化工制藥廢水的光催化方法研究

于小原（沈陽師范大學(xué)，遼寧 沈陽 110034）

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑和儀器

1.1.1 主要試劑：濃鹽酸、硫酸銀、氫氧化鈉、偏釩酸銨、硫酸亞鐵銨、濃硫酸、硝酸鉍、重鉻酸鉀、過氧化氫（30%）等皆為分析純。

1.1.2 主要儀器：金屬鹵化物燈（400W；飛利浦亞明照明有限公司）、20W低壓汞燈（北京海淀空后高溫復(fù)合材料廠）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9036A，上海）、PHSJ-3F型pH計（上海雷磁儀器廠）、循環(huán)水式多用真空泵（SHB-3，鄭州）、2003型攪拌器（常州國華電器有限公司）、增氧泵（山本-6500，中山）。

1.2 廢水的預(yù)處理及檢測

1.2.1 廢水的預(yù)處理：在加絮凝劑處理時，取50mL的廢水于燒杯中，先加入5mL濃度為10%的硫酸鋁，攪拌十分鐘后，取其自然沉降0.5h后的上清液，然后加入硫酸和氫氧化鈉來調(diào)節(jié)pH至預(yù)期定值。

1.2.2 廢水的檢測：本實(shí)驗(yàn)的廢水采取于遼寧華夏醫(yī)藥有限公司生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，呈黃色，帶有刺激性氣味。化工需氧量高達(dá)1.97×104mg/L，稀釋十倍后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。經(jīng)檢測，稀釋后的廢水pH值為4.0，固體含量為16.2g/L，廢水在330nm處的吸光度為0.601。

1.3 分析方法

1.3.1 化工需氧量的測定：用重鉻酸鉀法測定化工需氧量Cr的值，通過測量處理前c0與處理后的c1值來計算化工需氧量的去除率。

1.3.2 廢水樣品中固體含量的檢測：取150mL廢水于蒸發(fā)皿中，在烘箱中100--120℃下烘干，稱量剩余固體樣品的重量。

1.3.3 pH的測定：用pHSJ-3F型pH計測量樣品的pH值

2 結(jié)果與討論

2.1 臭氧法處理結(jié)果

在通入臭氧之后，廢水中的正己烷、檸檬酸、異丙醇、甲磺酸、甲醛、水楊酸、甲醇、青霉素等物質(zhì)均被有效分解，而在分解過程中，臭氧主要是作用于其結(jié)構(gòu)上，分解的產(chǎn)物主要為水和二氧化碳，此過程操作條件，例如光照時間、廢水的初始濃度及其pH值、反應(yīng)器形式、通氣條件等因素對反應(yīng)的影響較大，在攪拌式反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)時，最佳效果為：臭氧10.2g/L，光照時間1.5h。此外，對光催化過程影響最為顯著的是反應(yīng)器的形式，與常見攪拌式反應(yīng)器相比，循環(huán)式反應(yīng)器效果更好，它能改善催化劑與廢水的混合效果以及提高光利用率，從而在很大程度上減少催化劑的用量，利用該方法處理廢水，可有效提高BOD值。因?yàn)榫邆錃⒕δ艿幕瘜W(xué)物質(zhì)很難將有害物質(zhì)處理完全，而此方法針對廢水處理，在降低廢水毒性的同時具備解毒的作用，所以可以被用于常見的生化處理，因?yàn)檫@種處理廢水的方式所需要的成本較高，所以化工廠必須進(jìn)行整改。該方法在處理工業(yè)廢水中扮演著重要的角色，此方法具備很多的優(yōu)越性，特別是它的解毒功能，對于環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

2.2 BiVO 4處理結(jié)果

在用紅外光譜對BiVO4進(jìn)行檢測時，因?yàn)閷?yīng)的酸根離子是正四面體結(jié)構(gòu)，具有四個典型的伸縮振動和兩個彎曲震動，所以兩個一級震動會在短波數(shù)上出現(xiàn)特征峰，兩個彎曲震動會在相對一個長一點(diǎn)的波數(shù)中出現(xiàn)特征峰；樣品在814 cm－1上VO4基團(tuán)和一級震動形成對稱的伸縮膜，在664 cm－1上形成反對稱膜，在520 cm－1處出現(xiàn)彎曲膜，此外在IR圖譜中，并未發(fā)現(xiàn)樣品表面有水分子附著。影響B(tài)iVO4這種光催化劑對廢水處理的各種影響因素間并非相互獨(dú)立，而是相互制約且相互影響的。各因素對化工需氧量的去除率和脫色率影響的強(qiáng)弱都是不同的，其中影響最大的是催化劑的用量，雙氧水次之，接下來分別是空氣流量、雙氧水用量，影響最小的是pH值。由于廢水中主要是化工需氧量含量較高，廢水本身的色度比較小，并且，通過實(shí)驗(yàn)我們也可以發(fā)現(xiàn)化工需氧含量的去除要比廢水脫色慢的多，所以在評價整個反應(yīng)的時候，我們可以以脫色情況為參考，以COD的去除為主要標(biāo)準(zhǔn)。在添加催化劑之后，廢水中的工業(yè)需氧量去除率提高了很多，再不加催化劑的條件下，光照2.5h后，廢水的脫色程度為59.2%，COD的去除率為50.8%，當(dāng)BiVO4的用量小于0.2克時，廢水中的工業(yè)需氧量的去除率隨著BiVO4的用量增加而增大了0.08%，脫色程度也增加了0.08%；但是當(dāng)繼續(xù)增大BiVO4-的使用量時，脫色率和工業(yè)需氧量的去除率都有所下降。原因是，當(dāng)催化劑的用量較少時，光源產(chǎn)生的光子不能完全轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，導(dǎo)致光子的能量沒能完全被利用；而活性物的量隨著催化劑的增加而增加，于是就加快了反應(yīng)的速率。

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