基于超声波与光催化协同效应的污水处理技术研究

摘要

近年来，高级氧化技术在污水处理方面得到了广泛的应用，光催化技术作为一种新型的高级氧化技术，与传统的水处理技术相比，具有环境友好、条件温和、成本低廉、无毒副作用和二次污染等特性，在水处理方面展现了良好的前景。另研究表明，超声波技术作为辅助手段与其他高级氧化技术相结合可以进一步优化处理效果，提高处理效率。将超声波与光催化技术相结合，超声波的作用主要有三点:第一，作为一种常规清洗手段对光催化核心部件进行清洗，如对光催化网和清洗;第二，作为直接降解手段，如在工程应用中就利用超声波对藻类进行抑制;第三，利用超声波与光催化的协同效应，使光催化的处理效果更为深化。
　　本论文主要采用表面负载有纳米TiO2的多孔泡沫镍网作为光催化单元，结合超声波技术，设计了一种基于超声波与光催化协同效应的水处理装置，在紫外线灯照射下对三种典型水污染物进行降解研究，这三种典型水污染物分别是染料，用以模拟印染废水;大肠杆菌，用以模拟生活污水;斜生栅藻，用以模拟富营养化水源。研究中考察了①超声波与光催化协同效应对四种染料的降解效果，以及各种初始因素对于协同效应的影响，②在大肠杆菌的灭活方面超声波与光催化协同效应的效果研究，③从浊度、叶绿素a的浓度以及细胞数方面考察超声波与光催化协同效应对于斜生栅藻的灭活效果。结果表明:(1)在加入了超声波之后，相对于单纯使用光催化处理，活性黑的降解率提高了24％、活性红的降解率提高了34％、活性黄的降解率提高了36％、亚甲基蓝的降解率提高了67％。(2)对于三种浓度（0.002g/ml，0.004g/ml和0.006g/ml）的亚甲基蓝，浓度越低，其降解率越高，超声波与光催化的协同作用越明显。(3)超声波与光催化的协同效应对于大肠杆菌的灭活率高于单纯使用光催化的三倍。(4)超声波与光催化的协同效应对于斜生栅藻的抑制率比单纯使用光催化要高75％。
　　另外本论文设计了一种基于超声波与光催化协同效应的水处理装置。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 水体主要污染物介绍

1．3 水污染常用治理方法

1．3．1 膜分离技术

1．3．2 活性炭技术

1．3．3 电化学技术

1．3．4 生物处理技术

1．3．5 高级氧化技术

1．4 技术联用

1．4．1 TiO2光催化技术

1．4．2 超声波技术

1．4．3 TiO2光催化技术与超声波技术联用的可行性

1．5 研究目的及创新之处

第二章 实验研究

2．1 实验仪器及设备

2．1．1 实验仪器及设备

2．1．2 实验试剂

2．2 实验装置

2．3 实验原理

2．3．1 TiO2光催化技术处理污水原理

2．3．2 影响光催化水处理技术的参数

2．3．3 超声波技术处理污水原理

2．3．4 超声波与光催化协同作用原理

第三章 染料的降解研究

3．1 实验方法

3．2 实验结果及讨论

3．2．1 实验用染料的性质

3．2．2 不同配制条件下活性黑的降解研究

3．2．3 活性染料的降解对比研究

3．2．5 初始浓度的影响

3．2．6 酸碱度的影响

3．3 本章小结

第四章 细菌的灭活实验研究

4．1 大肠杆菌灭活的机制

4．1．1 光催化灭菌机制

4．1．2 超声波灭菌机制

4．2 大肠杆菌的灭活实验

4．2．1 实验方法

4．2．2 实验结果

4．3 本章小结

第五章 藻类的去除实验研究

5．1 藻类生长状况

5．2 去除藻类的研究现状

5．3 去除藻类实验研究

5．3．1 配制培养基

5．3．2 藻类的接种与培养

5．3．3 测量指标及方法

5．3．4 实验结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 反应器的研发

6．1 反应器原理

6．2 反应器运行原理

6．3 反应器结构

6．4 反应器工作步骤

结论

参考文献

攻读学位期间成果展示

声明

致谢