基本信息
- 項目名稱：
- 內循環(huán)式反應器的開發(fā)及其催化氧化制藥廢水的應用研究
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 近年來，醫(yī)藥化工行業(yè)得到了快速發(fā)展，生產的醫(yī)藥產品為人類健康作出了巨大的貢獻。然而，醫(yī)藥產品生產時伴生大量制藥廢水，這些廢水中含有大量高濃度、難降解的有機中間體，如果處理不當而排入環(huán)境，將嚴重威脅人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展
- 詳細介紹：
- 臭氧氧化作為一種高級氧化水處理技術，具有高效、幾乎無二次污染等特點，在給水領域得到了較好的應用，近年來在廢水處理領域也逐漸引起了研究者的重視[16, 17]。然而，由于臭氧的選擇性氧化和單獨的臭氧利用效率偏低等缺點，單一的臭氧氧化很難應用到實際高濃度廢水處理工程中，如果能提高臭氧的處理效率，將顯著提升其在實際廢水處理的應用[18, 19]。 本文以典型制藥中間體對甲基苯磺酸為模型污染物，研究了pH、初始濃度、臭氧投加量等影響因素對臭氧氧化對甲基苯磺酸的行為，建立了表征臭氧氧化過程中直接反應和間接反應各相對貢獻率的動力學模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物濃度等影響因素對3kHO2?-/k0參數(shù)的影響，為臭氧技術用于制藥廢水的處理提供基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。 研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合臭氧氧化體系與顆?；钚蕴嘉襟w系構成催化臭氧氧化體系，有機污染物能夠被反應過程中生成的自由基(特別是?OH)氧化去除，從而明顯改善單一臭氧的選擇性氧化和活性炭的難以再生的缺點，從而達到對污染物的協(xié)同降解的效果[7, 20, 21]。然而，在水處理過程中，活性炭所扮演的角色并不明確，有研究認為[22-24]，臭氧/活性炭降解體系是吸附-臭氧氧化再生的過程；另外，也有研究認為是活性炭催化臭氧氧化的過程[24]。同時，臭氧/活性炭聯(lián)用體系處理高濃度有機制藥廢水方面的研究還比較少，鑒于此，本文將采用聯(lián)用體系對高濃度有機制藥廢水的處理進行深入研究，重點從pH、臭氧氧化、活性炭吸附、聯(lián)用體系、可生化性以及動力學模型的角度對臭氧/活性炭體系的降解機制進行深入討論。以上研究結果是臭氧氧化降解制藥廢水相關數(shù)據(jù)的有益補充，對臭氧化處理制藥廢水具有較好的理論意義。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- (1) 臭氧氧化對甲基苯磺酸的動力學模型研究 (2) 臭氧/活性炭降解p-TSA及其降解機理 (3) 非均相催化臭氧處理高濃度制藥廢水的研究
科學性、先進性及獨特之處
- 1 設計出一種能有效降解去除有機廢水的內循環(huán)式反應器。 2 初步明確了單一臭氧氧化對甲基苯磺酸的降解機理機制。 3 明確了活性炭吸附/催化臭氧氧化體系中酸性條件下以活性炭吸附/再生為主，而在堿性條件下為催化臭氧氧化為主的反應機理，并建立了相應的吸附．催化氧化動力學模型；并將其應用于實際制藥廢水處理中，并取得了良好的效果。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 1 開發(fā)了一種高效降解對甲基苯磺酸的內循環(huán)反應器。。 2 以對甲基苯磺酸為模擬廢水，在內循環(huán)反應器中進行臭氧處理，得出對甲基苯磺酸在內循環(huán)反應器中的降解動力學模型。 3 以對甲基苯磺酸為模擬廢水，在降解體系中投加活性炭，通過建立臭氧氧化-活性炭吸附的動力學模型 4 以藥廠的實際有機制藥廢水為對象，在臭氧/活性炭體系中進行降解處理，同時廢水的可生化性得到較大的提高。
學術論文摘要
- 研究采用實際制藥廢水作為處理對象，結果顯示，相比單一活性炭吸附和單一臭氧降解體系，聯(lián)用體系能大大提高COD、TOC的去除率以及BOD5/COD值，顯示出良好的協(xié)同作用。當pH=12、活性炭投加量為20 g/L、臭氧投加量為64 mg/min時， BOD5/COD值從初始的0.021增加到處理后的0.345，同時，工藝參數(shù)優(yōu)化結果表明，簡歷的臭氧氧化/活性炭吸附的動力學模型可較好地用于表征高濃度復雜廢水的宏觀調控。通過pHpzc、SEM、紅外光譜等分析，發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，活性炭主要扮演著吸附劑的作用；而在堿性條件下，活性炭則主要扮演著催化臭氧分解氧化的作用。
獲獎情況
- 1 浙江工業(yè)大學校運河杯一等獎 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，戴啟洲，王家德，陳建孟，蒲通. 臭氧/活性炭催化氧化高濃度制藥廢水[J].環(huán)境科學學報. （A類）（錄用） 4 蔡少卿，何月峰，戴啟洲，陳建孟. 臭氧氧化對甲基苯磺酸的動力學模型研究[J]. 化工學報, 2011, 5 (62): 1014-1420. (EI) （錄用）
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [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.
同類課題研究水平概述
- 臭氧技術在水處理領域的研究和應用主要用于給水處理，在廢水處理特別是難降解制藥廢水的研究相對較少；同時，臭氧氧化反應動力學主要集中在對臭氧直接反應的研究，對間接反應尤其是間接反應過程中的定量分析相對較少。本文以典型制藥中間體對甲基苯磺酸為模型污染物，研究了pH、初始濃度、臭氧投加量等影響因素對臭氧氧化對甲基苯磺酸的行為，建立了表征臭氧氧化過程中直接反應和間接反應各相對貢獻率的動力學模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物濃度等影響因素對3kHO2?/k0參數(shù)的影響，為臭氧技術用于制藥廢水的處理提供基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。 研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合臭氧氧化體系與顆?；钚蕴嘉襟w系構成催化臭氧氧化體系，有機污染物能夠被反應過程中生成的自由基(特別是?OH)氧化去除，從而明顯改善單一臭氧的選擇性氧化和活性炭的難以再生的缺點，從而達到對污染物的協(xié)同降解的效果。然而，在水處理過程中，活性炭所扮演的角色并不明確，有研究認為，臭氧/活性炭降解體系是吸附-臭氧氧化再生的過程；另外，也有研究認為是活性炭催化臭氧氧化的過程。同時，臭氧/活性炭聯(lián)用體系處理高濃度有機制藥廢水方面的研究還比較少，鑒于此，本文將采用聯(lián)用體系對高濃度有機制藥廢水的處理進行深入研究，重點從pH、臭氧氧化、活性炭吸附、聯(lián)用體系、可生化性以及動力學模型的角度對臭氧/活性炭體系的降解機制進行深入討論。以上研究結果是臭氧氧化降解制藥廢水相關數(shù)據(jù)的有益補充，對臭氧化處理制藥廢水具有較好的理論意義。
