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级硕士研究生学位论文开题报告学院中心、所年月日类别年级专业研究生姓名学号研究方向导师姓名研究方向论文题目青霉素生产废水深度处理
1.选题的目的和意义、国内外研究动态,附主要参考文献青霉素Penicilin音译盘西尼林,是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞繁殖期起到杀菌作用的一类抗生素青霉素主要作用于革兰氏阳性细菌和某些革兰氏阴性细菌,通过抑制细菌的细胞壁合成来杀死细菌⑴青霉素在工业制备过程中经历培养、发酵、提纯等过程后产生大量的废水,主要分为废酸水、冲洗废水和冷却水等,废水的水质、水量随时间的变化很难控制,废水水量、水质波动较大⑵在这几种废水中,废酸水和冲洗废水的产生量最大,成分复杂,较难处理,而冷却水主要作用是为发酵罐降温,含有污染物成分的种类和数量较少,所以较易处理目前对青霉素制药废水的处理方法主要是通过进入污水处理构筑物进行一级、二级处理后在进行深度处理常用的方法有物化法、化学法、生物法以及多种方法的组合工艺技术等,虽然这些方法能够进行污染物的分离处置和有害物质的转化降解,但对于废水中的某些有机污染物却不能有效的去除,有的甚至还会产生二次污染,难以达到排放标准因此,急需寻找一种既经济又环境友好型的方法来进行制药废水的处理⑶以下是国内外一些典型的制药废水处理方法
1.物化法物化法是一种针对可生化性比较差且生物毒性比较强的制药废水的预处理或后处理工序物化法预处理能提高废水的可生化性、消除其毒性;物化后处理能使多数经生化处理后不能达标的处理出水,实现达标排放的要求优点是占地面积少,出水水质好且比较稳定,对废水水量、水温和浓度变化适应性强缺点是处理成本高,操作管理比较复杂比较典型的有以下几种L1混凝沉淀法混凝沉淀法一方面可以有效的降低污染物浓度,另一方面可以改善制药废水的生物降解性能在制药废水处理中常用的混凝剂有聚合硫酸铁、氯化铁、聚合氯化铝、聚合氯化硫酸铝铁、聚丙烯酰胺PAM等吴敦虎等⑷采用自制的聚合氯化硫酸铝PACS和聚合氯化硫酸铝铁PAFCS处理大连制药厂废水,一次处理的混凝剂投加量为300mg/L,沉降时间为150min,COD去除率均在80%以上;二次处理的混凝剂投加量分别为100mg/L和75mg/L、100mg/L和90mg/L,COD去除率均在93%以上,达到国家一级排放标准但混凝沉淀法在处理过程中会产生大量的化学污泥,造成二次污染L2气浮法气浮法是在废水中通入大量微细气泡,使其粘附废水中的污染物,造成因粘合体密度小于水、上浮到水面而实现固-液或液-液分离的废水净化过程气浮法适用于悬浮物含量较高的废水的预处理,具有投资少、耗能低、工艺简单、维护方便等优点气浮法通常包括:布气气浮、溶气气浮、化学气浮、电解气浮等多种类型李向东等⑸的研究结果表明,制药废水水量为100m3/d,COD为8000〜15000mg/L,经气浮法处理后,COD去除率可达50%以上但此方法不能将废水中可溶性有机物有效地去除,还需要用其他的方法作进一步的处理
1.3电解法电解法是一种以改变废水中有机污染物性质和结构为目的的物化处理技术电解法处理废水因具有管理操作简单、出水水质稳定、脱色效果好、占地面积少和可生化性强等特点而受到人们的广泛关注,同时电镀设备化程度高,是环保产业重点发展的领域之一徐莺等⑹采用电解法预处理动物制药废水的研究表明,该方法有明显的降解作用,在进水COD为42739mg/L,常温常压下,电压12V,电解4h后COD去除率可达65%以上,色度也明显降低但电解法在处理大量废水时会消耗大量的电能和电极金属,且分离的沉淀物不易处理利用,主要用于含铭废水和含氟废水的处理
1.4膜分离法膜分离法能处理浓度高、生化性差或传统方法难以处理的制药废水,并且COD的高低对其处理效果无太大的影响膜分离法技术包括反渗透、纳滤膜、纤维膜刘国信等⑺在微孔管表面预涂助滤剂,利用反渗透浓缩技术从抗生素厂废水中回收金霉素的研究,取得了较好的效果,从而为抗生素厂金霉素废水提供了一种新的治理途径朱安娜等⑻采用纳滤膜对洁霉素废水进行了分离实验,发现该方法既减少了废水中洁霉素对微生物的抑制作用,又可回收洁霉素,增加了企业的经济效益和社会效益
2.化学处理方法常用的抗生素废水化学处理方法有微电解处理法、Fenton试剂处理法、催化臭氧氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法等⑵具体可以细分为以下几种
2.1化学氧化方法化学氧化是通过氧化剂产生的H0-等强氧化基将无机物和有机物转化成微毒、无毒物质或易于分解形态的方法通过选择氧化剂、控制投加量和接触时间,化学氧化法几乎可以处理所有的污染物⑼
