本文關鍵詞：磁吸附強化混凝深度處理制藥廢水生化尾水研究

  更多相關文章： 制藥廢水生化尾水 磁性吸附材料 強化混凝 響應面分析 經(jīng)濟技術分析

【摘要】：我國是全球第一大原料藥生產(chǎn)國和主要出口國,制劑產(chǎn)能居世界第一。由于制藥生產(chǎn)過程中使用大量不同種類、結構復雜的原輔料,導致制藥廢水中含有大量的有機污染物,經(jīng)現(xiàn)行的A2/O等工藝生化處理后,其生化尾水有機物含量依然較高,CODCr大于600mg/L,直接排放會對環(huán)境造成嚴重危害。本文以制藥廢水生化尾水為研究對象,系統(tǒng)解析了其水質特征,同時制備和表征了三種磁性吸附材料,考察了吸附性能,通過單因素法研究了混凝劑、助凝劑和磁性吸附劑的投加濃度對磁吸附強化混凝深度處理制藥廢水生化尾水的影響并利用響應面法進行分析,最后將傳統(tǒng)混凝法和優(yōu)選配方進行技術經(jīng)濟對比。主要研究結果如下：(1)系統(tǒng)解析了浙江某制藥廢水廠生化尾水的水質特征：有機物濃度高,TOC濃度在143～157mg/L、CODcr濃度在624～691 mg/L；鹽度較高難生物降解,主要含有鈉離子、鈣離子和鎂離子；有機物分子量分布較為集中,分子量2 kDa的有機物占43.06%,主要有機物是腐殖酸、富里酸類物質,同時含有部分蛋白質和多糖,主要功能基團為羥基、羧基,同時含有部分芳香烴類化合物。(2)磁性吸附材料的制備方法和表征分析：采用溶劑熱法制備Fe304,并用改良的st6ber法制備Fe3O4@SiO2,通過(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)來嫁接氨基基團得到Fe304@SiO2-NH2；表征結果顯示,三種材料粒徑分布均勻,呈球狀且有良好的分散性,估算可知其粒徑大小分別是500.0±3.1 nm(Fe3O4)、 504.0±3.2 nm(Fe304@Si02) 和 510.0±3.6 nm(Fe3O4@SiO2-NH2),屬于粉體材料；三種材料都存在Fe304的特征衍射峰,為立方尖晶石結構,同時在圖譜上出現(xiàn)了對應載體的衍射峰；Si02成功包覆在Fe304@Si02和Fe3O4@SiO2-NH2表面,同時Fe3O4@SiO2-NH2的表面嫁接了氨基基團；三種材料的比表面積呈現(xiàn)Fe3O4@SiO2-NH2Fe3O4@SiO2Fe3O4的趨勢；Fe3O4、Fe3O4@SiO2 和 Fe3O4@SiO2-NH2的電位分別接近5.5、6.5和8.5。(3)比較了三種材料對蛋白質和腐殖酸的吸附性能,其結果顯示：三種材料對蛋白質的吸附動力學符合擬二級動力學方程,其中Fe3O4 和 Fe3O4@SiO2-NH2對蛋白質的吸附等溫線符合Langmuir模型,通過模型擬合得到Fe3O4和Fe3O4@SiO2-NH2飽和吸附量分別為28.61mg·g-1、123.80 mg·g-1;三種材料對腐殖酸的吸附動力學符合擬二級動力學方程,Freundlich 和 Langmuir模型都能較好的描述Fe3O4、Fe3O4@SiO2 和 Fe3O4@SiO2-NH2的吸附行為,通過擬合得到Fe3O4和Fe3O4@SiO2-NH2飽和吸附量為44.14 mg·g-1、59.36 mg·g-1；隨pH的升高,Fe3O4、Fe3O4@SiO2 和 Fe3O4@SiO2-NH2對蛋白質和腐殖酸的吸附效果均呈現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象,其中Fe3O4@SiO2-NH2的吸附效果最佳。(4)考察了pH對三種材料吸附制藥廢水生化尾水的影響并研究了Fe3O4@SiO2-NH2的重復使用性能,其結果顯示：當pH=5～6時, Fe3O4@SiO2-NH2對制藥廢水生化出水中的TOC、CODc、色度、蛋白質、腐殖酸和多糖的去除率均較高,分別為44.14%、34.07%、62.94%、35.58%、33.07%和26.03%,且均優(yōu)于Fe304和Fe3O4@SiO2;通過對Fe3O4@SiO2-NH2的解吸和再生利用,當循環(huán)使用4次時TOC去除率為38.91%,色度去除率為55.07%,均達初次使用時的87.50%以上,說明該材料具有循環(huán)使用價值。(5)比較了聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)對制藥廢水生化尾水的強化混凝效果,考察了pH對Fe3O4@SiO2-NH2)吸附強化混凝的影響,其結果顯示：PFS的強化混凝效果優(yōu)于PAC；隨pH的升高,以Fe3O4@SiO2-NH21為吸附劑的磁吸附強化混凝工藝對TOC、CODcr、TP、蛋白質、腐殖酸和多糖的去除率呈現(xiàn)出先升高后降低的現(xiàn)象；當pH=5時,Fe304吸附強化混凝對TOC、CODCr、TP、蛋白質、腐殖酸和多糖的去除率達到最佳,分別為50.92%、45.97%、93.43%、67.61%、44.50%和34.87%；當pH=6時,Fe3O4@SiO2-NH2吸附強化混凝對TOC、CODCr、TP、蛋白質、腐殖酸和多糖的去除率達到最佳,分別為65.04%、59.72%、97.93%、91.00%、68.75%和50.93%。