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Fenton試劑氧化制藥廢水的預(yù)處理方法研究

文檔作者：湯波文檔來源：陜西理工學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年04月07日
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第4O卷第11期
2011年11月
化工技術(shù)與開發(fā)
Technology&amp;amp; Development of Chemical Industry
Vo1．40 No．1 1
NOV．201 1
Fenton試劑氧化制藥廢水的預(yù)處理方法研究
湯 波
(陜西理工學(xué)院，陜西漢中723001)
摘要：采用化學(xué)方法作為制藥廢水預(yù)處理方法，可以解決生物處理處理制藥廢水時遇到的不少問題。
通過實驗研究Fenton試劑在常壓下試劑配比、投加量、氧化時間、溫度等因素對制藥廢水預(yù)處理效果的影響，
發(fā)現(xiàn)其氧化規(guī)律，確定最佳工藝條件。
關(guān)鍵詞：制藥廢水；Fenton試劑；預(yù)處理
中圖分類號：X 787 文獻標識碼：A 文章編號：1671．9905(2011)11-0054-02
隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，醫(yī)藥工業(yè)也有了飛速
的發(fā)展。目前我國已能生產(chǎn)原料藥近萬種，年產(chǎn)
量百萬噸制藥工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展帶來了排廢的增
加。制藥工業(yè)的“三廢”污染危害主要來自原料藥
生產(chǎn)。制藥工業(yè)廢水屬于較難處理的高濃度有機
污水之一，COD一般達1000～3000mg·L～，SS達
500～1500mg·L～．因藥物產(chǎn)品不同、生產(chǎn)工藝不同
而差異較大[ 。此外，制藥廠通常是采用間歇生
產(chǎn)，產(chǎn)品的種類變化較大，造成了廢水的水質(zhì)、水
量及污染物的種類變化較大。制藥廢水具有有機
污染物含量高、毒性物質(zhì)多、有機溶媒量大、難生
物降解物質(zhì)多、鹽分高的特點，是一種危害很大
的工業(yè)廢水。由于制藥廢水普遍具有濃度高、色
度深、可生化性較差的特點，一般通過預(yù)處理以
提高廢水的可生化性和初步去除污染物，再結(jié)合
生化處理。所以采用化學(xué)方法進行預(yù)處理可以解
決生物處理制藥廢水時遇到的不少問題。
1 實驗方案分析
用氧化降解的方法對制藥廢水進行預(yù)處理
研究。通過實驗研究Fenton試劑在常壓下試劑配
比、投加量、氧化時間、溫度等因素對制藥廢水預(yù)
處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)其氧化規(guī)律，確定最佳工
藝條件。
2 Fenton試劑處理制藥廢水
2．1 單因素試驗結(jié)果分析
分別考察反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、Fenton試劑投
加量和Fenton試劑配比(FeSO 與H 0 體積比)
對制藥廢水的COD值的影響。
2．1．1 反應(yīng)時間的影響
反應(yīng)進行到5min時，COD的去除率就達到
了68．9％。說明Fenton試劑在反應(yīng)開始階段的速
率很快：在反應(yīng)的前60min內(nèi)，有機物的去除率隨
時間而不斷提高，表明反應(yīng)速率基本穩(wěn)定，有機
物和Fenton試劑濃度足以維持較快的反應(yīng)速率，
大量的有機物被氧化。當(dāng)時間超過60min后，有機
物的去除效果不是很明顯，說明Fenton試劑預(yù)處
理制藥廢水60min就基本完成。化學(xué)反應(yīng)進行的
程度．在反應(yīng)速率一定的情況下，直接受制于反應(yīng)
