微电解—UASB—PSB立式氧化槽处理制药废水的实验研究.docx

题 目：微电解UASBPSB立式氧化槽处理制药废水的实验研究 摘 要 由于制药公司排放的废水中污染物的浓度高且生物降解性差，仅使用一种水处理技术就难以达到排放标准，所以需要结合多种废水处理方法来满足排放要标准。实验研究的第一步，铁碳微电解预处理。在实验研究的第二步中，使用UASB上流厌氧反应器进行深度处理。 UASB反应器中接种的污泥是城市污水处理厂二级沉淀池中剩余的污泥。铁碳微电解通过单因素控制的实验方法，获得了铁碳微电解的最佳运行参数：即铁碳剂量为150g/L，铁和碳的质量比等于3：1，水在微电解池中的停留时间为1小时，pH等于3。此外，启动UASB反应器需要两个月，比常规的厌氧反应器要快。实验研究得出UASB的最佳操作条件是：水力停留时间为40h，温度约为40，pH值为7。在此条件下，COD去除率可达到80以上。最后，讨论了光合细菌处理制药废水的可行性。驯化的光合细菌可以更快地适应制药废水，处理高负荷制药废水的效果更好。 PSB立式氧化罐最佳水力停留时间为4h，COD去除率可达到70以上关键字：微电解 UASB PSB 立式氧化槽 制药废水IIAbstractDue to the high concentration of pollutants and poor biodegradability in the wastewater discharged by pharmaceutical enterprises, it is difficult to meet the discharge standards by using a single water treatment technology, so it is necessary to combine a variety of wastewater treatment methods to meet the discharge standards. The first step of the experimental research is the microelectrolytic pretreatment of iron and carbon. In the second step, UASB up-flow anaerobic reactor was used for advanced treatment. The inoculating sludge in the UASB reactor is the residual sludge in the secondary sedimentation tank of the municipal sewage treatment plant. Iron - carbon microelectrolysis is an experimental pretreatment process. The optimal operating parameters of iron carbon microelectrolysis were obtained by single factor control experiment: that is, the iron carbon additive quantity was 150g/L, the iron carbon mass ratio was equal to 3:1, the hydraulic retention time was 1 hour, and the pH value was equal to 3. In addition, it takes two months to start the UASB reactor, which is faster than a conventional anaerobic reactor. The best operating conditions of UASB are: the hydraulic residence time is 40h, the