(6)通過單因素法研究了混凝劑、助凝劑和磁性吸附劑的投加濃度對磁吸附強化混凝深度處理制藥廢水生化尾水的影響,利用響應面法進行分析,其結果顯示：當pH=5時,選取Fe3O4投加濃度為0.5 g/L,PFS投加濃度為200 mg/L,PAM投加濃度為20mg/L為Fe304吸附強化混凝工藝的最佳方案；當pH=6時,選取Fe3O4@SiO2-NH2投加濃度為1.5 g/L,PFS投加濃度為200mg/L,PAM投加濃度為15 mg/L為Fe3O4@SiO2-NH2吸附強化混凝工藝的最佳方案；建立了多因素和響應值之間的明確函數(shù)關系式,所擬合的二次回歸方程能夠合理反映TOC、TP、蛋白質、腐殖酸和多糖的去除率與PFS、PAM 和 Fe3O4(或 Fe3O4@SiO2-NH2)投加濃度之間的關系。(7)采用傳統(tǒng)混凝法和Fe3O4@SiO2-NH2吸附強化混凝工藝進行工程技術經(jīng)濟分析,其結果顯示：按日處理量1000 m3制藥廢水生化尾水的規(guī)模計算,后者的藥劑使用費要高于前者,但由于Fe3O4@SiO2-NH2吸附強化混凝工藝具有更高的降解性能,從單位CODCr的降解成本來看,后者成本更低,傳統(tǒng)混凝法的單位CODCr的降解成本為6.62元/(kg CODCr),而Fe3O4@SiO2-NH2吸附強化混凝工藝的單位CODcr的降解成本為5.70元／(kg CODCr)。
【關鍵詞】：制藥廢水生化尾水 磁性吸附材料 強化混凝 響應面分析 經(jīng)濟技術分析
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X787
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-16
• 第一章 緒論16-30
• 1.1 制藥廢水的深度處理研究16-19
• 1.1.1 制藥廢水的來源16-17
• 1.1.2 制藥廢水的特征和分類17
• 1.1.3 制藥廢水生化尾水的深度處理方法和面臨的問題17-19
• 1.2 磁性吸附材料的研究和水處理方面的應用19-24
• 1.2.1 磁性吸附材料的制備方法19-22
• 1.2.2 磁性吸附材料的功能化修飾22-23
• 1.2.3 磁性吸附材料在水處理領域的應用23-24
• 1.3 強化混凝法深度處理廢水的研究24-27
• 1.3.1 混凝劑的種類24-25
• 1.3.2 強化混凝的作用機理25-26
• 1.3.3 強化混凝效果的影響因素26
• 1.3.4 強化混凝法在廢水深度處理中的應用26-27
• 1.4 研究內(nèi)容及技術路線27-30
• 1.4.1 研究目的和意義27-28
• 1.4.2 研究內(nèi)容28-29
• 1.4.3 技術路線29-30
• 第二章 制藥廢水生化尾水水質分析30-40
• 2.1 引言30
• 2.2 實驗材料和方法30-33
• 2.2.1 實驗儀器和試劑30-31
• 2.2.2 水樣的采集和保存方法31-32
• 2.2.3 水質指標測定方法32-33
• 2.3 結果與討論33-39
• 2.3.1 常規(guī)水質指標分析33-34
• 2.3.2 無機鹽定量分析34-35
• 2.3.3 有機物特性分析35-39
• 2.4 本章小結39-40
• 第三章 磁性吸附材料的制備和性能研究40-67
• 3.1 引言40
• 3.2 實驗材料和方法40-46
• 3.2.1 實驗儀器和試劑40-42
• 3.2.2 磁性吸附材料的制備和表面改性方法42-43
• 3.2.3 磁性吸附材料的表征方法43-44
• 3.2.4 磁性吸附材料吸附蛋白質的方法44-45
• 3.2.5 磁性吸附材料吸附腐殖酸的方法45
• 3.2.6 磁性吸附材料吸附制藥廢水生化尾水的方法45
• 3.2.7 Fe_3O_4@SiO_2-NH_2的解吸和再生利用方法45-46
• 3.3 結果與討論46-65
• 3.3.1 材料的表征分析46-50
• 3.3.2 磁性吸附材料對蛋白質的吸附性能分析50-56
• 3.3.3 磁性吸附材料對腐殖酸的吸附性能分析56-61
• 3.3.4 pH對磁性吸附材料吸附制藥廢水生化尾水的效果分析61-65
• 3.3.5 磁性吸附材料的解吸和再生利用分析65
• 3.4 本章小結65-67
• 第四章 磁吸附強化混凝深度處理制藥廢水生化尾水研究67-116
• 4.1 引言67
• 4.2 實驗材料和方法67-74
• 4.2.1 實驗儀器和試劑67-68
• 4.2.2 強化混凝實驗方法68
• 4.2.3 磁吸附強化混凝工藝實驗方法68-74
• 4.3 結果與討論74-114
• 4.3.1 不同混凝劑強化混凝處理效果分析74-77
• 4.3.2 磁吸附強化混凝工藝的單因素影響分析77-93
• 4.3.3 磁吸附強化混凝工藝的響應面影響分析93-111
• 4.3.4 技術經(jīng)濟分析111-114
• 4.4 本章小結114-116
• 第五章 結論與展望116-119
• 5.1 研究結論116-118
• 5.2 研究展望118-119
• 參考文獻119-126
• 攻讀碩士學位期間的主要科研成果126-127
• 發(fā)表的學術論文126
• 申請的國家發(fā)明專利126-127
• 致謝127-128

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本文編號：903360