连续式套管超声反应装置处理难降解有机废水的研究

摘要

随着超声波技术的日趋进步，超声波的应用越来越广泛，其中以超声波处理污水格外引入注目。单独超声辐射及超声波耦合其他污水处理技术治理难生物降解有机污染物已成为水处理技术里一个崭新领域。本文介绍了近几年来超声波降解有机物的研究进展，通过实验分别考察了辐射频率、功率密度、超声辐射时间、溶液初始浓度和曝气情况等对模拟对氯苯酚、氯苯溶液超声降解效果的影响，分别探讨了两种物质超声降解机理并对其反应速率进行研究；通过检测CODc，的变化，研究了实际工业印染废水一一牛仔浆纱废水的超声降解情况，探讨了超声污水处理装置实际工业应用的可行性。论文的研究结果表明：
　　 (1)超声辐射频率对有机物的降解效果有明显影响，其他操作参数相同条件下，100kH超声波辐射对氯苯酚和氯苯模拟废水降解率是60kHz超声波辐射下的124.04％和123.36％；同样，在连续式套管超声污水处理装置较高频率(60kHz+80kHz+100kHz+120kHz)的反应室II内对氯苯酚和氯苯模拟废水降解率是较低频率(30kHz+40kH+50kH)反应室I内的144％和110％，牛仔浆纱废水在反应室II内的CODcr降解率是反应室I中的196％；
　　 (2)一般说来，污染物降解率与超声功率密度成正比，但超声功率密度超过某个值后，由于“气泡缓冲作用”，随着功率密度的增加有机污染物的降解率增幅相应减少。在不同功率密度下对对氯苯酚以及氯苯溶液降解研究结果看到，功率密度在8W/L～5.3W/L范围内空化效率较高；
　　 (3)随着超声辐射时间的增长，对氯苯酚、氯苯的降解率增大，但反应300nun后，其降解能力基本达到饱和：
　　 (4)对氯苯酚、氯苯的超声降解率与其初始浓度成反比，而超声降解绝对量与其初始浓度成正比。相同条件下10mg/L对氯苯酚溶液和30mg/L氯苯溶液超声波降解率分别比2.5mg/L和10mg/L对氯苯酚、氯苯溶液低2.28和1.18倍，而降解绝对量比2.5mg/L和10mg/L对氯苯酚、氯苯溶液分别高1.8和1.66倍；
　　 (5)在超声处理过程中，曝空气有利于提高降解效果，且溶解气体的热容比γ越大，导热率越小就越有利于空化降解；
　　 (6)对氯苯酚和氯苯的超声降解均属于拟一级反应类型，不同频率及组合下对氯苯酚和氯苯的浓度随时间变化的速率方程均可以表示为：In(Co/Ci)=kt+α。其中Co为氯苯溶液的初始浓度；Ci为溶液降解一定时间后的即时浓度；t为超声辐射时间；k为降解速率常数，α为常数，通过实验数据拟合，得到不同条件下的参数k、α；
　　 (7)本文利用超声波耦合生物填料塔技术，进行了处理氯苯和牛仔服加工企业的印染浆纱废水试验探讨，耦合方法与单纯超声波高级氧化技术相比能有效地减少能耗，与生物填料塔技术相比能有效提高反应效率和反应速率，达到相近的处理效果，能耗减小50％以上，所需的处理时间减小2倍以上。这样既解决了单独使用超声成本高的问题，也解决了生化法难以处理的问题。
　　 总之，本论文综合研究结果表明超声波在处理有机难降解物质方面具有很大的优越性，超声污水处理技术具有广阔的应用和市场前景。

