阿奇霉素廢水鐵炭微電解研究

楊文玲，楊會龍，徐智策，劉紅梅，王加寧

（1．河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2．山東省科學(xué)院生物研究所，山東濟南 250014；3．山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山東濟南 250100）

阿奇霉素廢水鐵炭微電解研究

楊文玲1，2，3，楊會龍1，徐智策1，劉紅梅1，王加寧2

（1．河北科技大學(xué)化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河北石家莊 050018；2．山東省科學(xué)院生物研究所，山東濟南 250014；3．山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山東濟南 250100）

阿奇霉素廢水成分復(fù)雜，具有p H值高、色度深、COD高、BOD低、難降解的特點，采用鐵炭微電解技術(shù)對阿奇霉素廢水進行預(yù)處理，研究了各因素對其處理效果的影響。結(jié)果表明：在反應(yīng)溫度為25℃、鐵炭質(zhì)量比為3∶1、入水p H值為4、鐵屑投加量為0．45 g／L、反應(yīng)時間為2．0 h的條件下，COD的平均去除率達到53．21%。

阿奇霉素廢水；鐵炭微電解；COD去除率

阿奇霉素是15元環(huán)內(nèi)酯類抗生素，也是第1個氮環(huán)內(nèi)酯抗生素，廣泛應(yīng)用于敏感菌所致的呼吸道、皮膚軟組織感染和衣原體所致的性傳播疾?。?］。阿奇霉素與其他大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的一個主要不同就是可以用于治療性病和梅毒等非淋菌性尿道炎。獨特的優(yōu)勢使得其國際市場需求日益增大，阿奇霉素未來的市場前景也將更加看好［2］。阿奇霉素廢水是生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一類含有中間產(chǎn)物、殘余阿奇霉素以及有機溶媒的抗生素工業(yè)廢水。該類廢水成分復(fù)雜，其中含有大量有機物、溶解性固體及懸浮物，此外還含有具有生物毒性的抗生素及中間產(chǎn)物。對于阿奇霉素生產(chǎn)廢水，如不加處理而直接讓其進入工廠廢水處理系統(tǒng)，將會嚴(yán)重破壞廢水生化處理系統(tǒng)的良好運行，不能達標(biāo)排放［3－4］。鐵炭微電解技術(shù)具有使用范圍廣、工藝簡單、處理效果好等特點，已廣泛應(yīng)用于印染廢水、造紙廢水、焦化廢水、制藥廢水、炸藥廢水等工業(yè)廢水的預(yù)處理［5－8］。目前，國內(nèi)外有關(guān)阿奇霉素廢水處理的研究報道較少，迄今為止，國內(nèi)外較少有利用微電解法處理阿奇霉素廢水的報道。筆者對采用鐵炭微電解法預(yù)處理阿奇霉素廢水進行改進研究，以進一步降低廢水COD，提高其生化性。

1 實驗部分

1．1 實驗儀器和試劑

JJ－500精密電子天平，美國雙杰兄弟集團有限公司儀器廠提供；HH－2恒溫水浴鍋，江蘇金壇市宏華儀器廠提供；JJ－1增力電動攪拌機，上海標(biāo)本模型廠提供；電子萬用爐（220 V，1 000 W），天津市泰斯特儀器有限公司提供；101－2電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津華北試驗儀器有限公司提供。

氫氧化鈉，硫酸，硫酸銀，鄰菲羅啉，硫酸亞鐵銨，重鉻酸鉀，硫酸汞，均為分析純。

1．2 實驗材料

廢水來源：某阿奇霉素制藥廠生產(chǎn)車間直接排放的難生化、高濃度的廢水，棕紅色，COD約為30 000 mg／L，p H值為9～11。

鐵屑：取自某廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢鑄鐵屑，粒徑為1 mm左右，長度為1～2 mm，使用前用5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的NaOH溶液在80℃下浸泡30 min，然后用5%（體積分?jǐn)?shù)）的H2SO4溶液浸泡30 min，以去除表面氧化物，最后用清水洗凈至中性。

活性炭：顆粒狀活性炭，直徑為1～2 mm，長度為2～3 mm，使用之前將活性炭在原廢水中浸泡24 h以上至吸附接近飽和，以消除吸附作用對微電解實驗的影響。

1．3 分析方法

COD的測定：采用重鉻酸鉀法（GB 11914—1989）；BOD5的測定：采用稀釋接種法（GB 7488—1987）；p H值的測定：采用p HS－3CA型酸度計。

