均相与非均相Fenton工艺处理制药废水的全生命周期评价

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Fenton工艺常用于处理工业废水,其中,均相Fenton技术已得到了较为广泛的工程应用,但一些固有的工艺缺陷(如p H范围限制)使得非均相Fenton技术在近些年来成为了研究热点。目前,非均相Fenton工艺的研究工作多处于实验室阶段,若综合考虑能耗、物耗、环境影响等因素时,在实际应用中是否具有好的应用前景,有待进一步地探讨。采用生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA),通过工艺比对的方式,有助于分析这一问题。本研究旨在采用LCA方法,基于全生命周期的能耗、物耗分析,将非均相Fenton工艺与传统的均相Fenton工艺的环境影响进行对比。在本研究中,用于LCA评估的清单数据,分别来源于某制药厂正在运行的均相Fenton工业废水处理站以及实验室规模的非均相Fenton工艺流程。研究结果表明:非均相Fenton工艺在绝大多数环境目录下取得的环境影响评估结果,均高于均相Fenton工艺,比如在化石燃料消耗、淡水生态毒性、淡水富营养化等环境目录中分别高出了1.73%、50.49%、10.43%等。通过背景物质贡献度分析可知,非均相Fenton工艺的整个生命周期运行阶段,与均相Fenton工艺相比,消耗了更多的资源,比如消耗了更多的铜金属资源(增加了77.42%);同时,释放了更多的污染物质,比如释放了更多的硝酸盐(增加了84.71%)。总体而言,非均相Fenton工艺尽管在实验室阶段内具有较好的处理效果,但在当下的发展阶段内,其较高的生命周期环境负荷,使得该工艺的实际应用比较困难。只有进一步优化非均相Fenton工艺,使其环境负荷低于均相Fenton工艺,这样才有可观的应用前景。能耗是非均相Fenton工艺环境负荷的主要来源,其中,用于催化材料的制备与回收的热能消耗,在总能耗的贡献度超过了80%。因此,本研究针对非均相Fenton工艺,提出了四种优化热能来源的改进方案,以期通过LCA分析的方式,找到具有最低环境负荷且能够实际应用的均相Fenton工艺的方案。研究结果表明:Hete_优化方案2,即热能源于市政污泥的焚烧过程的方案,对于所有被考察的环境因子,均产生了最低的环境负荷;与案例制药厂正在运行的均相Fenton工艺相比,Hete_优化方案2在资源消耗、人体健康、生态系统质、总环境负荷中,均具有较低的评估结果,分别降低了17.71%、1.40%、34.58%、13.21%;因此,当非均相Fenton工艺的热能可以来源于市政污泥的焚烧过程时,从生命周期的角度讲,非均相Fenton工艺具有良好的实际应用前景。
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