temperature is about 40, the pH value is 7, under this condition, COD removal rate can reach more than 80%. Finally, the feasibility of treating pharmaceutical wastewater by photosynthetic bacteria was discussed. The domesticated photosynthetic bacteria can adapt to the pharmaceutical wastewater more quickly, and the treatment effect of high-load pharmaceutical wastewater is better. The optimal hydraulic retention time of PSB vertical oxidation tank is 4h, and the COD removal rate can reach more than 70%.Key words： micro-electrolysis UASB PSB vertical oxidation tank pharmaceutical III目录摘要IAbstractII1.概述11.1制药废水的种类及特点11.1.1制药废水的种类11.1.2制药废水的特点11.2制药废水处理方法11.2.1物理处理技术21.2.2化学处理技术31.2.3生物处理技术41.3选题依据、研究内容、本方法的特点51.3.1选题依据51.3.2研究内容51.3.3使用本方法的特点62.实验设计与使用方法92.1水质和工艺流程92.1.1实验水质92.2.2工艺流程图92.2.3各反应所需仪器尺寸102.2.4实验检测项目及分析方法112.2.5实验所用仪器及规格113. 实验结果及分析113.1微电解实验结果及分析113.1.1实验方法113.1.2 pH值对COD去除率的影响123.1.3停留时间（HRT）对COD去除率的影响133.1.4 Fe/C比对COD去除率的影响143.1.5 Fe投加量对COD去除率的影响163.1.6小结173.2 UASB实验结果及分析173.2.1水力停留时间（HRT）对COD去除率的影响173.2.2温度（T）对COD去除率的影响173.2.3 pH值对COD去除率的影响183.2.4营养物质对COD去除率的影响193.2.5小结193.3 PSB立式氧化槽实验结果及分析203.3.1 PSB的驯化203.3.2水力停留对COD去除率的影响203.3.3 PSB浓度对COD去除率的影响213.3.4小结223.3.5全工艺运行结果224. 结论23参考文献251.概述随着我国大中型制药企业的发展，制药过程中产生的废水不仅影响人体健康，而且破坏了生态环境。制药公司产生的废水由于污染物种类复杂，有机物含量高，色泽大，生物降解性差等，很难被微生物直接降解。因而对水体造成的污染十分严重。由于它污染的水质特点使制药废水成为水处理行业中较难处理的一种废水。因此，有必要开发一种有效的废水处理工艺以满足日益严格的环境要求和排放标准。本实验以兰州某制药公司的废水为研究对象。废水COD浓度7650mg/L,BOD5浓度800mg/L，SS的浓度650mg/L，色度1500。实验采用的处理工艺为：微电解-UASB-PSB立式氧化槽组合工艺。通过实验，确定每个处理单元的最佳实验条件和处理效果。1.1制药废水的类型和特点1.1.1制药废水的种类制药废水是药品生产过程中产生的废水。由于污染物的性质、主要成分和药物加工对象的不同，制药废水有不同的分类方式。按照药物加工对象产生的废水分为以下四种项继聪,张朝阳,朱超.制药废水处理技术分析与研究J.中国资源综合用,2019,37(06):44-46.：(1)发酵制药废水：微生物发酵、分离、提取、精致纯化生产抗生素药物产生的有机废水。(2)中成药生产废水：中药生产中药材浸泡、洗涤、煮药、提取、蒸发浓缩等过程中产生的废水。