1．4 實驗方法

首先量取阿奇霉素廢水100 m L，放入500 m L燒杯中，用硫酸調(diào)節(jié)廢水的p H值。然后將處理后的鐵屑和活性炭按一定的鐵炭質(zhì)量比放入燒杯中，攪拌，開始反應(yīng)。一定時間后反應(yīng)結(jié)束，停止攪拌。取出燒杯，將鐵炭與水分離。然后向反應(yīng)過的水中加入氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)p H值至8，靜置沉淀30 min后，取上清液測COD值。

2 結(jié)果與討論

2．1 單因素實驗

鐵炭微電解處理阿奇霉素廢水影響因素主要有鐵炭質(zhì)量比（m（Fe）／m（C））、p H值、鐵屑投加量、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等。對各因素進行單因素探索實驗，確定各影響因素對COD去除率的影響。

2．1．1 鐵炭質(zhì)量比的選擇

在室溫，p H值為4，鐵屑投加量為0．45 g／L時，鐵炭質(zhì)量比分別取0．5∶1，0．8∶1，1∶1，2∶1，3∶1，4∶1，5∶1，6∶1和7∶1，攪拌2 h，測COD值，實驗結(jié)果見圖1。

由圖1可知：隨著鐵炭質(zhì)量比的增大，COD的去除率先增大后減小，當(dāng)鐵炭質(zhì)量比為3∶1時，處理效果最好。這是因為當(dāng)鑄鐵浸入水中時，進行電極反應(yīng)，構(gòu)成了成千上萬個原電池，發(fā)生了微電解反應(yīng)，當(dāng)向體系中加入炭的時候，微電解反應(yīng)得到了強化。實驗表明，反應(yīng)過程中微電解的作用大于活性炭的吸附作用，反應(yīng)后的炭粒可以重復(fù)使用。因此，選用的鐵炭質(zhì)量比為3∶1。

圖1 鐵炭質(zhì)量比對廢水COD去除率的影響Fig．1 Influence of the dosage ratio of ferrum to carbon on COD removal rate

2．1．2 反應(yīng)最佳p H值的選擇

在室溫，鐵炭質(zhì)量比為3∶1，鐵屑的投加量為0．45 g／L時，用硫酸溶液依次調(diào)節(jié)p H值為1，2，3，4，5，6，攪拌2 h，測COD值，實驗結(jié)果見圖2。

由圖2可知：在p H值為4時，處理效果最優(yōu)，COD去除率能達到45．78%；降低p H值，能促進鐵離子和亞鐵離子生成，提高新生態(tài)氫的活性和鐵離子的還原作用；但p H值過低，則耗酸量大，效果也不很明顯。故入水p H值應(yīng)控制在3～5。 2．1．3 鐵屑最佳投加量的選擇

在室溫，p H值為4，鐵炭質(zhì)量比為3∶1時，鐵屑投加量分別為0，0．15，0．30，0．45，0．60，0．75，0．90 g／L時，攪拌2 h，測COD值，實驗結(jié)果見圖3。

從圖3可知：隨著鐵屑投加量的增加，COD去除率先增后減，但COD去除率下降并不多。鐵屑數(shù)量的增加有助于反應(yīng)進行，但當(dāng)鐵屑的加入量過多時，鐵屑對廢水COD去除率的增長影響不大。所以維持水樣中適當(dāng)?shù)蔫F屑的投加量將會有利于反應(yīng)的進行，從而提高COD去除率。

2．1．4 反應(yīng)時間的選擇

在室溫，p H值為4，鐵炭質(zhì)量比為3∶1，鐵屑的投量為0．45 g／L時，反應(yīng)時間分別為0．5，1．0，1．5， 2．0，2．5，3．0，3．5 h，測COD值。實驗結(jié)果見圖4。

由圖4可知：隨著反應(yīng)時間的延長，廢水COD的去除率有不斷增加的趨勢，但當(dāng)反應(yīng)時間超過2 h后，COD去除率有緩慢下降的趨勢。并且從實際的反應(yīng)過程來看，隨著反應(yīng)時間的延長，p H值不斷升高，原電池的作用也會相對減弱。所以選定反應(yīng)時間為2 h。

2．1．5 反應(yīng)溫度的選擇

在p H值為4，鐵炭質(zhì)量比為3∶1的條件下，鐵屑投加量為0．45 g／L，反應(yīng)溫度分別為15，25，35，45，55，65℃時，攪拌2 h，測COD值。實驗結(jié)果見圖5。

由圖5可知：反應(yīng)溫度為25℃時，COD去除率達到最大值54．19%；隨著溫度的升高，COD的去除率逐漸下降，但是下降的幅度并不大，可以認(rèn)為溫度對COD去除率影響不大。

