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基本信息

項目名稱：
內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器的開發(fā)及其催化氧化制藥廢水的應(yīng)用研究
小類：
能源化工
簡介：
近年來，醫(yī)藥化工行業(yè)得到了快速發(fā)展，生產(chǎn)的醫(yī)藥產(chǎn)品為人類健康作出了巨大的貢獻。然而，醫(yī)藥產(chǎn)品生產(chǎn)時伴生大量制藥廢水，這些廢水中含有大量高濃度、難降解的有機中間體，如果處理不當(dāng)而排入環(huán)境，將嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展
詳細(xì)介紹：
臭氧氧化作為一種高級氧化水處理技術(shù)，具有高效、幾乎無二次污染等特點，在給水領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，近年來在廢水處理領(lǐng)域也逐漸引起了研究者的重視[16, 17]。然而，由于臭氧的選擇性氧化和單獨的臭氧利用效率偏低等缺點，單一的臭氧氧化很難應(yīng)用到實際高濃度廢水處理工程中，如果能提高臭氧的處理效率，將顯著提升其在實際廢水處理的應(yīng)用[18, 19]。 本文以典型制藥中間體對甲基苯磺酸為模型污染物，研究了pH、初始濃度、臭氧投加量等影響因素對臭氧氧化對甲基苯磺酸的行為，建立了表征臭氧氧化過程中直接反應(yīng)和間接反應(yīng)各相對貢獻率的動力學(xué)模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物濃度等影響因素對3kHO2?-/k0參數(shù)的影響，為臭氧技術(shù)用于制藥廢水的處理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。 研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合臭氧氧化體系與顆粒活性碳吸附體系構(gòu)成催化臭氧氧化體系，有機污染物能夠被反應(yīng)過程中生成的自由基(特別是?OH)氧化去除，從而明顯改善單一臭氧的選擇性氧化和活性炭的難以再生的缺點，從而達到對污染物的協(xié)同降解的效果[7, 20, 21]。然而，在水處理過程中，活性炭所扮演的角色并不明確，有研究認(rèn)為[22-24]，臭氧/活性炭降解體系是吸附-臭氧氧化再生的過程；另外，也有研究認(rèn)為是活性炭催化臭氧氧化的過程[24]。同時，臭氧/活性炭聯(lián)用體系處理高濃度有機制藥廢水方面的研究還比較少，鑒于此，本文將采用聯(lián)用體系對高濃度有機制藥廢水的處理進行深入研究，重點從pH、臭氧氧化、活性炭吸附、聯(lián)用體系、可生化性以及動力學(xué)模型的角度對臭氧/活性炭體系的降解機制進行深入討論。以上研究結(jié)果是臭氧氧化降解制藥廢水相關(guān)數(shù)據(jù)的有益補充，對臭氧化處理制藥廢水具有較好的理論意義。

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  • 內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器的開發(fā)及其催化氧化制藥廢水的應(yīng)用研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

(1) 臭氧氧化對甲基苯磺酸的動力學(xué)模型研究 (2) 臭氧/活性炭降解p-TSA及其降解機理 (3) 非均相催化臭氧處理高濃度制藥廢水的研究

科學(xué)性、先進性及獨特之處

1 設(shè)計出一種能有效降解去除有機廢水的內(nèi)循環(huán)式反應(yīng)器。 2 初步明確了單一臭氧氧化對甲基苯磺酸的降解機理機制。 3 明確了活性炭吸附/催化臭氧氧化體系中酸性條件下以活性炭吸附/再生為主，而在堿性條件下為催化臭氧氧化為主的反應(yīng)機理，并建立了相應(yīng)的吸附．催化氧化動力學(xué)模型；并將其應(yīng)用于實際制藥廢水處理中，并取得了良好的效果。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

1 開發(fā)了一種高效降解對甲基苯磺酸的內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器。。 2 以對甲基苯磺酸為模擬廢水，在內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中進行臭氧處理，得出對甲基苯磺酸在內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器中的降解動力學(xué)模型。 3 以對甲基苯磺酸為模擬廢水，在降解體系中投加活性炭，通過建立臭氧氧化-活性炭吸附的動力學(xué)模型 4 以藥廠的實際有機制藥廢水為對象，在臭氧/活性炭體系中進行降解處理，同時廢水的可生化性得到較大的提高。