時間的長短。不同的廢水所需的氧化時間不同_2]。
2．1．2 反應(yīng)溫度的影響
在溫度小于50o【=之前，溫度的升高對反應(yīng)的
促進作用增加得比較明顯，隨著趨近于70℃時，
促進效應(yīng)趨緩；當(dāng)溫度高于70℃時，則不利于有
機物的降解。這是因為在一定的溫度范圍內(nèi)，升
高溫度有利于催化氧化反應(yīng)的進行。但溫度過高
時，會使H O 分解過快，副反應(yīng)增多，造成H 0
無效分解為O 和H20并產(chǎn)生大量氣泡。溫度可
提高反應(yīng)速率。通常，溫度增加l0℃，反應(yīng)速率增
加1倍E3]。由此可見溫度對反應(yīng)速率影響之大。盡
可能的提高反應(yīng)溫度是獲得良好預(yù)處理效果的
必要手段。但實際中要考慮到加熱成本及溫度過
高時放出氣體夾帶污染所帶來的不良工作條件
作者簡介：湯波(1980一)，女，漢族，籍貫陜西漢中市，碩士學(xué)位，講師，主要研究方向為面源污染、水處理技術(shù)等，聯(lián)系電話
13 109190227
收稿日期：2011-07—18
第11期 湯波：Fenton試劑氧化制藥廢水的預(yù)處理方法研究 55
影響。結(jié)合本試驗結(jié)果綜合考慮認為，溫度不宜
高于5O℃。
2．1．3 Fenton試劑投加量的影響
當(dāng)Fez 投加量小于3mL時，隨投加量的增加
COD0去除率增大，但當(dāng)Fe 投加量：過高時，此時
H O 也過量了，COD反而降低，這是因為過量的
H2O2在反應(yīng)開始就把Fe 轉(zhuǎn)化為Fe¨，F(xiàn)e +
H2O Fe +H2O+OH一而降解則在Fe 的催化下進
行，這樣既消耗了H O 又抑制了·OH的產(chǎn)生，使
COD去除率反而下降。在本實驗中取Fe 最佳投
加量為3mL。當(dāng)Fenton試劑投加量增加時，生成
越來越多的·OH。與廢水中的各種有機物反應(yīng)速
率增加。這時廢水的COD去除率也隨之迅速上
升。當(dāng)Fenton試劑投加量進一步加大時，如到
250mL·L 時，此時H O 也過量了，COD去除率
反而降低。這是因為過量的H O 在反應(yīng)一開始就
把Fe 迅速轉(zhuǎn)化為Fe ，而降解則是在Fe 的催化
下進行，這樣既消耗了H O：又抑制了·OH的產(chǎn)
生．使COD去除率反而下降。另外試驗中也可以
觀察到．當(dāng)Fenton試劑投加量為200mL·L 之
前，反應(yīng)體系無氣泡生成，量進一步加大后，廢水
中有很多小氣泡涌出水面。這是因為產(chǎn)生副反應(yīng)
H202+2·OH 2H2O+O2，這樣不僅消耗·OH，而且
使H O。無效分解，降低了COD去除率[ 。另外，
在重鉻酸鉀法測定COD的過程中，過量的H O
也會消耗重鉻酸鉀，從而使分析值發(fā)生正偏差，
使COD的測定值偏高。
2．1．4 FeSO 與H2O2體積比的影響
按體積比l：4、l：3、l：2、1：1’、2：l、3：l投加硫酸
亞鐵和過氧化氫。當(dāng)FeSO 與H 0 體積比較小
時．COD去除率隨著Fe 投加量的增加而逐漸上
升，但當(dāng)體積比較大時，隨著Fe 投加量的增加，
COD去除率反而下降。這是因為在Fe 投加初
期，隨著Fe 的增加，·OH的數(shù)量不斷增加，COD
去除率不斷提高。隨著Fez+投加量的進一步增加，
雖然此時反應(yīng)速度也將有所提高，但總的去除率
卻降低。因為Fenton試劑中的Fe 不僅起催化作
用．而且可在一定的pH值條件下發(fā)生下列副反
應(yīng)[5]：
Fe“+·OH+2H20—}Fe(0H)3+2H
反應(yīng)過程中生成的Fe 也會與H O 發(fā)生如
下反應(yīng)：
2Fe3++3HEO2+2H20 2H2FeO4+6H
2H2FeO4+3H20廠 2Fe(0H)3+2H20+302
2．2 正交試驗結(jié)果分析
根據(jù)單因素試驗結(jié)果，確定氧化劑配比、溫
度、氧化劑投加量、氧化時間為研究因素，由正交
試驗結(jié)果分析可知，在考察的因素中，氧化劑配
比對COD去除率影響最大，溫度其次，再次是反
