UED技術(shù)在制藥廢水處理中的應(yīng)用

一、制藥廢水來(lái)源

制藥工業(yè)是我國(guó)水污染物排放重點(diǎn)行業(yè)，污染物排放嚴(yán)重危害水環(huán)境安全，是群眾反映的焦點(diǎn)問(wèn)題之一，也是各級(jí)環(huán)保部門(mén)監(jiān)管的重點(diǎn)。目前根據(jù)出臺(tái)的《制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，把制藥工業(yè)廢水按照種類(lèi)分為六類(lèi)：發(fā)酵類(lèi)、化學(xué)合成類(lèi)、提取類(lèi)、中藥類(lèi)、生物工程類(lèi)、混裝制劑類(lèi)。各類(lèi)廢水的來(lái)源與水質(zhì)特征如下表所示。

二、制藥廢水特點(diǎn)

總體而言，制藥廢水具備如下特點(diǎn)：

1、濃度高、毒性高、鹽度高、變化復(fù)雜，簡(jiǎn)稱“三高一雜”。

2、濃度主要來(lái)自于溶劑，而難度往往來(lái)自微量的生物毒性成分。

3、水量可能具有批次性、周期性、爆發(fā)性、意外性，簡(jiǎn)稱“不好說(shuō)”。

4、環(huán)境工程的一般經(jīng)驗(yàn)并不能完全適用于成分各有特點(diǎn)的制藥廢水。

5、廢水中電子供體和強(qiáng)電子受體往往不均衡，“厭氧”很難效果好。

6、較多惰性物質(zhì)的存在使得深度處理難度較大，慎用B/C比的概念。

三、制藥廢水常用處理工藝

制藥廢水處理技術(shù)可歸納為以下幾種：物化處理、化學(xué)處理、生化處理以及多種方法的組合處理等。物化法主要有混凝沉淀法、氣浮法、吸附法、電解法和膜分離法；化學(xué)法主要有鐵內(nèi)電解法、臭氧氧化法和Fenton試劑法；生化法主要有序批式活性污泥法(SBR)、普通活性污泥法、生物接觸氧化法、上流式厭氧污泥床法(UASB)等。但上述單一處理方法的效果不好，出水水質(zhì)不穩(wěn)定，通常采用多種工藝聯(lián)合處理，才能保證穩(wěn)定的處理效果。

四、UED設(shè)備

1、UED設(shè)備簡(jiǎn)介

UED(Ultimate Electrocatalytic Decomposer)是目前已知最先進(jìn)、處理能力最強(qiáng)的清潔環(huán)保氧化技術(shù)，它采用FCD電極(功能導(dǎo)電金剛廠)為陽(yáng)極，在接通低壓電(<12V)情況下，可瞬間產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性物質(zhì)如羥基自由基(OH·)等，將各類(lèi)復(fù)雜的有機(jī)分子快速分解并最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO₂和H₂O，其反應(yīng)速率較常規(guī)高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)提高3-5倍，且對(duì)有機(jī)分子的分解更為徹底，是去除高難廢水中COD、TOC、氨氮等指標(biāo)的最佳工藝選擇

2、FCD復(fù)合薄膜電極

功能導(dǎo)電金剛石電極(FCD)有著電勢(shì)窗寬、析氧電位高、穩(wěn)定性好、無(wú)重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)，是目前市場(chǎng)應(yīng)用最優(yōu)秀的電催化材料之一。通過(guò)與多元碳材料進(jìn)行復(fù)合，利用各材料的協(xié)同效應(yīng)，能大幅優(yōu)化FCD電催化性能。FCD材料能快速通過(guò)將水分子分解產(chǎn)生羥基自由基(·OH)、臭氧(O₃)、雙氧水(H₂O₂)等強(qiáng)氧化物質(zhì)，從而高效降解有機(jī)污染物， 達(dá)到快速凈化水、空氣消毒、除臭等目的。

FCD材料具備高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高導(dǎo)熱等性能，在機(jī)械、 電子、光學(xué)、生物以及水處理領(lǐng)域具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用場(chǎng)景。