(3)化学合成药物废水：制药过程长，反应步骤多，吸附残留液，密封水，厂区生活污水，溶剂回收残留液等过程中产生的废水。(4)生产各种制剂洗涤水和洗涤废水：发酵废液，罐罐洗涤水，塔洗涤水，树脂再生液，地面洗涤水等1.1.2制药废水的特点制药废水水质特点有以下几种：(1)COD浓度高：化学制药废水成分复杂。除了抗生素残留物，抗生素中间体，未反应的原料外，它还包含合成过程中使用的少量有机溶剂，这会使COD浓度变大。(2)SS浓度高：抗生素废水主要含有发酵产生的残留培养基质和微生物菌丝体。中药废水中含有多种有机物质，例如：糖，糖苷，有机色素，生物碱，纤维素，木质素等。除此之外它还含有大量的漂浮物，会使SS浓度增大。(3)水质组成复杂多样：诸如抗生素，表面活性剂（乳化剂，消泡剂等）和高浓度化学原料，较高浓度中间体代谢产物以及难闻的气味等不利因素使水质成分复杂化。(4)污染物浓度高：对药物的生产要求较高，许多药材难以充分利用，许多化工原料产生有毒有害的物质，使得制药废水污染浓度高。(5)可生化性差：就抗生素废水而言，在在发酵过程中，分离率和提取率低，大多数废水中的抗生素残留浓度很高。并且由于废水中存在难降解的物质，有抑制作用的有毒物质（如抗生素）会使废水的生物可降解性变差。(6)硫酸盐浓度高：生产链霉素,土霉素,庆大霉素的废水中都含有较高浓度的硫酸盐等物质,使废水中硫酸盐浓度增大。(7)冲击负荷大：由于废水的排放是间歇的,因而导致水质水量产生较大的变化,所以对设备来说承受的冲击负荷较大。(8)色度高：废水中有机质含量高,泥沙和药渣还有漂浮物等使水的色度加深。1.2制药废水处理方法1.2.1物理处理技术废水的处理与物理方法，化学方法，生物方法和其他方法相结合。但常见的物理方法包括过滤法，重力沉淀法和吸附法等。(1)过滤法:是以具有孔粒状粒料层截留水中杂质,主要是降低水中的悬浮物。(2)重力沉淀法是利用悬浮颗粒在水中的沉降特性在重力场作用下自然沉降并实现固液分离的过程。(3)吸附法黄亚，陆天一，徐锐，李宇，杨彩云，朱林娇，李家佳。制药废水中抗生素处理技术的研究进展J。科学技术与创新，2020（05）：81-82。：指利用多孔固体吸附废水中的一种或几种污染物,以回收或去除废水中的污染物,从而净化废水。(4)气浮法黄新熠。化学制药废水处理工艺J。化工学报当代化学研究，2019（02）：156-157。：它使用高度分散的微气泡作为载体来粘附废水中的污染物。该物质的密度低于水的密度而浮于水的表面，实现了固液分离或液液分离的过程。它通常包括各种形式，例如充气气浮，溶气气浮，化学气浮和电解气浮。(5)反渗透法雷太平,谢陈鑫,赵慧,钱光磊,任春燕,尤秋彦.吸附法处理反渗透浓水COD试验J.净水技术,2019,38(04):101-105：是利用半透膜将浓、稀溶液隔开，以压力差作为推动力，施加超过溶液渗透压的压力，使其改变自然渗透方向，实现废水浓缩和净化目的。 (6)氨吹脱法唐朝春，吴庆庆，段先跃，叶欣，陈惠民。吸附法处理废水中磷酸盐的研究进展J。长江科学院院报，2018,35（04） ）：18-23。:在制药废水的处理中，当氨氮的浓度大大超过微生物能承受的浓度时，在生物处理过程中，微生物会受到氨氮的抑制，难以获得良好的处理效果。吹气法通常用于减少氨氮含量和提高废水处理效率。除以上几种方法外，还采用离子交换、膜分离、萃取、蒸发结晶等物理方法进行处理制药废水。1.2.2化学处理技术(1)化学混凝法赵倩,褚海云.生物倍增工艺在中成药制药废水处理中的应用J.江西化工,2016(03):114-116.：主要去除物质是水中的微小悬浮物和胶体物质。添加化学混凝剂使污水中的胶体颗粒失去稳定性，聚集成大颗粒并沉没，并且可以通过凝聚而将分散的固体颗粒，乳化油和胶体物质去除。(2)化学氧化法：氧气，氯气，臭氧等通常用作氧化剂，用来氧化制药废水中的有机污染物。目前，主要有臭氧氧化法和芬顿试剂法等。但化学氧化法耗能高，成本高，不适合处理水量大，浓度低的制药废水。臭氧氧化法徐超,蓝师哲,何岩,郭翠香,牛孟甲,付凌霄.碱减量废水资源化回收与处理技术研究进展J.