應(yīng)時間，投加量的影響最小。較優(yōu)工藝條件為：氧
化溫度為4O℃、Fenton試劑投加量為150mL·L～、
V(FeSO )：V(H O2)為1：2、氧化時間為60min。
3 Fenton試劑處理制藥廢水的發(fā)展前景
與其他高級氧化技術(shù)相比。Fenton試劑因工
藝簡單、反應(yīng)快速、可產(chǎn)生絮凝等優(yōu)點而在工業(yè)
廢水預(yù)處理研究中的應(yīng)用更為活躍。Fenton試劑
單獨預(yù)處理有機廢水，一般藥劑投加量大，處理
成本較高。隨著研究的不斷深入，F(xiàn)enton氧化技術(shù)
已由經(jīng)典的Fenton試劑，發(fā)展到Fenton試劑與混
凝沉降、活性炭吸附、生化、光催化等方法聯(lián)合作
為工業(yè)高濃度、難降解、有毒有害廢水的預(yù)處理
和深度處理方法。進一步開展Fenton試劑與混凝
沉降、活性炭吸附、生化、光催化等方法聯(lián)用研究，
拓展pH范圍和尋求鐵離子的固定化技術(shù)。是今
后Fenton試劑預(yù)處理難降解工業(yè)有機廢水的發(fā)
展方向。盡管國內(nèi)外Fenton法處理有機廢水技術(shù)
已有了很大的發(fā)展，其中也有部分已達到工業(yè)化
應(yīng)用水平，但作為一種具有應(yīng)用潛力的高濃度難
降解有機廢水處理技術(shù)還在不斷發(fā)展中。各類
Fenton法在有機廢水處理中具有高效性、降解徹
底性等獨特優(yōu)勢，應(yīng)用前景樂觀。就目前來說，
Fenton法的發(fā)展趨勢是開發(fā)Fenton法與現(xiàn)代生
物、微波、光、電等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的組合工
藝，從而降低成本，提高處理效率和普適性。
參考文獻：
[1] 李金蓮．Fenton試劑處理含聚丙烯酰胺廢水[J]．環(huán)境
污染與控制，2005，(5)：23—29．
[21 劉紅，周志輝，吳克朋．Fenton試劑催化氧化 混凝法
處理焦化廢水的試驗研究[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，
20o4，27(2)：71—73．
[3] 歐陽秀歡．Fenton試劑法處理有機廢水的研究[J]．環(huán)
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[4] 張波，何義亮．鐵炭微電解．混凝沉淀預(yù)處理化工有機
廢水[J]．蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報，2001，21(3)：95—98．
(下轉(zhuǎn)第58頁)
58 化工技術(shù)與開發(fā) 第40卷
(4)某些容器是按照常溫常壓條件來設(shè)計的，
但是當(dāng)設(shè)備維修或在其他異常情況下，這些容器
的操作壓力(正壓及負壓)和操作溫度，有可能超
過設(shè)計值。建議設(shè)計院重新評估設(shè)計參數(shù)，并在
有需要的地方配備泄壓設(shè)施。所有的壓力容器必
須符合國家標準和規(guī)范的要求。
(5)HAZOP審查組發(fā)現(xiàn)大部分大的常壓罐存
在超壓的可能性。設(shè)計院必須檢查在各種操作工
況下的泄放量。包括逆流工況，確保常壓罐現(xiàn)有
水封(安全措施)設(shè)計的最高排放量的參數(shù)是正
確的，同時確保罐頂不被抽空變形。
(6)當(dāng)某個安全閥因為年檢而需要被拆除時，
需要增加一個切斷閥，同樣的，對于一備一用的
兩套安全閥正常操作時，也應(yīng)該增加切斷閥。
(7)所有可能發(fā)生胺鹽結(jié)晶的管線，應(yīng)該進
行蒸汽伴熱保溫，以確保管線不會結(jié)晶，因為胺
鹽的結(jié)晶溫度高達83℃
(8)所有排大氣的放空口，應(yīng)該設(shè)置在一個
比較安全的高度，因為排放的氣體中可能含有少
量的硫化氫，排放口過低容易造成人員傷害事
故。
