化工制藥廢水的光催化方法研究

于小原（沈陽師范大學，遼寧 沈陽 110034）

1 實驗部分

1.1 主要試劑和儀器

1.1.1 主要試劑：濃鹽酸、硫酸銀、氫氧化鈉、偏釩酸銨、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、硝酸鉍、重鉻酸鉀、過氧化氫（30%）等皆為分析純。

1.1.2 主要儀器：金屬鹵化物燈（400W；飛利浦亞明照明有限公司）、20W低壓汞燈（北京海淀空后高溫復合材料廠）、電熱恒溫鼓風干燥箱（DHG-9036A，上海）、PHSJ-3F型pH計（上海雷磁儀器廠）、循環水式多用真空泵（SHB-3，鄭州）、2003型攪拌器（常州國華電器有限公司）、增氧泵（山本-6500，中山）。

1.2 廢水的預處理及檢測

1.2.1 廢水的預處理：在加絮凝劑處理時，取50mL的廢水于燒杯中，先加入5mL濃度為10%的硫酸鋁，攪拌十分鐘后，取其自然沉降0.5h后的上清液，然后加入硫酸和氫氧化鈉來調節pH至預期定值。

1.2.2 廢水的檢測：本實驗的廢水采取于遼寧華夏醫藥有限公司生產過程中產生的廢水，呈黃色，帶有刺激性氣味。化工需氧量高達1.97×104mg/L，稀釋十倍后進行實驗。經檢測，稀釋后的廢水pH值為4.0，固體含量為16.2g/L，廢水在330nm處的吸光度為0.601。

1.3 分析方法

1.3.1 化工需氧量的測定：用重鉻酸鉀法測定化工需氧量Cr的值，通過測量處理前c0與處理后的c1值來計算化工需氧量的去除率。

1.3.2 廢水樣品中固體含量的檢測：取150mL廢水于蒸發皿中，在烘箱中100--120℃下烘干，稱量剩余固體樣品的重量。

1.3.3 pH的測定：用pHSJ-3F型pH計測量樣品的pH值

2 結果與討論

2.1 臭氧法處理結果

在通入臭氧之后，廢水中的正己烷、檸檬酸、異丙醇、甲磺酸、甲醛、水楊酸、甲醇、青霉素等物質均被有效分解，而在分解過程中，臭氧主要是作用于其結構上，分解的產物主要為水和二氧化碳，此過程操作條件，例如光照時間、廢水的初始濃度及其pH值、反應器形式、通氣條件等因素對反應的影響較大，在攪拌式反應器內發生反應時，最佳效果為：臭氧10.2g/L，光照時間1.5h。此外，對光催化過程影響最為顯著的是反應器的形式，與常見攪拌式反應器相比，循環式反應器效果更好，它能改善催化劑與廢水的混合效果以及提高光利用率，從而在很大程度上減少催化劑的用量，利用該方法處理廢水，可有效提高BOD值。因為具備殺菌功能的化學物質很難將有害物質處理完全，而此方法針對廢水處理，在降低廢水毒性的同時具備解毒的作用，所以可以被用于常見的生化處理，因為這種處理廢水的方式所需要的成本較高，所以化工廠必須進行整改。該方法在處理工業廢水中扮演著重要的角色，此方法具備很多的優越性，特別是它的解毒功能，對于環境保護具有重要意義。

2.2 BiVO 4處理結果

在用紅外光譜對BiVO4進行檢測時，因為對應的酸根離子是正四面體結構，具有四個典型的伸縮振動和兩個彎曲震動，所以兩個一級震動會在短波數上出現特征峰，兩個彎曲震動會在相對一個長一點的波數中出現特征峰；樣品在814 cm－1上VO4基團和一級震動形成對稱的伸縮膜，在664 cm－1上形成反對稱膜，在520 cm－1處出現彎曲膜，此外在IR圖譜中，并未發現樣品表面有水分子附著。影響BiVO4這種光催化劑對廢水處理的各種影響因素間并非相互獨立，而是相互制約且相互影響的。各因素對化工需氧量的去除率和脫色率影響的強弱都是不同的，其中影響最大的是催化劑的用量，雙氧水次之，接下來分別是空氣流量、雙氧水用量，影響最小的是pH值。由于廢水中主要是化工需氧量含量較高，廢水本身的色度比較小，并且，通過實驗我們也可以發現化工需氧含量的去除要比廢水脫色慢的多，所以在評價整個反應的時候，我們可以以脫色情況為參考，以COD的去除為主要標準。在添加催化劑之后，廢水中的工業需氧量去除率提高了很多，再不加催化劑的條件下，光照2.5h后，廢水的脫色程度為59.2%，COD的去除率為50.8%，當BiVO4的用量小于0.2克時，廢水中的工業需氧量的去除率隨著BiVO4的用量增加而增大了0.08%，脫色程度也增加了0.08%；但是當繼續增大BiVO4-的使用量時，脫色率和工業需氧量的去除率都有所下降。原因是，當催化劑的用量較少時，光源產生的光子不能完全轉化成化學能，導致光子的能量沒能完全被利用；而活性物的量隨著催化劑的增加而增加，于是就加快了反應的速率。

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