有洛哈斯,没水污染,去杂为纯,去污为净...
23年专注环保水处理设备研发制造 环保设备系统设计\制作\安装一条龙服务
全国咨询热线:400-678-3435
当前位置: 首页 > 新闻资讯 > 技术分享

4-AA制药废水预处理Fenton氧化法

作者: 时间:2022-03-04 20:36:54 点击:


  4-AA,化学名(3R,4R)4-乙酸基-3-[(R)-((叔丁基二甲基硅)氧基)乙基]-2-氮杂环丁酮,是碳青霉烯类(培南类)抗生素的关键中间体,是合成培南类药物的必需原料。目前,国内生产碳青霉烯类药物的厂家十分少见,根本原因在于分子中含有三个手性中心,合成难度大,因此此类废水并不常见,也少有相关废水处理的报道。

  山东某化学原料药4-AA合成车间,生产废水水质成分复杂,污染物浓度高,可生化性差,含有大量难降解物质,必须经过预处理后才能进入生化处理单元。Fenton氧化是一种高级化学氧化,具有非常强的氧化能力,对有机物分子有断链、开环作用,可有效提高废水可生化性,常用于去除废水中的COD和色度,既可作为深度处理工艺用于处理二级生化出水,也可作为预处理工艺对废水进行水质的改善。因此,探讨采用Fenton氧化法对4-AA废水进行预处理,将为后续生物处理提供重要保障。

  1、材料和方法

  1.1 废水水质

  山东某化学原料药4-AA合成车间生产废水水质见表1。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图1)

  1.2 仪器和试剂

  JB-2型恒温磁力搅拌器;PHSJ-4A数显pH计;分析天平;分析纯30%H2O2;分析纯FeSO4·7H2O;分析纯NaOH;分析纯。

  1.3 实验方法

  常温条件下,取4-AA废水1000mL置于2L烧杯中,用98%H2SO4调节废水pH值至酸性,依据实验需要分别投加一定量的FeSO4·7H2O和30%H2O2,在磁力搅拌器上反应一定时间,然后用30%NaOH溶液调节废水pH值至中性,静置一段时间后取上清液测定出水COD浓度。

  1.4 检测方法

  色度:稀释倍数法(GB11903-89);pH:PHSJ-4A数显pH计;COD:重铬酸盐法(HJ828-2017);BOD5:稀释与接种法(HJ505-2009)。

  2、实验结果与讨论

  2.1 不同初始pH值对COD去除率的影响

  投加30%H2O2为5ml/L,投加FeSO4·7H2O为2g/L,反应时间2h,研究不同初始pH值对COD去除率的影响,如图1所示。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图2)

  由图1可以看出,废水初始pH值过低时处理效果很差,随着初始pH值的不断升高,COD去除率也在不断上升。当废水初始pH值为3.5时,出水COD最低,COD去除率达到最高值为50.04%;继续提高废水的初始pH值,COD去除率反而下降。这是因为pH值过低时,·OH生成量较小,氧化效果差。如果pH值过高,Fe2+在碱性条件下形成了氢氧化物沉淀,从而失去催化性能,也不利于·OH的生成。因此,确定废水最佳反应初始pH值为3.5。

  2.2 H2O2投加量不同对COD去除率的影响

  调节废水pH=3.5,投加FeSO4·7H2O为2g/L,改变H2O2投加量,反应时间2h,研究不同H2O2投加量对COD去除率的影响,如图2所示。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图3)

  从图2可以看出,反应一开始COD的去除效果是随着H2O2投加量增加而提高,当H2O2投加量为4ml/L时,COD去除效果最高,COD去除率达53.24%,随后再提高H2O2投加量,出水COD反而有所升高,去除率下降。

  原因是随着H2O2投加量增加,有利于反应Fe2++H2O2→Fe3++·OH+OHˉ的进行,·OH的浓度也随之相应提高,去除率也就随之升高。当过度增大H2O2投加量时,造成H2O2过量,且过量的H2O2会与·OH发生反应,造成·OH减少,氧化效率下降。因此,综合考虑H2O2投加量为4ml/L是最佳条件。

  2.3 不同FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响

  调节废水pH=3.5,投加H2O2为4ml/L,改变FeSO4·7H2O投加量,反应时间2h,研究不同FeSO4·7H2O投加量对COD去除率的影响,如图3所示。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图4)

  从图3看出,随着FeSO4·7H2O投加量的增加,COD去除率呈现出了先升高后降低的趋势。当FeSO4·7H2O投加量由0.5g/L提高至1.5g/L时,出水COD不断下降,COD去除率明显提高,投加量为1.5g/L,COD去除率达到51.46%。当FeSO4·7H2O投加量由1.5g/L提高至2.5g/L时,去除率开始有小幅降低。是因为Fe2+是Fenton氧化的催化剂,随着Fe2+浓度的增加,·OH的生成量会增加,有利于COD的降解,但是当Fe2+浓度过高时,会与生成的·OH发生反应,所以COD去除率开始降低。因此确定FeSO4·7H2O投加量为1.5g/L。

  2.4 反应时间对COD去除率的影响

  调节废水pH=3.5,投加H2O2为4ml/L,FeSO4·7H2O投加量为1.5g/L,反应一定时间,研究不同反应时间对COD去除率的影响,如图4所示。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图5)

  从图4中可以看出,在起初的1.5h内,Fenton反应效果较好,COD去除效果明显,反应在1.5h内基本已经完成,当反应时间大于1.5h后,COD去除率基本不变,过度延长反应时间反而导致COD去除率有轻微的下降。因此,确定最佳反应时间为1.5h。

  2.5 反应前后可生化性对比

  抽选8组实验的出水,测定BOD5/COD,了解Fenton氧化对4-AA废水可生化性的改善情况,如表2所示。


4-AA制药废水预处理Fenton氧化法(图6)

  从表2可以看出,4-AA废水经过Fenton氧化预处理后,出水BOD5/COD明显升高,从原水的0.25升高至0.37,可能是因为部分大分子、难降解物质被破坏,转变为容易降解的小分子物质。经Fenton预处理后的4-AA废水可生化性大大改善,为后续生物处理提供了良好条件。

  3、结论

  (1)采用Fenton氧化法对高浓度、难降解的4-AA生产废水进行预处理,最优条件为初始pH=3.5,30%H2O2投加量4ml/L,FeSO4·7H2O投加量1.5g/L,反应时间1.5h,COD去除率可达50%~55%,从8000~11000mg/L下降到5000mg/L左右。

  (2)该废水经过Fenton氧化预处理后,可生化性大大改善,BOD5/COD从0.25升高至0.37,可为后续生物处理提供有利条件。(来源:山东新时代药业有限公司)