零价铁处理聚乙烯醇退浆废水的效能与机理研究

摘要

含有高浓度聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，以下简称PVA）的印染退浆废水一直是污水处理领域的一大问题。由于PVA可生化性差，采用传统的生化处理工艺很难达到理想的处理效果。为了能有效的降解PVA，提高可生化性，本论文采用自制纳米零价铁（Nanodcalezero-valent iron，以下简称nZVI）和零价铁（Zero-valent iron，以下简称 ZVI）协同微气泡（Microbubbles）处理含PVA模拟退浆废水，分别研究了影响PVA氧化降解的主要因素，并初步探索了nZVI和ZVI反应机理，主要研究内容及结果如下：
　　（1）自制nZVI可以高效降解水中PVA。试验研究了初始pH、水中溶解氧（Dissolveed oxygen，以下简称DO）浓度、nZVI投加量、PVA初始浓度、温度对PVA去除效果的影响，分析了nZVI降解的反应动力学、热力学。研究结果表明 PVA的降解反应符合拟一级反应动力学，反应速率常数随着pH和PVA初始浓度的升高而降低，随温度和nZVI投加量的升高而升高，反应的活化能Ea为45.98KJ/mol。
　　（2）ZVI可以高效降解水中PVA。试验研究了初始pH、ZVI投加量、温度和微气泡曝气对 PVA去除率效果的影响，并分析了反应过程中pH和DO的变化。研究结果表明，反应前5min，微气泡曝气比搅拌富氧条件下，ZVI对PVA的去除率由22％提高至43%，提高近一倍；总去除率由49%提高至59%，提高了10%。
　　（3）分别分析了nZVI和ZVI的反应机理，研究结果表明ZVI和nZVI在降解PVA过程中展现出不同的反应机理。ZVI在酸性条件下降解PVA的反应是由羟基自由基为主导的氧化反应，nZVI在酸性条件下降解 PVA的反应推测是由高铁及氧自由基的氧化反应。通过对比分析nZVI和ZVI对PVA的吸附，结果表明在反应结束时nZVI对PVA的吸附率为8.59%，ZVI对PVA的吸附率为4.81%，ZVI协同MB对PVA的吸附率为1.39%。通过电子自旋共振波谱（Electron spin resonance，以下简称ESR）检测羟基自由基，结果表明ZVI协同微气泡在酸性条件下生成大量的羟基自由基；nZVI在酸性条件下能生成少量的羟基自由基。
　　（4）在ZVI降解PVA的反应初期，利用微气泡传质速率快的特点，瞬时为体系提供较高溶解氧量，结果表明，反应5min时，空气微气泡曝气条件下PVA去除率为59%，搅拌富氧条件下PVA去除率为49%。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 聚乙烯醇研究现状及常见的处理方法

1.3 零价铁技术的发展现状

1.4 纳米零价铁的制备和应用研究进展

1.5 微气泡技术的在环境中的应用

1.6 课题研究的内容和技术路线

第二章 试验材料与方法

2.1 实验仪器与材料

2.2 微气泡发生装置

2.3 实验方法

第三章 纳米零价铁降解聚乙烯醇的试验研究

3.1 试验设计

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 零价铁降解聚乙烯醇的试验研究

4.1 试验设计

4.2 结果与讨论

4.3本章小结

第五章 纳米零价铁和零价铁反应机理的对比研究

5.1 试验设计

5.2结果与讨论

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步工作的建议

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