2.2微电解法铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭,当材料浸没在废水中时,发生内部和外部两方面的电解反应一方面铸铁中含有微量的碳化铁,碳化铁和纯铁存在明显的氧化还原电势差,这样在铸铁屑内部就形成了许多细微的原电池,纯铁作为原电池的阳极,碳化铁作为原电池的阴极;止匕外,铸铁屑与其周围的炭粉又形成了较大的原电池,因此利用微电解进行废水处理的过程实际上是内部和外部双重电解的过程,或者称之为存在微观和宏观的原电池反应
[10]o电极反应生成的产物如新生态的H+具有很高的活性,能够跟废水中多种组分发生氧化还原反应,许多难生物降解和有毒的物质都能够被有效地降解;同时,金属铁能够和废水中金属活动顺序排在铁之后的重金属离子⑪发生置换反应其次,经铁碳微电解处理后的废水中含有大量的Fe2+,将废水调至中性经曝气之后则生成絮凝性极强的Fe OH,能够有效吸附废水中的悬浮物及重金属离子如Cd”,其吸附性能远远高于一般的Fe Oil3絮凝剂口,铁碳微电解就是通过以上各种作用达到去除水中污染物的目的
2.3氧化组合工艺氧化组合工艺是以产生高浓度H0-来加速有机污染物的分解反应,如Fenton法、类Fenton法、O3/H2O2法、UV/03法等,降解各类有毒有机污染物较单独氧化工艺更有效Fenton法的实质是在酸性条件下,山2被F/催化产生H0一和一,从而引发和传播自由基链反应,加快有机物和还原性物质的氧化
2.4双金属催化还原技术铁化学性质活泼,来源广泛,价格低廉,自从20世纪70年代初出现关于单质铁可以还原去除水溶液中氯代有机物的专利以来,利用单质铁处理水体污染物得到了非常广泛的研究,在地下水的处理中取得了较大成功加但是零价铁还原仅在酸性条件下处理效果较好反应活性较高而在偏碱性条件下处理效果欠佳,有时候反应过程会积累较难处理的中间产物皿,对许多物质的还原反应速率还难以达到大规模应用的要求近几年,通过在铁表面加入另一种金属与其形成双金属来强化催化铁的还原反应得到了广泛关注阿,因其具有更宽的p H适应范围和更高的还原速率,在许多污染物的还原处理中具有更好的应用前景⑪催化铁还原过程与加入的另一种金属有关,由于不同的阴极金属有不同的标准氧化电位和不同的表面性质,因此对不同污染物的还原有不同的影响效果
3.生物方法生物处理法是处理高浓度有机废水的主要选择,应用生物处理法可以显著地降低污水处理的运行费用,因此针对制药废水中主要污染物为有机物的特点,各类生物处理技术和组合工艺成为研发和推广应用的重点典型代表有以下几种方法
3.1好氧生物法因为制药废水一方面大多是高浓度有机废水,一般进行好氧生物处理时需对原液进行稀释,因此动力消耗大,另一方面是可生化性较差,很难直接生化处理后达标排放,所以单独使用好氧处理不多,一般需进行预处理1⑻常用的好氧生物处理方法包括活性污泥法、深井曝气法、生物接触氧化法、生物流化床法、氧化沟法等
3.2厌氧生物法目前国内外处理高浓度有机废水以厌氧生物法为主,但单独使用厌氧生物处理的出水COD仍较高,一般需要进行后处理,即好氧生物处理〔⑻在制药废水中应用较成功的方法有复合式厌氧反应器、上流式厌氧污泥床UASB反应器、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器等
3.3厌氧-好氧处理法及其与其他处理法的组合工艺制药废水具有成分复杂、COD高且难降解的特点,单独的好氧处理或厌氧处理往往很难达标排放近些年来,将厌氧-好氧处理方法及与其他处理法的组合处理工艺在改善废水的可生化性、耐冲击性、投资成本、处理效果等方面表现出明显优于单独处理方法的性能,因而在工程实践中得到了广泛的应用李莹等期采用厌氧-好氧工艺处理制药废水,试验结果表明,当原水SS平均值为1000mg/L,COD为lOOOOmg/L,NFh-N为500mg/L时,出水浊度、COD和NIVN分别为3NTU、500mg/L和10mg/L以下,去除率分别为98%、95%和98%以上厌氧反应器的使用改善了原水水质,降低了有毒物质的浓度,减轻了原水对于好氧反应器的冲击作用,缓解了膜生物反应器内难降解物的积累问题张书海等1刈采用UASB+兼氧+接触氧化+气浮工艺处理高浓度生化制药废水,处理量1100m3/d,经4个单元的处理,结果表明该工艺处理效果稳定,耐冲击,工艺组合合理,出水水质达到《污水综合排放标准》GB8978—1996中的二级标准肖利平等⑸采用微电解-厌氧水解酸化-SBR串联工艺处理化学合成制药废水,结果表明,原废水B0D/C0M约为
0.13,属于难生物降解的废水,经微电解-厌氧水解酸化处理后,出水BOD/CODCr可达
