UV-Fenton对黄连素制药废水降解效果研究

2022-09-12

黄连素学名为盐酸小檗碱, 为异喹啉天然生物碱, 其分子式为C20H18NO4[1]。目前人工合成类 (H2SO4法和石灰水法[2]) 黄连素居多。由于成品黄连素的生产合成工艺过于简单, 导致废水中含有大量残留黄连素, 难以实现生化处理。UV-Fenton技术[3]近年被广泛应用, 其利用UV的催化协同作用, 建立在Fenton试剂的基础上, 同时增加了Fenton体系的氧化性能, 从而提高氧化效率。

一、试验材料和方法

1.试验材料

制药废水 (黄连素浓度为3976mg/L, COD浓度为4916mg/L) , Na OH, 浓H2SO4, H2O2, 硫酸亚铁。

2.试验仪器

COD消解仪 (型号DRB200) , UV灯, p H计 (型号PHS-3C) 。

3.试验方法

(1) 调节H2O2的浓度为5%;初始p H为2.5;硫酸亚铁浓度分别为200mg/L、400mg/L、600mg/L、800mg/L、1000mg/L、1200mg/L、1400mg/L, 间隔每半个小时取样并测定COD。

(2) 调节硫酸亚铁浓度为1000mg/L;初始p H为2.5;H2O2浓度分别为1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%;规定反应时间为2.5小时, 间隔每半个小时取样并测定COD。

二、结果与讨论

1.Fe2+投加量对出水COD的影响

体系在Fe2+的催化下产生·OH, Fe2+的浓度在UV-Fenton体系中可以直接影响到COD的处理效率, 同时在反应结束后调节p H值≥7, Fe2+所起的混凝对于COD的处理也起到一定作用。

由图1可以看出, 当Fe SO4浓度低于800mg/L时, 随着Fe2+浓度的提高COD处理效率提高。由于Fe SO4浓度过低时, 催化H2O2分解产生·OH较少, 从而抑制了COD处理的进行。而催化H2O2分解能力随着Fe SO4浓度的提高而提高, 同时Fe SO4浓度的提高, 在反应终止时形成大量絮凝沉淀也加强了水中污染物质的处理。当Fe SO4浓度高于800mg/L时, 出水COD浓度变化趋于稳定。这主要说明COD处理效率不随Fe2+浓度增大而一直增大, 因为H2O2在Fe2+的催化下可以迅速分解产生大量·OH, 过量的·OH没有与污染物发生反应便相互结合, 生产H2O2, 从而使出水COD不会产生明显的降低, Deng等人[4]也在实验中发现了这一现象。

从图中可以看出选择Fe SO4投加浓度为800mg/L, 出水COD为62.3mg/L, 基本可以达到国家污水排放一级标准的要求。

2.H2O2浓度对处理效果的影响

H2O2是UV-Fenton反应体系中的氧化剂, UV-Fenton工艺是否能经济高效的运行, H2O2的用量有着至关重要的影响, H2O2浓度是影响UV-Fenton反应体系COD处理效率和工艺运行成本的重要因素。实验结果如图2所示:

由图2可以看出, 当投加浓度≤3%, 3小时出水COD的值随H2O2投加浓度的提高而减小。根据Fenton羟基自由基的机理, H2O2是主要产生·OH的物质, 因此H2O2的浓度直接决定产生·OH的量。H2O2浓度3%~4%之间时出水COD随H2O2浓度变化减缓;在H2O2浓度高于4%时, 出水COD随H2O2投加浓度的提高无明显变化。而当H2O2浓度达到一定程度之后, COD氧化效果没有明显改变, 主要是因为此时废水中COD浓度已经很低。因此选择H2O2的最佳投加浓度为5%, 出水COD平均为113.9mg/L。结论

本文通过对UV-Fenton法对黄连素制药废水的降解效果影响因素的研究推断出:Fe SO4投加浓度为800mg/L, H2O2的最佳投加浓度为5%。

摘要：本文对UV-Fenton (高级氧化工艺) 法对黄连素制药废水降解效果进行了研究。考察了Fe2+投加量、H2O2浓度对出水COD的影响。实验结果表明硫酸亚铁投加浓度为800mg/L, H2O2的最佳投加浓度为5%。

关键词：黄连素,UV-Fenton,COD,制药废水