拉米夫定生產廢水預處理工藝研究

蔚龍鳳，王海珍，孫全慶

（核工業北京化工冶金研究院，北京 101149）

拉米夫定是一種化學合成類抗病毒藥物，生產原輔料種類多，生產流程長，總回收率低，生產過程中排放大量高鹽、高有機污染物廢水。廢水中的主要污染物有甲苯、甲醛以及氨氮等，治理難度較大。目前，處理該類廢水主要采用鐵炭微電解—Fenton聯合工藝［1-3］，一定條件下，CODCr去除率可以達到76%，色度去除率超過98%，BOD5／CODCr得到提高。但鐵炭微電解—Fenton聯合工藝存在運行費用高等問題，而電絮凝法具有占地面積小、設備維護簡單、不需要添加化學藥劑等優勢。電絮凝反應過程較為復雜，包括電解氧化還原、電解絮凝和電解氣浮等過程，通過對一定間距內的水加上電壓，使水中的各種有機物破碎分解，大分子破碎成小分子，再參與水中的電子流運動得失電子，最終與極板析出的鐵鹽或鋁鹽產生共沉淀而析出。

試驗研究了Fenton法與電絮凝法處理拉米夫定工業廢水。

1 試驗部分

1．1 試驗原水

原水為某企業的中試生產廢水，水質見表1。

表1 試驗原水水質

1．2 試驗藥劑及分析方法

試驗所用試劑有FeSO4·7H2O、H2O2（30%）、酸、堿，均為分析純；PAC、PAM、片狀鐵炭、粒狀鐵炭，均為工業級。

pH的測定采用玻璃電極法（GB 6920—1986），CODCr的測得采用重鉻酸鹽法（GB 11914—1989），氨氮的測定采用蒸餾-中和滴定法（HJ537—2009），全鹽的測定采用重量法（HJ／T51—1999）。

1．3 試驗裝置

厭氧反應器：自制，內徑45mm，長度2 000 mm，內裝顆粒厭氧污泥1．5～1．8L；

好氧反應器：自制，內徑135mm，長度400 mm，內裝好氧污泥2L；

電絮凝裝置：自制，為有機玻璃電絮凝池，以鐵板作電極板，池內共設置2塊極板，極板面積45 cm2，極板間距3cm。

電源為直流穩壓電源。

1．4 試驗方法

1）Fenton法預處理。分別取200mL廢水于不同燒杯中，改變體系pH、FeSO4·7H2O投加量以及雙氧水投加量，攪拌反應一定時間，反應結束后用氫氧化鈉溶液調節廢水pH至8．0，依次加入10%PAC 1mL，0．1%PAM 1mL，絮凝沉淀后，取濾液進行分析。

2）電絮凝法預處理。往反應器中加入400 mL原水，改變pH、電壓、電流密度、電絮凝時間等參數進行電絮凝試驗，之后取濾液進行分析。

3）生化。原水經過電絮凝預處理并稀釋后，進入厭氧反應器中，與馴化后的厭氧活性污泥反應，控制系統進出水量，保持進出水量平衡。厭氧反應的出水進入好氧反應器，與馴化后的好氧活性污泥進行反應，同樣保持好氧系統的進出水量平衡。對厭氧系統出水、好氧系統出水分別取樣分析。

厭氧反應水力停留時間為4d，好氧反應水力停留時間為3d。

2 試驗結果與討論

2．1 Fenton法預處理

對原水采用進行Fenton法進行預處理，考察試劑投加量、體系pH以及反應時間對污染物的去除效果。

2．1．1Fenton試劑投加量的影響

控制反應初始pH為3．5，保持FeSO4·7H2O和雙氧水的投加比例不變，改變Fenton試劑投加量，反應時間為1．5h，試驗結果如圖1所示。

圖1 FeSO4·7H2O加入量對CODCr去除率的影響

從圖1看出：FeSO4·7H2O的最佳投加量為5g／L，此時 CODCr去除率為22．1%。FeSO4·7H2O投加量過多或過少，CODCr去除率均會下降，其原因在于：FeSO4·7H2O濃度過高時，反應開始時雙氧水分解速率過快，迅速產生大量·OH，引起·OH自身發生反應，致使一部分·OH消耗掉，表現為CODCr去除率下降；FeSO4·7H2O濃度過低時，雙氧水分解速率會降低，同樣影響CODCr去除率。

FeSO4·7H2O 投加量為4g／L時，CODCr去除率為19．3%，而投加量為5g／L時，CODCr去除率為22．1%，增大幅度較小。為了控制成本，以下試驗中FeSO4·7H2O投加量確定為4g／L。

2．1．2 原水pH的影響

將原水pH分別調至2．5、3．5、4．5、5．5、6．5，控制FeSO4·7H2O投加量為4g／L，H2O2（30%）投加量為4mL／L，反應時間為1．5h，不同pH條件下的CODCr去除率如圖2所示。

圖2 原水pH對Fenton去除CODCr的影響

從圖2看出：原水pH在2．5～6．5范圍內，CODCr去除率隨pH升高而下降。因為pH的變化直接影響Fe2＋、Fe3＋的絡合平衡關系，從而影響Fenton試劑的氧化能力。Fenton試劑在酸性條件下發揮作用，在中性和堿性環境下，Fe2＋不能催化雙氧水產生·OH，而是自身生成沉淀。pH過高時，雙氧水的氧化還原電位低，氧化能力弱，還會造成其無效分解，不利于CODCr的去除。

