阿卡波糖生產(chǎn)廢水的光催化降解工藝研究

楊光 顧忠偉 周宜栓 石初

摘要：在實(shí)驗(yàn)室用溶膠-凝膠法合成一種復(fù)合光催化劑，以難生化降解的阿卡波糖廢水作為降解對(duì)象，研究經(jīng)光催化降解后的廢水，對(duì)后續(xù)生化裝置的影響。

關(guān)鍵詞：阿卡波糖;光催化;厭氧;生化綜合

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）04-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.073

Abstract：A composite photocatalyst was synthesized by sol-gel method in the laboratory to study the effects of photocatalytic degradation of acarbose wastewater on subsequent biochemical devices.

Key words：Acarbose;Photocatalytic;Anaerobic;Biochemical synthesis

1 背景介紹

阿卡波糖用于糖尿病治療，通過(guò)抑制小腸的α葡萄糖苷酶，抑制食物的糖分解，使糖的吸收相應(yīng)減緩，從而減少餐后高血糖，可以有效控制糖尿病[1]。阿卡波糖在提煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，COD濃度在8 000～10 000mg/L，這些廢水可生化性不高，特別是厭氧處理效率僅有50%，導(dǎo)致企業(yè)配套的污水處理系統(tǒng)投資成本過(guò)高。本文探討對(duì)阿卡波糖生產(chǎn)廢水降解工藝的改進(jìn)。

圖1 阿卡波糖分子式C25H43NO18

在深度水處理技術(shù)中，二氧化鈦光催化降解技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、高效并已在實(shí)際工業(yè)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。TiO2降解水中有機(jī)污染物的原理是在紫外光照射下，電子（e-）可從價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶，同時(shí)在價(jià)帶產(chǎn)生相應(yīng)的空穴（h+），h+具有極強(qiáng)的反應(yīng)活性，能與H2O分子反應(yīng)生成·OH自由基，同時(shí)水中溶解的O2也能與e-反應(yīng)生成超氧陰離子（·O2-）?！H與·O2-具有極強(qiáng)的氧化性，能快速分解水中的有機(jī)污染物。

目前某藥企常規(guī)處理阿卡波糖生產(chǎn)廢水的處理工藝主要是厭氧+缺氧+兼氧+好氧，但是由于廢水中含有多種環(huán)狀碳鏈的難降解物質(zhì)，導(dǎo)致厭氧處理效率僅有50%，所以考慮通過(guò)光催化先將這些環(huán)狀碳鏈打斷，降解為易生化降解的物質(zhì)，再通過(guò)厭氧+缺氧+兼氧+好氧的生化工藝降解處理。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 制備工藝

在常溫下，在69 mL 無(wú)水乙醇中滴加18mL 鈦酸四丁酯，再滴加二乙醇胺6 mL，磁力攪拌1.5h，再滴加10mL蒸餾水后繼續(xù)攪拌，再滴加乙酰丙酮，攪拌50min，得到TiO2黃色透明溶膠，再用噴涂法將溶膠固定于Si-Al-Ca-C 結(jié)構(gòu)基體材料表面上，再在馬弗爐中700℃焙燒2h，得到納米鈦復(fù)合新型光催化劑[5]。

2.2 降解小試實(shí)驗(yàn)

將某醫(yī)藥企業(yè)生產(chǎn)的阿卡波糖廢水放置于200L塑料桶內(nèi)，將原水調(diào)pH≥9，用泵將1L/h原水打入光催化裝置內(nèi)，停留時(shí)間2h，再泵入?yún)捬跛?，停留時(shí)間2d，經(jīng)4d的生化綜合（缺氧-兼氧-好氧）處理后排放。待小試系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定后，每24h對(duì)原水、光催化裝置出水處、厭氧塔出水處以及生化綜合出水處的COD與pH值進(jìn)行檢測(cè)，連續(xù)進(jìn)行5d的小試實(shí)驗(yàn)。再做一個(gè)小試對(duì)比實(shí)驗(yàn)，將光催化裝置取消后，依照上述實(shí)驗(yàn)步驟重新做一遍。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

企業(yè)現(xiàn)有污水站處理阿卡廢水，工藝為厭氧+生化綜合處理，作為小試對(duì)比實(shí)驗(yàn)，各工藝出水COD值見(jiàn)表1，pH值見(jiàn)表2。增加光催化后，阿卡廢水經(jīng)光催化+厭氧+生化綜合處理，各工藝出水COD值見(jiàn)表3，pH值見(jiàn)表4。這兩個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)同步做。

（1）由表2可以看出，原水pH值9.5經(jīng)厭氧后下降為6.7左右，主要是由于厭氧反應(yīng)中有產(chǎn)酸階段，需要消耗原水中的堿，所以導(dǎo)致出水pH值下降較多。（2）由表4可以看出，原水pH值9.5經(jīng)光催化先下降為9.3，再經(jīng)厭氧下降為7.8左右，相比表2，pH值下降較少，主要是由于經(jīng)光催化處理時(shí)，將部分COD直接氧化為CO2與H2O，減少了入口厭氧塔COD濃度，所以厭氧耗堿量也減少很多。在實(shí)際廢水處理中，降低堿液用量是控制物料成本的關(guān)鍵因素。（3）由表1可以看出，阿卡原水進(jìn)厭氧塔處理，COD由8 736mg/L下降到3 558mg/L，COD去除效率為59.3%;經(jīng)生化綜合處理后，COD由3 558mg/L下降到460mg/L，COD去除效率為87.1%。阿卡原水經(jīng)厭氧與生化綜合的COD總處理效率約94.7%。（4）由表3可以看出，阿卡原水經(jīng)光催化處理后，COD由8 736mg/L下降到5799mg/L，COD去除效率為33.6%;進(jìn)厭氧塔處理，COD由5 799mg/L下降到631mg/L，COD去除效率為89.1%;經(jīng)生化綜合處理后，COD由631mg/L下降到86mg/L，COD去除效率為86.4%。阿卡原水經(jīng)光催化、厭氧與生化綜合的COD總處理效率約99%。

4 結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，先經(jīng)光催化后，厭氧塔處理效率從59.3%提高到89.1%，主要是由于光催化先將這些環(huán)狀碳鏈打斷，降解為易生化降解的小分子物質(zhì)，再進(jìn)入?yún)捬跛幚硇蕰?huì)有大幅提高。

（2）實(shí)驗(yàn)完成后，對(duì)復(fù)合光催化劑進(jìn)行烘干稱重，負(fù)載量變化不大，僅有少量損失。說(shuō)明在700℃焙燒下，Si-Al-Ca-C 結(jié)構(gòu)基體與TiO2的鍵合是牢固的，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，長(zhǎng)時(shí)間曝氣攪拌也不會(huì)脫落。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇勝偶，等.阿卡波糖治療在日常臨床工作中的有效性、安全性和被接受程度——對(duì)中國(guó)2型糖尿病患者的阿卡波糖上市后監(jiān)測(cè)[J].中華內(nèi)分泌代謝雜志，2006（6）：I0001-I0005.

[2]張海豐，張鵬宇，趙貴龍等.納米二氧化鈦的制備及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，2（34）：52-56.

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[4]王莉平，陳志紅，郭峰， et al.二氧化鈦光催化降解苯酚廢水溶液[J].應(yīng)用化工，2011，40（1）：13-15.

[5]李佩悅.Si-Al-Ca-C 結(jié)構(gòu)光催化材料制備及降解羥酸類捕收劑研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2009.

收稿日期：2020-01-17

作者簡(jiǎn)介：楊光（1985-），男，漢族，碩士，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程技術(shù)。