2．2 正交試驗

采用正交試驗法，以COD去除率為評價指標(biāo)，選擇鐵炭質(zhì)量比、p H值、鐵屑投加量、反應(yīng)時間4個影響因素，各因素的水平設(shè)計見表1，正交試驗結(jié)果及直觀分析見表2。

表1 正交試驗因素水平表Tab．1 Factor analysis of the orthogonal test

表2 正交試驗結(jié)果Tab．2 Results of the orthogonal test

根據(jù)正交試驗的結(jié)果，比較各因素的級差R，得出影響因素的主次順序為p H值＞鐵炭質(zhì)量比＞鐵屑投加量＞反應(yīng)時間。最佳條件為A1B2C2D2，即p H值為4，鐵炭質(zhì)量比為3∶1，鐵屑投加量為0．45 g／L，反應(yīng)時間為2．0 h。在上述最佳條件下進行了3次重復(fù)實驗，COD平均去除率為53．21%。

3 結(jié) 語

1）鐵炭微電解在酸性（p H值為4）條件下，有利于氧化降解廢水中的有機物。

2）通過正交試驗可知，采用鐵炭微電解處理阿奇霉素廢水，鐵炭質(zhì)量比和p H值影響很大，反應(yīng)溫度影響最小。

3）鐵炭微電解處理阿奇霉素廢水的最佳工藝條件如下：反應(yīng)溫度為25℃、p H值為4、鐵炭質(zhì)量比為3∶1，鐵屑投加量為0．45 g／L、反應(yīng)時間為2．0 h。在上述條件下COD的平均去除率達到53．21%。

［1］ BRIGHT G M，NAGEL A A，BORDNER J，et al．Synthesis in vitro and in vivo activity of novel 9－deoxo－9a－aza－9a－h(huán)omoerythromycin a derivative：A new class of macrolide antibiotics，the azalides［J］．Journal of Antibiotics，1988，41：1 029－1 047．

［2］ 淡保松，張大偉，馮良榮，等．阿奇霉素合成與檢測的研究進展［J］．化工進展（Chemical Industry and Engineering Progress），2008，27（11）：1 793－1 799．

［3］ 楊文玲，董亞榮，王立棟，等．阿奇霉素廢水的預(yù)處理［J］．化工進展（Chemical Industry and Engineering Progress），2009，28（7）：1 271－1 273．

［4］ 程建鋒，楊文玲，劉紅梅，等．Fenton試劑處理阿奇霉素廢水的研究［J］．工業(yè)水處理（Industrial Water Treatment），2009，29（8）：66－68．

［5］ CHENG He－fa，XU Wei－pu，LIU Jun－liang，et al．Pretreatment of wastewater from triazine manufacturing by coagulation，electrolysis，and internal microelectrolysis［J］．Journal of Hazardous Materials，2007，146：385－392．

［6］ YANG Xiao－yi，XUE Yu，WANG Wen－na．Mechanism，kinetics and application studies on enhanced activated sludge by interior microelectrolysis［J］．Bioresource Technology，2009，100：649－653．

［7］ 祁夢蘭，韓兆瑞，李趕響，等．微電解－催化氧化－吸附法處理活性染料生產(chǎn)廢水［J］．河北科技大學(xué)學(xué)報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2000，21（3）：62－65．

［8］ 李再興，李 萍，苗志加，等．高鹽度化學(xué)制藥廢水預(yù)處理試驗研究［J］．河北科技大學(xué)學(xué)報（Journal of Hebei University of Science and Technology），2010，31（1）：52－56．

Study on treatment of azithromycin wastewater by ferric－carbon micro－electrolysis

YANG Wen－ling1，2，3，YANG Hui－long1，XU Zhi－ce1，LIU Hong－mei1，WANG Jia－ning2

（1．College of Chemical and Pharmaceutical Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2．Institute of Biology，Shandong Academy of Sciences，Jinan Shandong 250014，China；3．School of Chemistry and Chemical Engineering，Shandong University，Jinan Shandong 250100，China）

The composition of azithromycin wastewater is very complex．It has the characteristics of high p H value，deep color，high COD，low BOD，and low decomposability．The ferric－carbon micro－electrolysis is used to dispose azithromycin wastewater，and the various influence factors are studied．Results show that the optimal conditions are as follows：the reaction temperature is 25℃，m（Fe）／m（C）is 3∶1，the initial p H is 4，the amount of Fe is 0．45 g／L，and the reaction time is 2 h．Finally up to 53．21%COD could be removed under the above best technological conditions．

azithromycin wastewater；ferric－carbon micro－electrolysis；COD removal

X703．1

A

1008－1542（2012）01－0089－04

2011－04－21；

2011－11－15；責(zé)任編輯：張士瑩

楊文玲（1971－），女，山東冠縣人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)境化工、化工分離方面的研究。