2．1．3 反應時間的影響

調節原水pH為3．5，控制FeSO4·7H2O投加量為4g／L，H2O2（30%）投加量為4mL／L。反應時間對CODCr去除率的影響如圖3所示。可以看出：用Fenton試劑處理廢水，反應時間為2h時，CODCr去除率達到最大；繼續反應，CODCr去除率變化不大。

圖3 反應時間對Fenton去除CODCr的影響

2．2 電絮凝

根據文獻［4］，用鐵板作電極，固定電極間距為3cm，考察電流密度、pH以及反應時間對電絮凝法去除CODCr的影響。

2．2．1 電流密度對電絮凝的影響

電流密度對電絮凝的處理效果影響較大，在pH為6．1、電絮凝時間60min條件下，電流密度對CODCr去除率的影響試驗結果如圖4所示。可以看出：相同條件下，CODCr去除率隨電流密度增大而增大；電流密度超過20mA／cm2后，CODCr去除率增大幅度變緩。考慮到電流密度增大會使能耗增大，所以確定最佳電流密度為20mA／cm2。

圖4 電流密度對CODCr去除率的影響

2．2．2pH對電絮凝的影響

控制電流密度為20mA／cm2，電絮凝時間為60min，調整原水pH為5．0、6．1（即原水pH）、7．0、8．5，考察原水pH對電絮凝的影響，試驗結果如圖5所示。可以看出，原水pH對CODCr去除率影響較大：隨pH升高，CODCr去除率增大；pH在6．1～7．0范圍內，CODCr去除率最高，為35%～37．8%；pH大于7．0后，陽極易鈍化，CODCr去除率降低。考慮到后續生化工藝對廢水pH的要求，確定原水直接進行電絮凝處理，不需調pH。試驗也發現，電絮凝結束后，廢水pH升高到7．5左右，對后續的生化處理有利。

圖5 原水pH對CODCr去除率的影響

2．2．3 反應時間對電絮凝的影響

原水pH為6．1，電流密度為20mA／cm2，電絮凝時間對廢水CODCr去除率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 反應時間對廢水CODCr去除率的影響

從圖6看出：CODCr去除率隨反應時間延長而升高，60min后升高幅度減小。實際工程中，可以根據水質優化電絮凝時間。

2．3 生化驗證試驗

2．3．1 厭氧試驗

按工藝要求，先將經過電絮凝預處理并經過絮凝、沉淀、過濾后的廢水按1∶4的比例稀釋，以降低廢水含鹽量，減小鹽分對生化的影響。保持每天進出水量一致，均為1．5L，連續12d，厭氧反應溫度為26℃，試驗結果如圖7所示。

圖7 厭氧試驗結果

從圖7看出，厭氧反應過程中，出水CODCr去除率為32．8%～39．3%。隨反應進行，CODCr去除率趨于平穩。

2．3．2 好氧試驗

以厭氧試驗出水作為好氧試驗進水，保證每天進出水量一致，均為1．5L，連續試驗12d，好氧反應溫度為26℃，試驗結果如圖8所示。可以看出：好氧反應出水CODCr去除率在77．3%～81．9%之間，穩定在400mg／L左右。

圖8 好氧試驗結果

2．4 Fenton法和電絮凝法預處理相關費用對比

Fenton法和電絮凝法的試劑和能耗見表2。

表2 Fenton法和電絮凝法的預處理相關費用

從表2看出：電絮凝法的成本僅為3．63元／t廢水，而Fenton法的成本為21．98元／t廢水，電絮凝法的經濟優勢非常明顯。

3 結論

對于拉米夫定生產廢水，采用Fenton氧化法和電絮凝法處理都有較好的效果。Fenton法處理后，CODCr去除率為23．7%，B／C為0．17；電絮凝法處理后，CODCr去除率為35%，B／C為0．25。電絮凝法的處理成本僅為3．63元／t廢水，經濟上更占優勢。電絮凝過程中，電解反應的產物只是離子，不需要投加其他氧化劑或還原劑，對環境的二次污染很小，在處理高色度廢水、難降解廢水、有毒有害廢水，以及含重金屬離子的工業廢水上有明顯優勢。從處理效果、經濟性及管理方面考慮，電絮凝法更適于該廢水。電絮凝處理后的廢水再進行厭氧和好氧生化處理，污染物去除的更徹底，處理效果更好。

［1］趙樂振，孫力平，李志偉，等．微電解—Fenton聯合工藝處理拉米夫定廢水的試驗研究［J］．給水排水，2009，35（增刊）：243-246．

［2］王元月，單保慶，孫力平，等．鐵炭微電解法預處理拉米夫定制藥廢水的研究［J］．工業用水與廢水，2010，41（6）：49-51．

［3］王車禮，張登慶，陳毅忠，等．電絮凝過程電流密度與槽電壓關系研究［J］．工業水處理，2002，22（7）：28-30．

［4］郭建，孫力平，呂建波，李志偉，等．微電解—Fenton法處理拉米夫定廢水試驗研究［J］．環境科技，2010（4）：1-4．