工业用水与废水,2018,49(06):1-4.：臭氧具有很强的氧化性，所以对很多有机物有较强的氧化作用，一般空气或纯氧经高压放电可产生臭氧，臭氧处理废水无二次污染问题，所以对环境比较友好。芬顿试剂处理法叶磊.臭氧催化氧化去除制药废水中难降解有机物J.农家参谋,2020(06):172.：亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，可以有效去除传统废水处理技术无法去除的难降解的有机物。该方法设备简单，易于实现工业规模化，是一种处理青霉素废水的方法，具有良好的发展前景。(3)电化学氧化法：电化学氧化姜智超,杨国超,刘孟.电化学氧化法处理四氧化三锰生产废水中的氨氮J.工业水处理,2020,40(03):23-26将悬浮液或有机物溶液放入电解槽中，并使用直流电的电解过程，在阳极上俘获电子以氧化有机物或先将低价金属氧化为高价金属。然后高价金属离子再氧化有机物的过程。根据不同的电极反应方式，可分为铁碳微电解法和外加电压电解法。 电解法：电解法王梦芸,黄亚宁,赵圣豪,肖宁.电解法处理罗丹明B生产废水的工艺及机制研究J.北京化工大学学报(自然科学版),2019,46(04):1-7是用电解的原理，使原废水中的有害物质分别通过电解过程在阳极和阴极上的发生氧化和还原反应转化为无害物质。使原废水中有害物质通过电解过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应转化成为无害物质。电解法可以改变废水中有机污染物的性质和结构，具有高效、易操作等优点，同时又有很好的脱色和提高可生化性的效果。铁碳微电解法：电解法是利用填充在废水中的微电解材料产生1.2V的电位差来在没有通电的情况下电解废水中的污染物，从而达到降解有机污染物的目的。为了提高废水的生物降解性，通常将Fe-C用作制药废水的预处理步骤。(4)高级氧化技术冯雪梅,卫新来,陈俊,吴克,李明发.高级氧化技术在废水处理中的应用进展J/OL.：先进的氧化技术汇集了现代光，电，声，磁，材料和其他类似学科的最新研究成果，包括电化学氧化，湿式氧化，超临界水氧化，光催化氧化和超声降解等方法。1.2.3生物处理技术生物方法：通常是指通过微生物的代谢来降解和转化有机物的过程。生物处理方法已成为处理高浓度有机废水的主要选择。生物处理方法的应用大大降低了污水处理的运行成本，为制药废水处理技术开辟了一种经济有效的新途径。好氧处理法，厌氧处理法，光合细菌处理法是生物处理技术的一般方法。 (1)好氧处理法：通常用于处理制药过程中产生的废水的好氧生物处理方法有6种。常用的方法主要有以下几种：普通活性污泥法，加压生化法，深井曝气法，生物接触氧化法，生物流化床法，序批式活性污泥等。普通活性污泥法孙佳峰,宋小燕,郁强强,刘锐,陈吕军.间歇曝气序批式活性污泥法处理农村废水及其效果的模拟预测J.环境污染与防治,2020,42(02):152-158.：普通活性污泥法是目前国内外比较成熟的一种可以处理抗生素废水的方法。普通活性污泥法加强了预处理，改进了曝气方法，使装置的运行更加稳定。但是，活性污泥法也有一些缺点：需要大量稀释，在运行过程中会产生更多的泡沫，并且容易产生污泥膨胀，剩余污泥量大，去除率不是很高。为了提高废水的处理效果，改进曝气方法和微生物固定技术已成为活性污泥法研究和开发的重要内容。加压生化法：相对于普通活性污泥法来说，加压生化法增大了溶解氧的浓度，使得供氧量充足，这样即保证了生物降解的快速性，又增强了生物耐冲击负荷的能力。深井曝气法于振国.制药废水特性及其处理方法的研究进展J.广东化工,2010,37(06):230-232：深井曝气法是活性污泥法之一，也是一种高速活性污泥系统。与普通的活性污泥法相比，深井曝气法具有很多优点：深井曝气法不仅提高了氧气的利用率，而且占地面积小，具有良好的保温隔热效果，并具有一定的抑制污泥膨胀的作用。生物接触氧化法：生物接触氧化是活性污泥法和生物膜法之间的生物处理技术。它的主要去除特征是结合两者的优点。与普通的活性污泥法相比，由于生物固定在填料上，固体停留时间长，生物相丰富，可以培养生长时间长的微生物。