0.63,可生化性大大提高维持SBR进水CODcr在1500mg/L左右,污泥负荷为
0.5kg CODCr/kg MLSS•d曝气8〜10h,出水CODe在200mg/L以下,达到了GB8978-1996二级排放标准整个串联工艺对废水水质、水量的变化具有较强的耐冲击能力,是处理制药废水的一种理想工艺选择张彤炬等㈤采用水解酸化与深井曝气为主体的组合工艺处理激素类制药废水,处理规模为3000m3/d,工程运行结果表明:当进水COD为8000〜10000mg/L、BOD5为4800〜6000mg/L、pH为4〜
6、氨氮约为300mg/L时,处理后出水CODW500mg/L,BOD5^300mg/L,出水质达到《污水综合排放标准》GB8978-1996的三级标准该组合工艺具有占地面积小、投资少、运行成本低、耐冲击负荷能力强、对水量水质的变化适应性好等优点,特别是处理效果基本不受气候的影响,在我国北方等寒冷地区具有一定的推广价值参考文献
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75.
2.研究内容、研究方法及实验方案研究内容针对青霉素生产废水的本研究拟采用以下方法进行处理Ch氧化法、曝气铁碳微电解法、Fenton试剂法、Cu/Fe催化还原法主要研究内容如下
(1)研究3氧化法的反应条件及对废水的处理效果;
(2)研究曝气铁碳微电解法的反应条件及对废水的处理效果;
(3)研究Fenton试剂氧化法的反应条件及对废水的处理效果;
(4)研究Cu/Fe催化还原法的反应条件及对废水的处理效果;研究方法通过研究Fenton试剂法的不同H2O2投加量、不同Fe2+/H2C)2配比(摩尔比)、不同pH值、不同反应时间对处理效果的影响Cu/Fe催化还原法不同投加量、不同铜铁配比、不同pH值、不同反应时间对处理效果的影响曝气铁碳微电解法不同曝气时间、不同铁碳投加量、不同曝气量、不同初始废水pH值对处理效果的影响03氧化法不同通气时间、不同通气量、不同pH值、不同温度对处理效果的影响其中以COD.BOD5,氨氮,色度,浊度5个指标作为废水的主要性能指标,通过实验前后的数据来对比确定废水的处理效果实验方案
1.Fenton试剂法
1.1不同出2投加量对处理性能的影响控制H2O2(质量浓度30%)的投加量分别为20ml/L、30ml/L、40ml/L、50ml/L60ml/L,在Fe2+和H2O2配比为1/20(摩尔比)、pH值为
6、反应时间为30min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳H2O2投加量
1.2不同Fe2+和H2O2配比(摩尔比)对处理性能的影响控制Fj与H2O2投加比例(摩尔比)分别为1/
5、1/
10、1/
15、1/
20、1/25,在H2O2(质量分数30%)投加量为50ml/L、pH值为
6、反应时间为30min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳Fe2+和H2O2配比
1.3不同废水初始pH值值对处理性能的影响控制废水初始pH值分别为
2、
3、
4、
5、6,在上2(质量分数30%)投加量为50ml/L、Fe2+和H2O2配比(摩尔比)为1/
20、反应时间为30min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳pH值
1.4不同反应时间对处理性能的影响控制反应时间分别为15min、20min25min、30min35min,在H2O2(质量分数30%)投加量为50ml/L、Fe2+和H2O2配比(摩尔比)为1/
20、pH值为
6、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳反应时间
1.5不同温度对处理性能的影响控制废水的温度梯度分别为25℃、28℃、31℃34℃、37℃,在山2(质量分数30%)投加量为50ml/L、Fe2+和H2O2配比(摩尔比)为1/
20、pH值为
6、反应时间为30min的条件下进行反应,确定最佳温度
2.Cu/Fe催化还原法
2.1不同铜铁质量比对处理性能的影响控制恒温震荡箱的温度为20℃,震荡速度为140r/min,铜铁的总质量为50g,水样pH为
3.0,震荡反应时间为4h依次控制Cu/Fe为4:依3:
1、2:
1、
11、1:
2、1:
3、1:
4、1:
5、1:
8、1:9,确定最佳铜铁质量比
2.2不同铜铁投加量对处理性能的影响控制恒温震荡箱的温度为25℃,震荡速度为140r/min,铜铁的比例为Cu/Fe=l:4,反应时间为lh水样的pH为
