TNT弹药销毁废水的降解技术研究

摘要

TNT是一种稳定且可以持久存在于环境中的有机污染物，TNT弹药销毁废水是在利用高温高压水射流的方式倒空装药弹体的过程中产生的废水，其特点是色度高、毒性大、不易生化降解，存在于环境中的TNT会对生态环境、土壤流域以及人类健康产生巨大的危害作用。因此，对TNT弹药销毁废水降解技术的研究，对保护生态和人类健康有重大意义。
　　本文以TNT弹药销毁废水为研究对象，分别采用电解法、TiO2光催化氧化法、Fenton法、铁碳微电解、电-Fenton法等不同的方法进行了降解研究初探，结合处理效果、反应机理以及降解成本等各方面因素，最终确定了最佳的处理方法为电-Fenton法，并进行深入研究。并得出了采用DSA（钛基活性氧化物涂层电极）电-Fenton技术对该废水进行降解，工艺简单实用，处理效果良好，成本也在可接受范围内，国内外对此类电解方法鲜有报道。
　　本文的主要研究内容为：(1)采用电解法、TiO2光催化氧化法、Fenton法、铁碳微电解、电-Fenton法等不同的方法对该废水进行降解处理，确定了最佳处理方案为电-Fenton法。(2)针对电-Fnton法，通过单因素试验分别研究各因素：电压(U)、极板间距(D)、初始pH、H2O2投加量(M)、n(Fe2+)/n(H2O2)摩尔比及反应时间(T)对废水CODcr去除率的影响。(3)通过正交试验优化实验条件，找出最佳处理效果下的工艺条件，并得出各因素对处理效果的影响大小次序。(4)对电-Fenton法降解TNT弹药销毁废水的反应进行动力学分析，得出该反应反应动力学级数，建立化学反应动力学的数学模型，并对其进行一元非线性回归分析。(5)对电-Fenton法降解TNT弹药销毁废水工艺进行成本分析以及降解机理研究。
　　研究表明：
　　（1）在电解法、TiO2光催化氧化法、Fenton法、铁碳微电解、电-Fenton法中，电-Fenton法最适合于处理本废水。
　　（2）选用电-Fenton法降解TNT弹药销毁废水的最佳条件为：U=8V，D=1cm，初始pH=3，M(H2O2)=0.0916mol/L，n(Fe2+)/n(H2O2)=1:30，T=4h。在此条件下，废水的出水各项指标为：CODcr去除率为86.85％，色度去除率为98.8%，剩余氨氮含量1.7mg/L，出水pH=6，TNT含量4mg/L，以上各指标均采用国标法测得，均达《GB14470.3-2011国家弹药装药行业水污染物排放标准》二级标准，可以排放。
　　（3）影响TNT弹药销毁废水处理效果的各因素按影响程度大小由高到低为：反应时间(T)＞H2O2投加量(M)＞n(Fe2+)/n(H2O2)摩尔比＞初始pH。最佳工艺参数为反应时间4h，Fe2+/H2O2摩尔比为1:30，H2O2投加量(M)为91.575mol/L，初始pH为3。
　　（4）电-Fenton法降解 TNT弹药销毁废水的反应符合二级反应动力学，其化学反应动力学的数学模型为：1/Y=ax+b。对该反应进行一元非线性回归分析，最终经二级衰减方程拟合后所得方程为：CA=1/0.00368x0.00462 ?。相关性系数R2=0.99771，接近1。
　　（5）通过对电-Fenton法处理 TNT弹药销毁废水工艺的成本分析，得出处理每吨TNT弹药销毁废水的成本为215元。
　　（6）通过用GC-MS气质联动仪在负电电离模式下对废水不同时间段的检测，可大致得出废水中TNT的降解过程：a.在电化学还原作用下，硝基（-NO2）转换成亚硝基（-NO），接着转变成羟胺基（-NHOH）并且最后转换成氨基（-NH2）。B.甲基团被电-Fenton过程中产生的·OH所氧化，生成醇基（-CH2OH）；进而继续被氧化成醛基（-CHO）和羧酸（-COOH），继续被氧化成苯酚。C.苯环发生了断链反应，生成含有羧基、醛基、氨基的长链中间有机产物，进而继续被矿化为短链有机物，最后降解为CO2和H2O及小分子有机物。
　　本课题运用DSA阳极电-Fenton法对TNT弹药销毁废水进行处理，操作简单、成本低，无二次污染，为降解该废水提供了一种绿色环保的处理方法。

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中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1 研究背景与意义

1.2研究现状

1.3研究课题的学术思路

1.4 研究课题的主要内容

2 研究方法初探

2.1 废水水质

2.2 实验药品

2.3 实验仪器

2.4 分析方法

2.5研究方法

2.6综合对比分析

3 电-Fenton法降解TNT弹药销毁废水

3.1电-Fenton法的基本原理

3.2实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 正交试验

3.5本章小结

4 关于电-Fenton法降解TNT废水的动力学分析

4.1实验反应级数的确定

4.2动力学数学模型的建立

4.3本章小结

5 成本分析与机理研究

5.1 成本分析

5.2机理研究

6 结论与建议

6.1 结论

6.2建议

参考文献.

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