學(xué)術(shù)論文摘要

研究采用實際制藥廢水作為處理對象，結(jié)果顯示，相比單一活性炭吸附和單一臭氧降解體系，聯(lián)用體系能大大提高COD、TOC的去除率以及BOD5/COD值，顯示出良好的協(xié)同作用。當(dāng)pH=12、活性炭投加量為20 g/L、臭氧投加量為64 mg/min時， BOD5/COD值從初始的0.021增加到處理后的0.345，同時，工藝參數(shù)優(yōu)化結(jié)果表明，簡歷的臭氧氧化/活性炭吸附的動力學(xué)模型可較好地用于表征高濃度復(fù)雜廢水的宏觀調(diào)控。通過pHpzc、SEM、紅外光譜等分析，發(fā)現(xiàn)在酸性條件下，活性炭主要扮演著吸附劑的作用；而在堿性條件下，活性炭則主要扮演著催化臭氧分解氧化的作用。

獲獎情況

1 浙江工業(yè)大學(xué)校運河杯一等獎 2 Qizhou Dai, Shaoqing Cai, Ming Hua, Jiade Wang, Jianmeng Chen. Degradation of p-toluenesulfonic acid by ozonation: performance optimization and mechanism[J]. Environment Materials and Environment Management, 2010, 113-114: 1551-1554. (EI) 3 蔡少卿，何月峰，戴啟洲，王家德，陳建孟，蒲通. 臭氧/活性炭催化氧化高濃度制藥廢水[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報. （A類）（錄用） 4 蔡少卿，何月峰，戴啟洲，陳建孟. 臭氧氧化對甲基苯磺酸的動力學(xué)模型研究[J]. 化工學(xué)報, 2011, 5 (62): 1014-1420. (EI) （錄用）

鑒定結(jié)果

無

參考文獻

[1] Chelliapan S, Wilby T, Sallis PJ. Performance of an up-flow anaerobic stage reactor (UASR) in the treatment of pharmaceutical wastewater containing macrolide antibiotics [J]. Water Res, 2006, 40(3): 507-516. [2] Li J, Jin Z. Effect of hypersaline aniline-containing pharmaceutical wastewater on the structure of activated sludge-derived bacterial community [J]. Journal of hazardous materials, 2009, 172(1): 432-438. [3] Joss A, Keller E, Alder AC, et al. Removal of pharmaceuticals and fragrances in biological wastewater treatment [J]. Water Res, 2005, 39(14): 3139-3152. [4] Joss A, Zabczynski S, Gbel A, et al. Biological degradation of pharmaceuticals in municipal wastewater treatment: Proposing a classification scheme [J]. Water Res, 2006, 40(8): 1686-1696.

同類課題研究水平概述

臭氧技術(shù)在水處理領(lǐng)域的研究和應(yīng)用主要用于給水處理，在廢水處理特別是難降解制藥廢水的研究相對較少；同時，臭氧氧化反應(yīng)動力學(xué)主要集中在對臭氧直接反應(yīng)的研究，對間接反應(yīng)尤其是間接反應(yīng)過程中的定量分析相對較少。本文以典型制藥中間體對甲基苯磺酸為模型污染物，研究了pH、初始濃度、臭氧投加量等影響因素對臭氧氧化對甲基苯磺酸的行為，建立了表征臭氧氧化過程中直接反應(yīng)和間接反應(yīng)各相對貢獻率的動力學(xué)模型，定量研究了[O3]、[OH-]和污染物濃度等影響因素對3kHO2?/k0參數(shù)的影響，為臭氧技術(shù)用于制藥廢水的處理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。 研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合臭氧氧化體系與顆?；钚蕴嘉襟w系構(gòu)成催化臭氧氧化體系，有機污染物能夠被反應(yīng)過程中生成的自由基(特別是?OH)氧化去除，從而明顯改善單一臭氧的選擇性氧化和活性炭的難以再生的缺點，從而達到對污染物的協(xié)同降解的效果。然而，在水處理過程中，活性炭所扮演的角色并不明確，有研究認(rèn)為，臭氧/活性炭降解體系是吸附-臭氧氧化再生的過程；另外，也有研究認(rèn)為是活性炭催化臭氧氧化的過程。同時，臭氧/活性炭聯(lián)用體系處理高濃度有機制藥廢水方面的研究還比較少，鑒于此，本文將采用聯(lián)用體系對高濃度有機制藥廢水的處理進行深入研究，重點從pH、臭氧氧化、活性炭吸附、聯(lián)用體系、可生化性以及動力學(xué)模型的角度對臭氧/活性炭體系的降解機制進行深入討論。以上研究結(jié)果是臭氧氧化降解制藥廢水相關(guān)數(shù)據(jù)的有益補充，對臭氧化處理制藥廢水具有較好的理論意義。
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