化工制药废水的光催化方法研究

于小原（沈阳师范大学，辽宁 沈阳 110034）

1 实验部分

1.1 主要试剂和仪器

1.1.1 主要试剂：浓盐酸、硫酸银、氢氧化钠、偏钒酸铵、硫酸亚铁铵、浓硫酸、硝酸铋、重铬酸钾、过氧化氢（30%）等皆为分析纯。

1.1.2 主要仪器：金属卤化物灯（400W；飞利浦亚明照明有限公司）、20W低压汞灯（北京海淀空后高温复合材料厂）、电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9036A，上海）、PHSJ-3F型pH计（上海雷磁仪器厂）、循环水式多用真空泵（SHB-3，郑州）、2003型搅拌器（常州国华电器有限公司）、增氧泵（山本-6500，中山）。

1.2 废水的预处理及检测

1.2.1 废水的预处理：在加絮凝剂处理时，取50mL的废水于烧杯中，先加入5mL浓度为10%的硫酸铝，搅拌十分钟后，取其自然沉降0.5h后的上清液，然后加入硫酸和氢氧化钠来调节pH至预期定值。

1.2.2 废水的检测：本实验的废水采取于辽宁华夏医药有限公司生产过程中产生的废水，呈黄色，带有刺激性气味。化工需氧量高达1.97×104mg/L，稀释十倍后进行实验。经检测，稀释后的废水pH值为4.0，固体含量为16.2g/L，废水在330nm处的吸光度为0.601。

1.3 分析方法

1.3.1 化工需氧量的测定：用重铬酸钾法测定化工需氧量Cr的值，通过测量处理前c0与处理后的c1值来计算化工需氧量的去除率。

1.3.2 废水样品中固体含量的检测：取150mL废水于蒸发皿中，在烘箱中100--120℃下烘干，称量剩余固体样品的重量。

1.3.3 pH的测定：用pHSJ-3F型pH计测量样品的pH值

2 结果与讨论

2.1 臭氧法处理结果

在通入臭氧之后，废水中的正己烷、柠檬酸、异丙醇、甲磺酸、甲醛、水杨酸、甲醇、青霉素等物质均被有效分解，而在分解过程中，臭氧主要是作用于其结构上，分解的产物主要为水和二氧化碳，此过程操作条件，例如光照时间、废水的初始浓度及其pH值、反应器形式、通气条件等因素对反应的影响较大，在搅拌式反应器内发生反应时，最佳效果为：臭氧10.2g/L，光照时间1.5h。此外，对光催化过程影响最为显著的是反应器的形式，与常见搅拌式反应器相比，循环式反应器效果更好，它能改善催化剂与废水的混合效果以及提高光利用率，从而在很大程度上减少催化剂的用量，利用该方法处理废水，可有效提高BOD值。因为具备杀菌功能的化学物质很难将有害物质处理完全，而此方法针对废水处理，在降低废水毒性的同时具备解毒的作用，所以可以被用于常见的生化处理，因为这种处理废水的方式所需要的成本较高，所以化工厂必须进行整改。该方法在处理工业废水中扮演着重要的角色，此方法具备很多的优越性，特别是它的解毒功能，对于环境保护具有重要意义。

2.2 BiVO 4处理结果

在用红外光谱对BiVO4进行检测时，因为对应的酸根离子是正四面体结构，具有四个典型的伸缩振动和两个弯曲震动，所以两个一级震动会在短波数上出现特征峰，两个弯曲震动会在相对一个长一点的波数中出现特征峰；样品在814 cm－1上VO4基团和一级震动形成对称的伸缩膜，在664 cm－1上形成反对称膜，在520 cm－1处出现弯曲膜，此外在IR图谱中，并未发现样品表面有水分子附着。影响BiVO4这种光催化剂对废水处理的各种影响因素间并非相互独立，而是相互制约且相互影响的。各因素对化工需氧量的去除率和脱色率影响的强弱都是不同的，其中影响最大的是催化剂的用量，双氧水次之，接下来分别是空气流量、双氧水用量，影响最小的是pH值。由于废水中主要是化工需氧量含量较高，废水本身的色度比较小，并且，通过实验我们也可以发现化工需氧含量的去除要比废水脱色慢的多，所以在评价整个反应的时候，我们可以以脱色情况为参考，以COD的去除为主要标准。在添加催化剂之后，废水中的工业需氧量去除率提高了很多，再不加催化剂的条件下，光照2.5h后，废水的脱色程度为59.2%，COD的去除率为50.8%，当BiVO4的用量小于0.2克时，废水中的工业需氧量的去除率随着BiVO4的用量增加而增大了0.08%，脱色程度也增加了0.08%；但是当继续增大BiVO4-的使用量时，脱色率和工业需氧量的去除率都有所下降。原因是，当催化剂的用量较少时，光源产生的光子不能完全转化成化学能，导致光子的能量没能完全被利用；而活性物的量随着催化剂的增加而增加，于是就加快了反应的速率。

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