与一般的生物膜法相比，增加了曝气装置，微生物可以吸收足够的氧气，保持较好的生物活性。因此，对于难降解物质含量高的工业废水，生物接触氧化法比较适用。生物流化床法：该生物流化床将生物滤池法和普通活性污泥法的优点结合为一体，具有容积负荷大，反应速度快，占地面积小的优点。SBR孙佳峰,宋小燕,郁强强,刘锐,陈吕军.间歇曝气序批式活性污泥法处理农村废水及其效果的模拟预测J.环境污染与防治,2020,42(02):152-158活性污泥法：SBR法具有使水质均匀一致，不需要污泥回流，抗冲击，污泥活性高，操作灵活，运行稳定等优点。它更适合处理间歇排放且水质水量波动较大的废水。(2)厌氧处理法：厌氧生物处理是指复杂的有机物在无氧情况下被厌氧微生物（包括兼性微生物）降解转化，最终变成甲烷，二氧化碳和其他物质的过程。(3)光合细菌处理法张光明,孟帆,曹可凡,郅然.光合细菌污水资源化研究进展J.工业水处理,2020,40(03):1-6（PSB）：光合细菌中的许多红假单胞菌菌株可以使用小分子有机物作为氢供体和碳源，并具有分解和去除有机物的能力。 PSB处理工艺的优点是可承受较高的有机负荷，无沼气，温度影响小，具有脱氮能力，设备占地面积小，动力消耗低，投资少以及可回收处理过程中产生的细菌菌体。1.3此方法的选题依据，研究内容，特点1.3.1选题依据制药公司产生的废水由于污染物成分复杂，有机物含量高，颜色大，生物降解性差而难以被微生物直接降解，因而对水体造成的污染十分严重。同时制药工业废水呈现出明显的酸、碱性，其中一部分废水中盐分浓度较高。这些特性使制药业的废水成为水处理行业中的难题废水。传统的水处理方法难以获得理想的结果，因此有必要开发一种有效的废水处理工艺以满足日益严格的环境要求和排放标准。实验以兰州某制药公司的废水为研究对象，废水的COD浓度7650mg/L,BOD5浓度800mg/L,SS浓度为650mg/L，色度1500。采用的处理工艺为：微电解-UASB-PSB立式氧化槽组合工艺。通过实验，确定每个处理单元的最佳实验条件，分析处理效果，并为制药废水的未来发展做出贡献。1.3.2研究内容采用微电解铁床-UASB反应器-PSB立式氧化槽工艺处理制药废水。讨论了处理此类难处理制药废水的反应机理。研究了铁碳微电解、UASB反应器、和PSB立式反应槽中污染物浓度的变化，以及pH值和水力停留时间等因素对操作过程中COD去除率的影响，并确定了工艺的各部分的最佳实验条件，为未来的工程设计提供了宝贵的经验和可靠性。实验操作参数包括以下内容：（1）预处理部分：一般应设置调节池以调节水质和pH，并根据实际情况采用物理化学或化学方法进行预处理，以减少SS和盐分，还有一定量的COD，减少废水中的抑制生物活性的物质，同时提高废水的生物降解性，有利于废水的后续生化处理。预处理主要使用物理和化学方法。对于头孢菌素类药物中间体废水，预处理可以消除其毒性并降解某些难处理的有机物，有利于后续的生物处理。实验中使用的物理和化学方法主要是铁-碳微电解。(2)生物处理部分：预处理后的废水通常仍无法达到标准排放量，需要进一步处理。从经济稳定性的角度来看，生物方法是首选的生化处理过程。该实验使用UASB厌氧反应和PSB立式氧化槽工艺组合处理废水，涉及构筑物结构开始的启动，工艺流程的设计以及最佳实验参数的确定，UASB反应器部分主要研究水力停留时间，pH值，温度等，对COD去除率的影响。PSB立式氧化槽装置研究了水力停留时间和有机物浓度对COD处理效果的影响，并讨论了使用光合细菌处理制药废水的可行性，为光合细菌以后废水的处理方面奠定了基础。1.3.3使用本方法的特点1.铁碳微电解的特点反应速度快：填料采用微孔活化技术，比表面积大，同时配加催化剂，对废水处理提供了更大的电流密度和更好的微电解反应效果，反应速率快，一般工业废水只需要30-60min，长期运行稳定有效。作用污染物范围广：微电解处理方法可以达到化学沉淀除磷的效果，还可以通过还原除去重金属。操作方便：规整的微电解填料使用寿命长，且操作维护方便，处理过程中只消耗少量的微电解填料，只需定期添加即可，无需更换，进而大大降低了维护劳动强度。