2.5依次控制铜铁总投加量为10g、20g、30g、40g、50g、60g、70g、80g、90g,100g,确定最佳铜铁投加量
2.3不同反应时间对处理性能的影响控制恒温震荡箱的温度为25℃,震荡速度为140r/min,铜铁的总质量为50g,铜铁的比例为Cu/Fe=l:4,水样pH为
3.0依次控制反应时间为
0.5h、
1.Oh、
1.5h、
2.Oh、
2.5h、
3.Oh、
3.5h、
4.Oh,确定最佳反应时间
2.4不同反应温度对处理性能的影响控制恒温震荡箱的震荡速度为140r/min,铜铁的总质量为50g,铜铁的比例为Cu/Fe=1:4,水样pH为
3.0,震荡反应时间为4h依次控制反应时间为10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃,确定最佳反应温度
2.5不同废水初始pH值对处理性能的影响控制恒温震荡箱的温度为25℃,震荡速度为140r/min,铜铁的总质量为50g,铜铁的比例为Cu/Fe=l:4,反应时间为lh°控制废水初始pH值为L
5、
2.
0、
2.
5、
3.
0、
3.
5、
4.
0、
5.
0、
6.
0、
7.0,确定最佳pH值
3.曝气铁碳微电解法
3.1不同曝气时间对处理性能的影响控制曝气时间分别为
0.
5、
1.
0、
1.
5、
2.
0、
2.
5、
3.
0、
3.
5、
4.0h,在铁炭投加量为20g、pH=
2.
5、曝气量为
0.25L/min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳曝气时间
3.2不同铁炭投加量对处理性能的影响控制铁炭投加量分别为
5.
0010.
0015.
00、
20.
0025.
00、
30.
00、
35.
00、
40.00g,在曝气时间为
2.0h、pH=
2.
5、曝气量为
0.25L/min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳铁炭投加量
3.3不同曝气量对处理性能的影响控制曝气量分别为
0.
1、
0.
2、
0.
25、
0.
30.
40.
50.
60.8L/min,在铁炭投加量为20g、pH=
2.
5、曝气时间为
2.0h、反应温度为20C的条件下进行反应,确定最佳曝气量
3.4不同废水初始pH值对处理性能的影响控制废水初始pH值分别为
1.
5、
2.
0、
2.
53.
0、
3.
5、
4.
0、
5.
0、
6.0,在铁炭投加量为20g、曝气时间
2.0h、曝气量为
0.25L/min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳pH值
4.03氧化法
1.1不同通气时间对处理性能的影响控制通气时间分别为
1、
2、
3、
5、
7、
10、15min,在通气量为10g/h.pH=
8、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳通气时间
1.2不同通气量对处理性能的影响控制通气量分别为
1、
2、
3、
5、
7、10g/h,在通气时间为5min、pH=
8、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳通气量
1.3不同反应温度对处理性能的影响控制恒温水浴锅温度分别为
10、
15、
20、
25、
30、
35、40℃,在通气量为10g/h、pH=
8、通气时间为5min的条件下进行反应,确定最佳反应温度
1.4不同废水初始pH值对处理性能的影响控制废水初始pH值分别为
6、
7、
8、
9、10,在通气量为10g/h、通气时间5min、反应温度为20℃的条件下进行反应,确定最佳通气时间
3.研究目标和拟解决的关键问题研究目标本实验的目标是通过比较四种不同化学处理方法对于青霉素生产废水的处理效果来确定该废水的最佳处理方法,并通过成本比较综合选出最优的处理方案关键问题如何在保证处理效果达标的前提下,使该种废水的处理成本尽可能的降低
4.创新之处及预期研究成果创新之处在目前国内外青霉素废水的化学处理方法中,大多使用Fenton试剂法进行处理,本研究使用了Cu/Fe催化还原法,曝气铁碳微电解法,03氧化法这三种尚未大规模应用的方法来进行试验,以提出新的青霉素废水达标处理方法预期研究成果提出一种适于该种青霉素生产废水的深度处理的方法
5.工作准备情况及保障措施准备工作情况已经完成试验药品的购买,废水的采集,实验仪器的准备工作保障措施按照试验室安全规定进行操作,在老师的指导下完成
6.完成论文时间年月导师意见:导师签名年月日学院(中心、所)意见:负责人(签章):备注:。