学模型研究[J]. 化工学报, 2011, 5 (62): 1014-1420. (EI) （录用）
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] Chelliapan S, Wilby T, Sallis PJ. Performance of an up-flow anaerobic stage reactor (UASR) in the treatment of pharmaceutical wastewater containing macrolide antibiotics [J]. Water Res, 2006, 40(3): 507-516. [2] Li J, Jin Z. Effect of hypersaline aniline-containing pharmaceutical wastewater on the structure of activated sludge-derived bacterial community [J]. Journal of hazardous materials, 2009, 172(1): 432-438. [3] Joss A, Keller E, Alder AC, et al. Removal of pharmaceuticals and fragrances in biological wastewater treatment [J]. Water Res, 2005, 39(14): 3139-3152. [4] Joss A, Zabczynski S, Gbel A, et al. Biological degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater treatment: Proposing a classification scheme [J]. Water Res, 2006, 40(8): 1686-1696.
同类课题研究水平概述
- 臭氧技术在水处理领域的研究和应用主要用于给水处理，在废水处理特别是难降解制药废水的研究相对较少；同时，臭氧氧化反应动力学主要集中在对臭氧直接反应的研究，对间接反应尤其是间接反应过程中的定量分析相对较少。本文以典型制药中间体对甲基苯磺酸为模型污染物，研究了pH、初始浓度、臭氧投加量等影响因素对臭氧氧化对甲基苯磺酸的行为，建立了表征臭氧氧化过程中直接反应和间接反应各相对贡献率的动力学模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物浓度等影响因素对3kHO2•/k0参数的影响，为臭氧技术用于制药废水的处理提供基础数据和理论支撑。 研究发现，联合臭氧氧化体系与颗粒活性碳吸附体系构成催化臭氧氧化体系，有机污染物能够被反应过程中生成的自由基(特别是•OH)氧化去除，从而明显改善单一臭氧的选择性氧化和活性炭的难以再生的缺点，从而达到对污染物的协同降解的效果。然而，在水处理过程中，活性炭所扮演的角色并不明确，有研究认为，臭氧/活性炭降解体系是吸附-臭氧氧化再生的过程；另外，也有研究认为是活性炭催化臭氧氧化的过程。同时，臭氧/活性炭联用体系处理高浓度有机制药废水方面的研究还比较少，鉴于此，本文将采用联用体系对高浓度有机制药废水的处理进行深入研究，重点从pH、臭氧氧化、活性炭吸附、联用体系、可生化性以及动力学模型的角度对臭氧/活性炭体系的降解机制进行深入讨论。以上研究结果是臭氧氧化降解制药废水相关数据的有益补充，对臭氧化处理制药废水具有较好的理论意义。
