微电解-臭氧催化氧化-生物降解联合处理硝基苯废水的研究

摘要

硝基苯类化合物是重要的化工原料之一，常用在染料、制药等行业。随着化工工业的发展，硝基苯不断进入人们的生活环境中。硝基苯具有高毒性、化学性质稳定、难生物降解、进入水体污染持续时间长等特点。因此研究建立硝基苯废水处理技术十分迫切和必要。本文旨在研究预处理法和生化法联合处理硝基苯废水的降解效果。通过开展一系列的试验研究，初步探明了适合硝基苯废水处理的工艺路径和适宜的工艺条件，为实际工程的设计与应用提供理论依据和实践指导。
　　 在微电解工艺还原硝基苯废水的研究中发现，Fe/C填料组合下微电解对硝基苯的处理效果要好于Fe/Cu组合。经过Fe/C微电解预处理后，92％以上的硝基苯被还原为苯胺，这样硝基苯废水的处理就转变成了苯胺废水的处理。通过单因子变量试验，发现微电解工艺的反应最佳条件为:Fe/C体积比为1.5∶1;填料颗粒粒径为6mm;进水pH为3.0;进水流量为250mL·min-1;进水负荷设为300mg·L-1。
　　 制备了复合负载型催化剂MnO2-CuO-CeO2/沸石，在其作用下臭氧氧化降解苯胺废水的处理效果显著。苯胺的去除率高达90％以上，COD的去除率也有45％以上，这样苯胺废水就转化为含有大量有机酸的有机废水，可生化性得到了极大的提高。通过单因子变量试验，发现工艺最佳条件为:催化剂投加量为5g·L-1;催化剂颗粒粒径为3mm;臭氧流量为16mg·min-1;进水pH为7.0;进水负荷则为200mg·L-1。
　　 为进一步研究臭氧催化氧化降解苯胺的机理，本文对臭氧单独氧化和臭氧催化氧化下的苯胺降解效率进行了比较。试验结果表明，催化剂MnO2-CuO-CeO2/沸石的添加能有效地提高臭氧氧化苯胺的降解率，当苯胺初始浓度为200mg·L-1，反应20min后，苯胺的去除率由原来的75％提高到89％;当苯胺废水COD浓度为490.12mg·L-1时，臭氧单独氧化和臭氧催化氧化条件下COD最终分别稳定在261.87mg·L-1、230.63mg·L-1，而MnO2-CuO-CeO2/沸石催化剂的添加可以将臭氧单独氧化时间150min缩短至90min。两种氧化过程都出现了颜色由无色-棕色-褐色-棕色-黄色-无色的变化，pH从7.03降到最终2.00左右。
　　 通过LC-MS检测，研究了苯胺在臭氧氧化作用下的降解途径，总共检测到4个新的代谢产物。通过质谱图分析及代谢产物的累积转换关系，鉴定4个代谢产物分别为对亚胺醌、对苯醌、马来酸和草酸。初步确定降解途径，苯胺首先分解为对亚胺醌，随后对亚胺醌水解、氧化分解为对苯醌，对苯醌再进一步氧化分解，生成马来酸，马来酸降解产生草酸，最后部分有机物矿化为二氧化碳和水。
　　 经过Fe/C微电解和臭氧催化氧化预处理，硝基苯废水转变为含有大量有机酸的有机废水，各项指标都未达到《综合污水排放标准》。采用SBR系统对预处理的硝基苯废水做进一步的生物处理，达到了硝基苯废水的最终处理目标。试验发现，进水pH为7.0时SBR系统运行效果最好;工艺系统最佳水力停留时间为24h，其中进水0.5h，反应22h，沉淀1h，出水0.5h。同时，SBR生化系统所能承受的最大进水负荷为COD=850mg·L-1。

目录

声明

摘要

符号与缩略语说明

第一章 文献综述

1 硝基苯废水的来源与特性

1．1 硝基苯的物化性质及其危害

1．2 硝基苯废水的来源

1．3 硝基苯废水的特性

2 硝基苯废水处理技术

2．1 物化法

2．2 化学法

2．3 生化法

3 硝基苯废水处理的问题与展望

4 研究目的与内容

4．1 研究目的与内容

4．2 研究路线

参考文献

第二章 微电解处理硝基苯废水的试验研究

1 试验部分

1．1 试验材料与仪器

1．2 试验装置与方法

1．3 分析方法

1．4 微电解填料的制备

1．5 试验配水

2 试验结果与讨论

2．1 微电解处理硝基苯性能的效果

2．2 两种填料组合Fe/C、Fe/Cu对微电解还原硝基苯废水的影响

2．3 不同Fe/C比对微电解还原硝基苯废水的影响

2．4 填料颗粒粒径大小对微电解还原硝基苯废水的影响

2．5 进水pH对微电解还原硝基苯废水的影响

2．6 进水流量对微电解还原硝基苯废水的影响

2．7 进水负荷对微电解还原硝基苯废水的影响

3 讨论

4 本章小结

参考文献

第三章 臭氧催化氧化处理苯胺废水的试验研究

1 试验部分

1．1 试验材料与仪器

1．2 试验装置与方法

1．3 分析方法

1．4 催化剂的制备

1．5 试验配水

2 试验结果与讨论

2．1 臭氧催化氧化前后苯胺降解效果的验证

2．2 催化剂投加量对臭氧催化氧化苯胺废水的影响

2．3 催化剂颗粒粒径大小对臭氧催化氧化苯胺废水的影响

2．4 臭氧流量对臭氧催化氧化苯胺废水的影响

2．5 进水pH对臭氧催化氧化苯胺废水的影响

2．6 进水负荷对臭氧催化氧化苯胺废水的影响

3 讨论

4 本章小结

参考文献

第四章 臭氧催化氧化降解苯胺的机理研究

1 试验部分

1．1 试验材料与仪器

1．2 试验装置与方法

1．3 分析方法

1．4 催化剂的制备

1．5 试验配水

2 试验结果与分析

2．1 降解过程中苯胺浓度的变化

2．2 苯胺降解过程中COD的变化

2．3 苯胺降解过程物化现象的变化

2．4 苯胺降解产物质谱分析

2．5 臭氧氧化下苯胺降解机理

3 讨论

4 本章小结

参考文献

第五章 预处理后废水的微生物降解试验研究

1 试验部分

1．1 试验材料与仪器

1．2 试验装置与方法

1．3 分析方法

1．4 试验配水

1．5 活性污泥驯化

2 试验结果与讨论

2．1 生化系统的建立及其对COD的去除情况

2．2 进水pH对生化系统COD去除的影响

2．3 提高进水负荷对生化系统COD去除的影响

2．4 水力停留时间对生化系统COD去除的影响

2．5 生化系统稳定运行后一个完整周期内COD的变化规律

3 讨论

4 本章小结

参考文献

全文总结

1 全文结论

2 论文创新点

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