减少二次污染：微电解处理后，废水会在水中形成原始的亚铁离子或铁离子，与普通混凝剂相比，混凝效果更好，无需添加铁盐等混凝剂。COD去除率高，不会对水造成二次污染。应用方式多样：用于废水的预处理，可以保证处理后废水的稳定排放，也可以用于处理高浓度的废水，单独使用。2.UASB反应器的特点构造简单巧妙：沉淀区位于反应器顶部，废水从反应器底部进入，向上流经污泥床区，接触大量厌氧菌，其中进入水中的有机物污染物被厌氧菌分解为沼气（对于CH4和CO2），废水在向上流动时会带走沼气和厌氧菌固体。沼气在气室区域内进行固液分离，处理后的净化水从反应器顶部排出，废水完成了处理的全过程。沉淀区中的大多数污泥可以返回到污泥床区域，这样可以在反应器中保持足够的生物量。可以看出，整个上半部分整合了生物反应和沉淀。反应器未配备机械搅拌和填料，结构相对简单，操作管理方便。可以在反应器中培养厌氧颗粒污泥：只要操作方法正确，UASB反应器通常即可在反应器中培养厌氧颗粒污泥。实现了污泥年龄（SRT）和水力停留时间（HRT）的分离：由于反应器可以保持较高的生物量，污泥寿命很长，反应器废水的HRT较短。 SRT大于HRT，因此该反应器具有更高的体积负载率和良好的运行稳定性。UASB反应器对各类废水有很大的适应性：UASB反应器不仅可以处理高浓度有机废水，也可以处理中等浓度有机废水，并且可以处理低浓度有机废水，UASB反应器可在高温(55)和中温(35左右)下运行，并可在低温(20左右)下稳定运行。除了处理含有有毒有害物质的有机废水外，UASB反应器几乎可适应不同行业排出的各类有机废水。低能耗，低污泥产生：由于UASB反应器不需要供氧，搅拌或加热，因此在实现高效率的同时实现了低能耗，并且可以提供大量沼气，因此，UASB反应器是一种产能型废水处理设备。由于SRT较长，不仅产生的污泥稳定，而且产生的污泥量小，从而降低了污泥处理成本3.PSB立式氧化槽的特点郗金娥. 微电解-UASB-PSB 立式氧化槽处理制药废水中试研究D.西北师范大学,2011高负荷，耐冲击：氧化槽内装有特殊的纤维填料，污泥储存量大；澄清区还确保了污泥的流失尽可能的少，因此也保证了高负荷，并且也增强了氧化槽的抗冲击负荷能力。高效，效果好：循环生化区中形成的好氧，兼性和厌氧微生物菌群丰富，不仅氧化而且水解，使难于生化的有机物“开环”。让能生化物质“断链”，提高了生化性能，废水被澄清区有效截留，处理效率高，效果好。 节能：立式氧化槽是相对于水平流动的生物处理结构。它的垂直循环是由曝气的“气提”效果以及导流筒和封帽的特殊结构形成的，不需要外部动力。 易于管理：可在10-40范围内进行处理，受季节影响较小，不会产生像活性污泥法那样的污泥膨胀现象。2.实验设计与使用方法2.1水质和工艺流程2.1.1实验水质设计进水量Q=20L/h（0.48T/d）进水水质：进水为混合废水，水样取自兰州一家制药公司。二甲苯，环己胺，二硫化碳等具有较高的浓度，且可生化性较差。水质指标如下表1所示。出水水质符合GB8978-2002综合废水排放标准规定的二级标准。表1废水水质状况Table 1 water quality of wastewater指标COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)色度浓度76508006501500由表1可知，废水的生化特性低，必须提高废水的生化特性以提高处理效果2.2.2工艺流程图本实验对头孢类医药废水的特点，结合目前国内外制药废水处理的工艺及查阅相关的文献，确定了本实验的处理工艺，物理化学和生化方法用于处理制药废水。一些大的悬浮物和难溶性有机物通过物理和化学方法去除，该方法降低废水的色度，并通过厌氧-好氧组合法处理废水，处理流程如图1所示 ： 格栅调节池 b'b'b立式氧化槽 b'b'b UASB反应器 b'b'b 中间调节池 b'b'b 铁碳微电解池 b'b'b 沉淀池 b'b'b滤砂进水 生活污水和蒸汽 出水图1 废水工艺流程图FIG. 1 flowchart of wastewater process调节进水的pH值，在铁床上进行微电解反应后，废水进入沉淀池，然后进入中间调节池，添加适当的生活污水和蒸汽，并用泵提升到UASB厌氧反应器。