目录

文摘

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声明

第一章 绪论

1.1 超声空化作用

1.2 超声降解的机理

1.3 超声波应用于水处理领域的国内外研究进展

1.3.1 烃类有机污染物的降解

1.3.2 酚类有机污染物的降解

1.3.3 醇类有机污染物的降解

1.3.4 染料的降解

1.3.5 芳香族化合物类的降解

1.3.6 农药类的降解

1.4 超声降解水中有机污染物效果的影响因素

1.4.1 超声频率的影响

1.4.2 声强的影响

1.4.3 声场及超声辐射时间的影响

1.4.4 反应器结构的影响

1.4.5 波形的影响

1.4.6 溶液性质的影响

1.4.7 溶解气体的影响

1.5 超声波反应器

1.5.1 超声清洗槽式化学反应器

1.5.2 超声变幅杆浸入式声化学反应器

1.5.3 正六面体三频率超声反应器

1.6 超声联用技术

1.6.1 超声—紫外联用

1.6.2 超声—臭氧联用

1.6.3 超声—过氧化氢联用

1.6.4 超声—Fenton试剂联用

1.6.5 超声—纳米二氧化钛联用

1.6.6 超声—氧化铜联用

1.7 超声水处理的发展方向及存在的技术问题

1.7.1 高效性

1.7.2 规模性

1.7.3 工程性

1.8 本课题的来源及研究内容

第二章 实验设备与检测方法

2.1 实验设备

2.1.1 超声污水处理装置

2.1.2 生物填料塔处理装置

2.2 主要实验仪器及试剂

2.3 氯苯、对氯苯酚的分析测试方法

2.3.1 对氯苯酚标准曲线的绘制

2.3.2 氯苯标准曲线的绘制

2.4 实际工业废水的分析测试方法

2.5 实验操作

2.5.1 夹套结构连续式平行正交多频声化学反应系统的实验操作

2.5.2 连续式套管超声污水处理装置的实验操作

2.5.3 生物填料塔的实验操作

第三章 超声波降解对氯苯酚

3.1 引言

3.2 夹套结构声化学反应装置超声降解对氯苯酚影响因素分析

3.2.1 不同辐射频率下对氯苯酚降解效果

3.2.2 多频组合超声降解对氯苯酚

3.3 套管结构超声污水处理器超声降解对氯苯酚影响因素分析

3.3.1 高、低频超声辐射组合下超声降解对氯苯酚

3.3.2 功率密度对对氯苯酚超声降解的影响

3.3.3 辐射时间对对氯苯酚超声降解的影响

3.3.4 不同初始浓度下对氯苯酚的降解效果

3.3.5 曝气对对氯苯酚超声降解的影响

3.4 两种反应装置中对氯苯酚超声降解效率的比较

3.5 对氯苯酚超声降解的反应速率研究

3.6 超声降解对氯苯酚机理分析

3.7 章节小结

第四章 超声波降解氯苯

4.1 引言

4.2 夹套结构化学反应装置中氯苯的超声降解

4.2.1 单频率下氯苯的降解效果

4.2.2 三频率下氯苯的降解效果

4.3 套管结构超声污水处理器超声降解氯苯影响因素分析

4.3.1 高、低频超声辐射组合对超声降解氯苯的影响

4.3.2 功率密度对氯苯超声降解的影响

4.3.3 辐射时间对氯苯超声降解的影响

4.3.4 曝气情况对氯苯超声降解的影响

4.3.5 氯苯初始浓度对超声降解的影响

4.3.6 不同流量下氯苯的降解效果

4.4 氯苯超声降解反应速率研究

4.5 超声降解氯苯机理分析

4.6 与生物填料塔联用

4.6.1 有机卤代物的处理方法

4.6.2 超声耦合生物填料塔处理氯苯

4.7 本章小结

第五章 超声降解实际工业废水

5.1 引言

5.2 超声降解实际工业废水的影响因素分析

5.2.1 高、低频超声辐射组合对超声降解工业废水的影响

5.2.2 辐射时间对超声处理工业废水效果的影响

5.3 超声波耦合生物填料塔技术

5.3.1 传统牛仔浆纱废水处理方式

5.3.2 超声波耦合生物填料塔技术处理牛仔浆纱废水

5.3.3 超声波耦合生物填料塔工艺条件优化

5.4 本章小结

结论、创新与展望

结论

创新

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的与学位论文内容相关的学术论文

致 谢