非均相臭氧催化氧化系统研究及其对印染废水的深度处理

摘要

印染废水属于高浓度难降解的有机废水，由于新型染料的应用、纺织染整行业废水排放标准的提高，现阶段印染废水的色度、COD和B/C值很难达标排放，排放的废水中仍然包含很多难降解的大分子有机物，而非均相臭氧催化氧化可以在反应中迅速断裂发色集团，降解有害物质，可使印染废水在短时间内稳定达到国家排放标准，具有巨大的经济和生态意义。
　　本设计构建了以内循环流化床为核心的非均相臭氧催化氧化印染废水小试及中试深度处理工艺。通过比较颗粒活性炭(GAC)、活性碳纤维毡(ACF)、活性炭纤维长丝(PAN-ACF)3种载体以及单独负载（锰或镁）和联合负载（锰镁联合负载）制成的不同新型催化剂的负载和催化性能，发现复合金属氧化物型催化剂MnO2&MgO/GAC的负载效果最好且均匀、催化性能优越、处理达到稳定时间短、降解程度高，因此选择MnO2&MgO/GAC作为本研究的最优催化剂。
　　对影响臭氧催化氧化印染废水实际应用及处理效果的两个实验装置参数（进气流速、臭氧浓度）和其余四个工艺参数（催化剂用量、pH、废水初始浓度、温度）进行探究。通过一系列预实验及正交试验，确定了进气流速0.8L/min、臭氧浓度30mg/L、催化剂用量2g/L、废水初始浓度0.9、温度20或25℃、pH=8做为此技术深度处理印染废水的最佳工艺参数，此时整个系统处在对印染废水处理的高效率和实际处理成本合理的交接点；同时，在最佳工艺参数条件下，通过中试系统的运行，发现与小试差异不大，说明其适合在实际处理中应用。
　　通过对技术的实际应用性和系统机理的探究，发现催化剂运行30h后磨损率低于5％，使用9次后降解效率仅降低6%，即技术具有较好的稳定性和耐用性。对机理的考察发现在本催化氧化系统中自由基反应占总体氧化的71%，证明MnO2&MgO/GAC与O3的协同作用可在本实验系统中产生大量的自由基，从而大大提升降解的速度和深度。
　　在最优催化剂及最佳工艺参数条件下，本系统对印染废水的去除效率高、去除速度快，并且处理效果稳定。印染废水的COD在20min左右降到国家标准规定的50mg/L以下，色度在10~15min左右降至30倍以下，20min时B/C即由原0.04上升至0.39，出水达到了《纺织染整工业水污染物排放标准GB4287-2012》规定的排放标准。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 印染废水处理技术研究现状

1.3 臭氧催化氧化技术研究现状

1.4 本课题研究目标和研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 催化剂的表征

2.3 实验装置的设计及组装

2.4 实验分析测试方法

第3章 非均相臭氧催化氧化催化剂的研发

3.1 引言

3.2 催化剂载体的选择与预处理

3.3 单一镁系或锰系负载型催化剂的研发

3.4 锰镁双金属联合负载型催化剂的研发

3.5 催化剂的催化性能及其比较

3.6 本章小结

第4章 最佳工艺参数及其影响因素的探究

4.1 引言

4.2 印染废水二级出水水质分析

4.3 实验装置参数的考察

4.4 工艺参数的筛选和中试运行

4.5 非均相臭氧催化氧化处理印染废水的效能的研究

4.6 本章小结

第5章 系统实际应用性能及其部分机理的探究

5.1 引言

5.2 系统中催化剂的实际应用性能

5.3系统机理中对自由基重要性的量化

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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