水力空化强化二氧化氯降解苯酚废水研究

摘要

苯酚是一种具有代表性的难降解有机物，对生态环境和人类健康可造成较大危害，传统的处理工艺无法将其彻底去除，且易造成二次污染。水力空化作为一种新型水处理技术，具有经济、高效、操作简单、不会产生二次污染等特点。本研究首次利用水力空化技术强化二氧化氯处理模拟苯酚废水，并取得了理想的降解效果，为难降解有机废水的处理提供了理论依据，具有重要的实际指导意义。
　　本研究在阅读大量国内外文献的基础上，自行设计了多孔板和文丘里管空化发生器，并设计了一套水力空化装置。研究分别采用单独水力空化、单独二氧化氯及水力空化强化二氧化氯三种工艺处理苯酚模拟废水，探究了多种因素对苯酚降解效果的影响，确定了研究范围内的较优操作条件和最佳空化发生器。并利用高效液相色谱(HPLC)分析了水力空化强化二氧化氯降解苯酚反应的中间产物，揭示了苯酚的降解历程。同时，建立了水力空化强化二氧化氯降解苯酚的动力学模型，探讨了化学反应动力学规律。论文的主要研究成果如下:
　　(1)研究了分别以多孔板和文丘里管作为空化发生器对苯酚降解效果的影响，结果表明，以多孔板作为空化发生器对苯酚的降解效果优于文丘里管，且以开孔率为0.0610，开孔为环状布孔的孔板作为空化发生器对苯酚的降解效果最好。在较优反应条件:入口压力为0.4 MPa，处理90min，苯酚的最大降解率可达27.6％。单独水力空化降解苯酚时，苯酚首先被氧化为苯醌，接着苯醌被降解为顺丁烯二酸;
　　(2)单独二氧化氯氧化苯酚时，苯酚降解率随着二氧化氯浓度的增加逐渐增大。处理时间超过45min，随着处理时间的增加，苯酚降解率趋于稳定。当苯酚与CLO2的物质的量比为1∶2，处理45min，苯酚的降解率为87.1％;单独ClO2处理苯酚时，最终仅可将苯酚氧化为苯醌。
　　(3)水力空化强化二氧化氯降解苯酚时，以开孔率为0.0610，开孔为环状布孔的孔板作为空化发生器，较优反应条件为:ClO2与苯酚的物质的量之比为1∶1，处理时间为30min，苯酚的降解率最大可达92.1％，是相同条件下，单独水力空化（苯酚降解率为17.1％）和单独二氧化氯（苯酚降解率为47.9％）对苯酚降解率之和的1.4倍;
　　(4)水力空化强化二氧化氯对苯酚的降解符合一级反应动力学规律，其反应速率常数为1.49×10-3s-1，半衰期约为8min。水力空化与二氧化氯联合降解时，存在较好的协同效应，增强因子为3.18.
　　(5)通过对水力空化强化ClO2降解苯酚中间产物和途径的探讨，明确反应过程中首先生成苯醌，在自由基的作用下，中间产物苯醌被进一步氧化为乙二酸和顺丁烯二酸。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 含酚废水研究现状

1．2．1 物化处理

1．2．2 生化处理

1．2．3 高级氧化处理

1．3 水力空化理论及研究进展

1．3．1 水力空化基本理论

1．3．2 空化引发的效应

1．3．3 水力空化处理有机废水的研究进展

1．4 二氧化氯处理有机废水的研究进展

1．5 课题研究的目的、意义和内容

1．5．1 课题研究目的和意义

1．5．2 课题研究内容

2．1 水力空化实验设备

2．2 水力空化发生器

2．3 实验步骤

2．4 水样配置、实验药品及仪器

2．4．1 水样配置

2．4．2 二氧化氯溶液配置

2．4．3 实验仪器

2．5 分析方法

2．5．1 苯酚溶液浓度的测定

2．5．2 苯酚溶液标准曲线的绘制

2．5．3 二氧化氯溶液浓度的测定

3 单独水力空化处理苯酚废水研究

3．1 实验过程

3．2 入口压力对苯酚降解率的影响

3．3 空化时间对苯酚降解率的影响

3．4 孔板开孔率对苯酚降解率的影响

3．5 孔板布孔方式对苯酚降解率的影响

3．6 文丘里管喉部直径对苯酚降解率的影响

3．7 单独水力空化与单独超声空化能量利用率对比

3．8 单独水力空化降解苯酚的产物分析

3．9 本章小结

4 单独二氧化氯处理苯酚废水实验研究

4．1 实验方法

4．2 二氧化氯浓度对苯酚降解率的影响

4．3 反应时间对苯酚降解率的影响

4．4 单独二氧化氯氧化苯酚的产物分析

4．5 本章小结

5 水力空化强化二氧化氯处理苯酚废水研究

5．1 实验方法

5．2 二氧化氯浓度和处理时间对苯酚处理效果的影响

5．3 不同处理工艺降解苯酚废水分析

5．4 水力空化强化二氧化氯处理苯酚废水动力学分析

5．4．1 反应级数和反应速率方程确定

5．4．2 水力空化强化二氧化氯处理苯酚协同效应分析

5．5 水力空化强化二氧化氯降解苯酚的产物分析

5．5．1 实验方法

5．5．2 紫外-可见光谱分析

5．5．3 高效液相色谱分析

5．6 水力空化强化二氧化氯降解苯酚的产物分析

5．7 本章小结

6．1 结论

6．2 本文的主要创新点

6．3 展望与建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