厌氧反应器出水进入氧化槽进行好氧反应，然后通过砂滤排出。2.2.3各反应所需仪器尺寸本实验中微电解反应器的尺寸为600×1200mm。水从反应器的下端进入，空气从池的底部通过两个带孔的管进入，空气源使用空气压缩机。该反应器配备有50体积的填料，这是一种高碳扁平生铁块。微电解反应器设备包括计量泵，加药反应配水槽。来自微电解反应器的水进入沉淀池，沉淀池的尺寸为400×800mm，排出上清液。UASB的尺寸为1800×4000mm，由碳钢结构制成，配水内件为均衡布水器，重质球形填料和轻质球形填料分别沉积在污泥床区和悬浮区，为了增强生物作用，增加抗负荷冲击的能力。这种球形填充物由极高强度的镂空塑料外壳和填充其中的特殊纤维、成配料组成，无需支撑和固定。大量的污泥存储，它具有很强的吸附悬浮污泥的能力，实现泥水分离。立式氧化槽的尺寸为800×2000mm，并设有内，外筒和封帽结构。在内筒的底部设有穿孔的曝气管，在内外筒之间装有生物填充料。作为固定微生物的栖息地和生长场所，生物膜吸收水中的有机物，有机物被氧化分解，以净化污水。2.2.4实验检测项目及分析方法表 2实验分析方法Table 2 experimental analysis methods项目检测指标检测方法12345CODBOD5SSpH色度重铬酸钾法标准接种稀释五日培养法国标法在线pH仪稀释倍数法2.2.5实验所用仪器及规格表 3 实验所用仪器Table 3 instruments used in the experiment仪器名称规格/型号电子天平分析天平pH计COD消解器电热鼓风干燥器紫外分光光度计便携式溶解氧测定仪混凝实验搅拌器生化恒温培养箱反应容器ESJ120-4DT100sensIONHACH DRB200CS101-2D754NSX716ZR4-6XMT-152C2L3. 实验结果及分析3.1微电解实验结果及分析3.1.1实验方法将经过预处理的铁和活性炭颗粒按一定比例混合，放入已经装有1L制药废水的2L反应容器中，并对反应器进行连续充气（充气量为3L / min）。反应后，废水通过添加NaOH将pH值调节至7.0-8.0，进行絮凝沉淀（沉淀时间为60分钟）以去除Fe2+和Fe3+离子，然后检查反应器中上清液的COD值。实验主要测试了铁碳用量，铁碳质量比，反应时间和pH值对COD去除率的影响。以沉淀后上清液的COD值作为评价指标，可获得最佳实验条件：反应器进水pH约为3，反应时间为1h，微电解铁床的COD去除率可以达到30以上。3.1.2 pH值对COD去除率的影响表 4调节池出水值Table 4 adjust the water value of the pool指标COD(mg/l)BOD5(mg/l)SS(mg/l)色度浓度56667826241350pH值是铁碳微电解过程操作的关键参数之一。值越低，相应氧电极的电极电位越高，电位差增大，加快了电极反应。然而，太低的pH值将导致降解产物改变其现有形式，并抑制、破坏有机絮凝物的形成，导致不良的处理效果。为了确定实验中的最佳pH值，以1L废水测定COD的值为5425mg/L，总铁碳剂量控制在150g/L，铁碳质量比为3：1 ，反应时间为1小时，并调节pH。实验分别为pH在1.0、2.0、3.0、4.0和5.0（碳微电解在酸性条件下具有更好的处理效果）情况下，分析不同pH值对COD去除的影响率。实验结果如下图2所示：pH图 2 pH值对COD去除率的影响FIG. 2 influence value of pH value on COD removal rate从图2可以看出，随着pH值在1-3范围内增加，COD去除率逐渐增加。当pH值在3左右时，COD去除率最高达到43.8。当pH值继续增加时，COD去除率显示出明显的下降趋势。分析原因如下：当pH<3时，COD的去除率不断升高的原因是较低的pH值，抑制了Fe2+、Fe3+向铁盐絮状体转化，再随着pH值慢慢升高，这种抑制作用逐渐减弱，COD去除率逐渐升高。pH=3时，废水的pH值达到平衡点。