(9)為減少裝置因設(shè)備故障導(dǎo)致停車的可能
性，部分冷換設(shè)備應(yīng)增設(shè)副線和相關(guān)切斷閥門，
便于設(shè)備隔離檢修處理，而不至于使裝置大面積
停車。
(10)為確保硫磺回收裝置汽包供水水源，減少
系統(tǒng)除氧水壓力低時對汽包操作的影響(可能進
一步導(dǎo)致裝置停車)。建議凝結(jié)水出裝置線與低
壓除氧水線在裝置內(nèi)增加跨線。
對所有節(jié)點分析后。共查出風(fēng)險或操作隱患
92項。其中，58項屬于設(shè)計不足或沒有充分認識
到、不能接受或缺少具體削減措施的風(fēng)險，針對
這些風(fēng)險，HAZOP小組提出了相應(yīng)建議或措施，
并由設(shè)計院落實修正更改，業(yè)主核實確認后關(guān)
閉：經(jīng)設(shè)計核實確認滿足安全要求或可以接受的
風(fēng)險23項：6項涉及其他裝置或系統(tǒng)，由這些裝
置在HAZOP分析時關(guān)閉：5項操作隱患由業(yè)主落
實相關(guān)措施后關(guān)閉。
上述HAZOP分析工作及各項風(fēng)險消減措施
得到落實，為2010年1O月第五聯(lián)合安全平穩(wěn)的
一次開車成功奠定了基礎(chǔ)。
5 結(jié)論
在項目的設(shè)計階段進行HAZOP分析，能識
別設(shè)計、操作程序與設(shè)備中的潛在危險，比如介
質(zhì)腐蝕、材質(zhì)選擇、設(shè)計考慮不足等，從而將項目
中的危險盡可能消滅在項目實施的早期階段。所
以HAZOP分析對完善設(shè)計，消除隱患，防患未
然，是十分必要和有效的。
參考文獻：
[1] Nigel Hyatt．Guidelines for Process Hazards Analysis
(PHA，HAZOP)Hazards Identification and Risk Anal—
ysis[M]．CRC Press，2003．
[3] 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院．
HAZOP分析指南『M]．北京：中國石化出版社，2008．
Application of HAZoP Analysis in Sour Gas Treatment Device of New Refinery Unit
LEN Chuan—bin
(Guangxi Petrochemical Company，PetroChina，Qinzhou 535008，China)
+ 一+ + 一—+-u+ 一+ “+ + 一+ -．+ ”+ + “+ ”
(上接第55頁)
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Research on Pretreatment M ethod of Pharmaceutical W astewater with Fenton Reagent
ⅣGBo
(Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China)
Abstract：Chemical method，which applied as the pretreatment method of medicine wastewater，could solve
many problems．The atmospheric pressure ratio，dosage，oxidation time，temperature and other factors on the
effect of pharmaceutical wastewater pretreatment with Fenton reagent were studied by experiments and the opti—
mum conditions were obtained．
Key words：medicine wastewater；Fenton reagent；pretreatment

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