阿卡波糖生产废水的光催化降解工艺研究

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　　摘要：在实验室用溶胶-凝胶法合成一种复合光催化剂，以难生化降解的阿卡波糖废水作为降解对象，研究经光催化降解后的废水，对后续生化装置的影响。
　　关键词：阿卡波糖;光催化;厌氧;生化综合
　　中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：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 背景介绍
　　阿卡波糖用于糖尿病治疗，通过抑制小肠的α葡萄糖苷酶，抑制食物的糖分解，使糖的吸收相应减缓，从而减少餐后高血糖，可以有效控制糖尿病[1]。阿卡波糖在提炼过程中会产生大量的废水，COD浓度在8 000～10 000mg/L，这些废水可生化性不高，特别是厌氧处理效率仅有50%，导致企业配套的污水处理系统投资成本过高。本文探讨对阿卡波糖生产废水降解工艺的改进。
　　图1 阿卡波糖分子式C25H43NO18
　　在深度水处理技术中，二氧化钛光催化降解技术是一种经济、高效并已在实际工业中广泛应用的技术。TiO2降解水中有机污染物的原理是在紫外光照射下，电子（e-）可从价带激发到导带，同时在价带产生相应的空穴（h+），h+具有极强的反应活性，能与H2O分子反应生成·OH自由基，同时水中溶解的O2也能与e-反应生成超氧阴离子（·O2-）。·OH与·O2-具有极强的氧化性，能快速分解水中的有机污染物。
　　目前某药企常规处理阿卡波糖生产废水的处理工艺主要是厌氧+缺氧+兼氧+好氧，但是由于废水中含有多种环状碳链的难降解物质，导致厌氧处理效率仅有50%，所以考虑通过光催化先将这些环状碳链打断，降解为易生化降解的物质，再通过厌氧+缺氧+兼氧+好氧的生化工艺降解处理。
　　2 实验
　　2.1 制备工艺
　　在常温下，在69 mL 无水乙醇中滴加18mL 钛酸四丁酯，再滴加二乙醇胺6 mL，磁力搅拌1.5h，再滴加10mL蒸馏水后继续搅拌，再滴加乙酰丙酮，搅拌50min，得到TiO2黄色透明溶胶，再用喷涂法将溶胶固定于Si-Al-Ca-C 结构基体材料表面上，再在马弗炉中700℃焙烧2h，得到纳米钛复合新型光催化剂[5]。
　　2.2 降解小试实验
　　将某医药企业生产的阿卡波糖废水放置于200L塑料桶内，将原水调pH≥9，用泵将1L/h原水打入光催化装置内，停留时间2h，再泵入厌氧塔，停留时间2d，经4d的生化综合（缺氧-兼氧-好氧）处理后排放。待小试系统连续运行稳定后，每24h对原水、光催化装置出水处、厌氧塔出水处以及生化综合出水处的COD与pH值进行检测，连续进行5d的小试实验。再做一个小试对比实验，将光催化装置取消后，依照上述实验步骤重新做一遍。
　　3 实验结果
　　企业现有污水站处理阿卡废水，工艺为厌氧+生化综合处理，作为小试对比实验，各工艺出水COD值见表1，pH值见表2。增加光催化后，阿卡废水经光催化+厌氧+生化综合处理，各工艺出水COD值见表3，pH值见表4。这两个对比实验同步做。
　　（1）由表2可以看出，原水pH值9.5经厌氧后下降为6.7左右，主要是由于厌氧反应中有产酸阶段，需要消耗原水中的碱，所以导致出水pH值下降较多。（2）由表4可以看出，原水pH值9.5经光催化先下降为9.3，再经厌氧下降为7.8左右，相比表2，pH值下降较少，主要是由于经光催化处理时，将部分COD直接氧化为CO2与H2O，减少了入口厌氧塔COD濃度，所以厌氧耗碱量也减少很多。在实际废水处理中，降低碱液用量是控制物料成本的关键因素。（3）由表1可以看出，阿卡原水进厌氧塔处理，COD由8 736mg/L下降到3 558mg/L，COD去除效率为59.3%;经生化综合处理后，COD由3 558mg/L下降到460mg/L，COD去除效率为87.1%。阿卡原水经厌氧与生化综合的COD总处理效率约94.7%。（4）由表3可以看出，阿卡原水经光催化处理后，COD由8 736mg/L下降到5799mg/L，COD去除效率为33.6%;进厌氧塔处理，COD由5 799mg/L下降到631mg/L，COD去除效率为89.1%;经生化综合处理后，COD由631mg/L下降到86mg/L，COD去除效率为86.4%。阿卡原水经光催化、厌氧与生化综合的COD总处理效率约99%。
　　4 结论
　　（1）实验结果表明，先经光催化后，厌氧塔处理效率从59.3%提高到89.1%，主要是由于光催化先将这些环状碳链打断，降解为易生化降解的小分子物质，再进入厌氧塔处理效率会有大幅提高。
　　（2）实验完成后，对复合光催化剂进行烘干称重，负载量变化不大，仅有少量损失。说明在700℃焙烧下，Si-Al-Ca-C 结构基体与TiO2的键合是牢固的，在实验过程中，长时间曝气搅拌也不会脱落。
　　参考文献
　　[1]苏胜偶，等.阿卡波糖治疗在日常临床工作中的有效性、安全性和被接受程度——对中国2型糖尿病患者的阿卡波糖上市后监测[J].中华内分泌代谢杂志，2006（6）：I0001-I0005.
　　[2]张海丰，张鹏宇，赵贵龙等.纳米二氧化钛的制备及其应用研究进展[J].东北电力大学学报，2014，2（34）：52-56.
　　[3]程年寿，陈君华.纳米二氧化钛光催化降解苯酚废水[J].河南科技，2010（1）：93-94.
　　[4]王莉平，陈志红，郭峰， et al.二氧化钛光催化降解苯酚废水溶液[J].应用化工，2011，40（1）：13-15.
　　[5]李佩悦.Si-Al-Ca-C 结构光催化材料制备及降解羟酸类捕收剂研究[D].武汉：武汉理工大学，2009.
　　收稿日期：2020-01-17
　　作者简介：杨光（1985-），男，汉族，硕士，工程师，研究方向为环境工程技术。
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