开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
磷霉素的化学名称为(1R,2S)-1,2-环氧丙基磷酸二钠,是一种磷类广谱抗菌素,毒副作用小,因其可以抑制细菌细胞壁的合成,可以同时抑制革兰氏阴性菌和阳性菌的生长繁殖[1-2]。磷霉素钠制药废水来源于磷霉素的化学合成过程,高浓度的废水中COD约24万mg/l,总磷约3.3-4.5万mg/l,一般直接作为危废焚烧处理。低浓度的废水中COD为3.3-3.5万mg/l,总磷约几百到几千mg/l,主要特征污染物为有机磷[3],因其有抑菌性,很难降解,即使在非常低浓度的废水中也存在对水生生物的危害。此外,由于抗生素在人体或动物体内的代谢不完全,会有一部分的磷霉素以原始或代谢形式排出到环境中。这不仅对水生生物有影响,而且会将过量的磷带入河流和湖泊,从而导致水体的富营养化[4]。
目前对于磷霉素制药废水的主要研究如下:Fan等[5]采用芬顿氧化-水解酸化-接触氧化三个反应器串联装置处理磷霉素钠废水,其中在芬顿氧化器中磷霉素钠的化学结构被破坏,加快了有机磷的去除,该串联工艺对有机磷的去除率高达85% 以上;Qiu等[6]采用湿式氧化-磷酸盐固定化(磷酸钙沉淀/MAP结晶)串联工艺处理高浓度COD(72750mg/l)和高浓度总有机磷TOP(8225mg/l)混合废水,并取得良好成效,对TOP去除率高达99%,磷酸盐固定回收率达99.9%。Xiao等[7]采用电化学方法在温度为80℃,pH为3.42,氯化钠浓度为0.2mol/l,电流为4.0A条件下反应3h后,TOP的去除率达63.5%。Wang等[3] 采用催化-湿式氧化(CWAO)处理磷霉素制药废水,在523 K, 1.4 MPa反应条件下,有机污染物未完全被氧化。Qiu等[1] 采用湿式氧化和诱导结晶去除和回收磷霉素钠制药废水中的磷,在200 ℃, 1.0 MPa的湿式氧化实验条件下,99% 的总有机磷(TOP)转化为溶解性磷(IP),COD 降低50%。Zeng P等[8] 研究了水解酸化-接触氧化联合反应降解磷霉素的实验,考虑到有机磷的去除率和微生物群落,磷霉素制药废水不应超过20毫克/升,以获得较高的去除效率(80%)。
对于典型含磷抗生素废水的主要处理方法[1-2, 5-8]主要围绕湿式氧化、电化学以及串联工艺开展开来,实验条件具有高温、高压、耗电以及工艺复杂的特点,并且不适用于传统的生物法去除[8-9]。此外,对于磷霉素钠抗生素制药废水处理的相关研究也不是很多,因此迫切需要新的、有效的磷霉素废水处理方法。
Fenton法具有污染物去除效率高、反应条件温和、操作简便、成本低的优势[10-12],近年来被广泛用于污水处理。Fenton反应实质是利用Fe2 催化H2O2反应生成·OH,通过具有强氧化性的羟基自由基来氧化降解有机物[13-14]。与其他传统的水处理方法相比,Fenton氧化法具有以下特点:(1)反应速率高,在Fe2 离子的作用下,H2O2能够迅速分解产生·OH,·OH具有极强的得电子能力也就是氧化能力,氧化电位2.8v,其氧化能力仅次于氟;(2) ·OH可以直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物;(3)由于羟基自由基的氧化能力很强,所以反应速度快,可以在较短的反应时间内达到处理要求;(4) Fenton反应可以作为单独处理工艺,又可与其他处理工艺相结合,处理效率高且能够降低处理成本。
Fenton 过程对于有机磷的去除由 2 个过程来完成: 氧化降解和絮凝沉淀。Fenton 试剂产生的强氧化性的羟基自由基可以无选择地氧化废水中的有机物,有机磷在这一过程中会得到一定的去除,或者在羟基自由基作用下,磷霉素钠的碳磷键断开,降低了废水对微生物的毒性。均相Fenton体系是离子态的铁及其衍生物等为催化剂,一定条件下催化H2O2产生羟基自由基。
影响Fenton法处理有机磷废水的因素主要有温度、pH、有机底物、过氧化氢与催化剂投加量等:
1. 温度是Fenton反应的重要影响因素之一。一般化学反应随着温度的升高会加快反应速度,温度升高会加快·OH的生成速度[15],有助于·OH与废水中的有机磷反应,提高有机磷转化为无机磷的效率;但是,温度升高也会加速H2O2的分解[16],分解为O2 和H2O,不利于·OH的生成。不同种类的工业废水的Fenton应的最佳温度,也是存在一定差异的。
2. 一般来说,Fenton反应是在酸性条件下发生的,pH升高会抑制·OH的产生,也会使Fe2 生成氢氧化铁沉淀而使其失去催化能力。当溶液pH过低,H 浓度过高时,Fe3 不能被顺利地还原为Fe2 ,催化降解反应受到阻碍。研究实验结果表明针对特点的有机污染物,当芬顿试剂在合适的pH条件下,该体系氧化能力很强,有机物降解速率最快,此时有机物的反应速率常数正比于Fe2 和过氧化氢的初始浓度。均相Fenton氧化法的主要反应机理如下:
Fe(Ⅱ) H2O2 → Fe(Ⅲ) ·OH
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