金剛石材料具有極高的硬度、導(dǎo)熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、電子、國(guó)防等領(lǐng)域，是不可替代的重要戰(zhàn)略資源。開(kāi)發(fā)功能導(dǎo)電金剛石FCD材料是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的技術(shù)，目前主要掌握在少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本、德國(guó)等。我公司在國(guó)內(nèi)率先打破國(guó)外壟斷，掌握FCD薄膜界面生長(zhǎng)控制機(jī)制，自主研發(fā)出高性能薄膜級(jí)FCD多晶體生長(zhǎng)系統(tǒng)裝備，從而實(shí)現(xiàn)功能型金剛石產(chǎn)業(yè) 自主可控的關(guān)鍵技術(shù)突破。

公司以提高FCD薄膜的生長(zhǎng)速率和質(zhì)量，制備大尺寸高質(zhì)量的多晶FCD，突破薄膜級(jí)FCD材料的規(guī)模化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)FCD薄膜材料在機(jī)械、電子、光學(xué)、生物和環(huán)保領(lǐng)域的延伸應(yīng)用。

3、反應(yīng)機(jī)理

UED電催化氧化技術(shù)降解有機(jī)物的途徑包括直接氧化和間接氧化。直接氧化是通過(guò)有機(jī)污染物吸附在陽(yáng)極表面以電子轉(zhuǎn)移形式實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的氧化去除，有機(jī)物可直接轉(zhuǎn)變成CO₂和H₂O。間接氧化是通過(guò)在陽(yáng)極表面間接產(chǎn)生自由基等活性中間產(chǎn)物或高氧化性的高價(jià)態(tài)金屬氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的氧化去除。

反應(yīng)機(jī)理：H₂O → OH· + e- +  H+

2OH·→ H₂O₂

Cl- +OH·→ ClOH·-

降解污染物方式：

(1) 直接氧化：污染物在電極表面直接被氧化。

(2) 間接氧化：通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)生成具有強(qiáng)氧化性的中間產(chǎn)物，來(lái)間接氧化降解污染物。

機(jī)理示意圖

4、設(shè)備優(yōu)勢(shì)

(1) 廣譜：普遍適用于各行業(yè)高難度廢水處理，且能耐受極端的原水條件(如高鹽、高生物毒性、高濃度)。

(2) 高效：超強(qiáng)的催化氧化分解能力，極短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有機(jī)分子的破環(huán)、斷鏈反應(yīng)。

(3) 靈活：源頭處理、預(yù)處理、達(dá)標(biāo)保障，可與常規(guī)工藝無(wú)縫銜接。

(4) 清潔：只需用電，無(wú)二次污染，常溫常壓運(yùn)行。

(5) 便捷：標(biāo)準(zhǔn)模塊裝備，無(wú)需土建及其他構(gòu)筑物，生產(chǎn)、安裝、維護(hù)極度便捷。

5、UED設(shè)備在制藥廢水處理中的應(yīng)用

采用UED設(shè)備對(duì)典型制藥企業(yè)的生產(chǎn)廢水進(jìn)行了處理，結(jié)果如下表所示。

該醫(yī)藥廢水中主要含吡啶、嗎啉等有機(jī)溶劑，廢水含鹽量高，生物毒性大，常規(guī)工藝很難處理達(dá)標(biāo)，采用UED設(shè)備進(jìn)行處理，反應(yīng)時(shí)間不到3h，原水COD即由2275mg/L降低至500mg/L以下，去除率達(dá)到85%以上，達(dá)標(biāo)后排入工業(yè)園區(qū)綜合污水處理系統(tǒng)。

表2為某制藥企業(yè)產(chǎn)生的DMF(二甲基甲酰胺)廢水，處理量10m3/d，原水COD濃度很高，且可生化性極差，采用UED設(shè)備進(jìn)行處理，反應(yīng)32小時(shí)后達(dá)到100mg/L以下水平，表明該設(shè)備對(duì)DMF類(lèi)型廢水具有良好的去除能力。