此时，废水的pH值不仅可以保证微电解反应所需的较高电位差，加速电极反应，而且可以促进Fe2+和Fe3+向铁盐絮状体转化，将抑制作用减弱，使COD去除效果最佳。当pH>3时，COD的去除率明显降低，其原因是废水中的pH平衡点被破坏。随着pH值的增加，尽管有利于将Fe2+和Fe3+转化为铁盐絮状物，但但碳微电解所需电位差逐渐减小，从而导致电极反应变弱。同时，高pH值减慢了阳极铁的溶解速度，阻碍了微电解反应的进行。电位差和铁的溶解速率对COD去除效果的影响是主要因素，因此COD去除率出现逐渐降低的现象。因此，分析表明pH值控制在3，处理效果最好。3.1.3停留时间（HRT）对COD去除率的影响停留时间是铁碳微电解过程操作的关键参数之一。如果停留时间太短，则微电解反应将不完全，从而导致有机污染物的降解不完全和废水中的生物毒性降解不完全。如果水力停留时间过长，随着废水中有机污染物的逐步降解，溶液中残留的铁和酸发生置换反应生成氢气，这对COD的去除率影响很小，导致铁消耗增加。为了确定实验中的最佳停留时间，取1L废水并确定COD值为5630mg/L，将pH值调节至3.0，总铁碳用量为150g/L，铁碳质量比为3：1，控制反应时间，反应完成后，将被中和，凝结和沉淀。加入NaOH以将pH调节至7.0-8.0。沉淀后，将上清液用于检测COD。讨论了不同反应时间对COD处理效果的影响。实验结果如图3所示：图 3 停留时间（HRT）对COD去除率的影响FIG. 3 influence of residence time (HRT) on COD removal rate从图3可以看出，在30-60分钟内，随着停留时间的延长，COD的去除率逐渐提高。当停留时间达到60min时，COD去除率为45.3。随着停留时间的持续增加，COD去除率不会显著增加。分析的原因：COD去除率在30-60分钟的停留时间内持续增加，是因为停留时间逐渐变长，废水中的Fe溶解量，微电解产生的H，Fe2+和Fe3+逐渐增加，可以明显促进氧化还原和絮凝作用。当时间为60分钟时，COD去除率较高，电解反应完全，废水中的有机污染物和生物毒性被完全降解。但是，在60-70 min时，COD去除率基本没有明显的上升趋势，其原因是铁电极长时间放置在有氧环境中钝化，抑制了微电解反应，并逐渐引起微电解电附集弱化；同时，废水中残留的Fe和H+将发生取代反应，抑制微电解并导致Fe消耗增加，因此COD去除率不再显著变化。上述分析的停留时间控制在约一小时，处理效果最佳。3.1.4 Fe/C比对COD去除率的影响为了确定实验中最佳的铁碳比，取1L废水，测定COD值为5620mg/L，将pH值调整为3.0，总铁碳用量为150g/L，铁碳质量比为1：1、2：1、3：1、4：1、5：1，将铁碳混合颗粒加入反应器中，电解120min后，将其中和，凝结，沉淀。加入NaOH将pH调节至7.0-8.0。沉淀后，取上清液测定COD，并分析铁碳含量对去除效果的影响。实验结果显示在下面的图4中：图 4 Fe/C比对COD去除率的影响FIG. 4 influence response value of Fe/C ratio on COD removal rate从图4可以看出,当Fe/C小于3:1时,随着Fe/C比逐渐增大,COD去除率逐渐升高；当Fe/C等于3:1时,COD去除率达到最高为46.1%；再随着铁碳比继续增大，COD去除率出现下降趋势。分析原因为：当Fe/C小于3:1时,COD去除率随着铁碳质量比的增大而逐渐升高，其原因是在酸性废水中，铁屑中的纯铁和碳之间存在电极电位差： 阳极（Fe）：Fe - 2e- = Fe2+ ，E（Fe/Fe2+）= 0.44V阴极（C） ：O2 + 4H+ + 4e- = 2 H2O , E=1.23V从而使废水中形成无数的微型腐蚀电池（微观电池），随着铁碳质量比的增大，微型腐蚀电池也逐渐增多；同时，铁和投加的碳颗粒又构成了无数的微型电解电极（宏观电池），使腐蚀电池与电解电极在酸性溶液中构成无数的微型电解回路，因而随着铁碳质量比增加，铁和活性炭的有效面接触面积增大，微原电池数量和宏观原电池数量同时