地热水中苯酚的去除及其氧化副产物的生成特性研究

摘要

地热水是一种重要的水资源和能源，地热水的开发和利用有利于缓解当前能源和水资源的紧缺的现状。地热水中苯酚的存在会严重影响地热水的开发和利用，还对人体健康存在严重危害，故此，对于地热水中的苯酚要采取适当的技术手段加以去处，从而保证地热水在开发和利用过程中的用水安全性。
　　本文分别考察二氧化氯氧化、活性炭吸附以及二氧化氯-活性炭联用的方法对苯酚的去除效果及影响因素，并对二氧化氯氧化苯酚过程中副产物的生成特性进行了研究。
　　二氧化氯氧化苯酚的实验结果表明:对于温度为45℃，苯酚浓度为0.2mg/L的模拟水样，二氧化氯投加量0.6mg/L，反应时间30min，溶液pH=8时，苯酚的去除效率可以达到93％，降低溶液的pH，有利于苯酚的去除;对于温度为45℃，苯酚浓度为0.2mg/L的地热水样品，二氧化氯投加量1.0mg/L，反应时间60min，溶液pH≤8时，苯酚的去除率最低为92％，延长反应时间对苯酚的去除效果影响不大，当溶液pH＞8之后，苯酚去除率明显下降。
　　二氧化氯氧化苯酚过程中副产物的生成特性实验中，主要考察对苯醌，亚氯酸盐和氯酸盐在不同条件下的产率，结果表明:二氧化氯的投加量和溶液的pH对副产物形成的影响比较大，反应时间≥30min，所选三种副产物的生成量基本不再增加;对苯醌的形成量随着二氧化氯的投加量的增加而增加，对苯醌的产率为50％左右，当二氧化氯与苯酚的质量比大于2.5之后，对苯醌的产生量基本维持稳定，并有下降的趋势;亚氯酸盐和氯酸盐的产生量随着二氧化氯投加量的增加而增加，其中亚氯酸盐和氯酸盐的产率分别为30-65％和5-10％。在pH值从3上升到8的过程中，随着pH值的升高，对苯醌的形成量逐渐增加，当pH＞8之后，苯酚的去除效率在明显下降，对苯醌的生成量开始减少;而亚氯酸盐和氯酸盐的产生量再随着pH值的升高而不断增加。二氧化氯氧化苯酚过程中，控制副产物形成的工艺条件为:二氧化氯的投加量与苯酚质量比大于2.5，溶液pH≤8，反应时间30min。
　　活性炭吸附去除苯酚的实验结果表明，活性炭对苯酚有较好的吸附效果，在苯酚浓度0.2mg/L，溶液温度45℃，反应时间2h，活性炭投加量6g/L，pH=6.5，苯酚的去除率为95％。吸附热力学的研究结果表明，活性炭吸附苯酚过程符合Freundlich吸附等温方程，热力学常数k=2.7，1/n=1.0293。吸附动力学的研究结果表明，活性炭吸附苯酚的过程可以用伪二级动力学吸附模型来表达，动力学常数k2=4.0991g.mg-1.min-1。活性炭动态固定床的动态穿透曲线表明，在其它外界条件不变的情况下，固定床的穿透时间受进水流量的影响较大，进水流量越大，穿透时间越短。
　　二氧化氯-活性炭联合工艺处理苯酚的实验表明:二氧化氯投加量1.0mg/L，氧化反应时间60min，氧化反应出水以20ml/min的流量通过活性炭固定床时，在最终的处理出水中，苯酚的去除率最高可达99％，对苯醌的最大去除率50％，亚氯酸盐的去除率为100％;当流量为35ml/min时，苯酚的去除率最高为98.5％，对苯醌的去除率最大为30％，亚氯酸盐去除率为76％;不同的进水流量对活性炭固定床的穿透时间影响明显:当进水水流量为35ml/min时，活性炭固定床的穿透时间为10h，当进水水流量为20ml/min时，活性炭固定床的穿透时间为16h。二氧化氯-活性炭联用工艺对苯酚的去除率比单独使用活性炭吸附或者二氧化氯氧化时都要好，而且能够对苯酚的氧化其副产物有明显的控制效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景

1．1．1 苯酚的危害

1．1．2 水处理中苯酚的控制技术

1．1．3 二氧化氯技术的应用现状

1．1．4 氧化苯酚的机理及副产物

1．1．5 活性炭吸附技术的研究应用现状

第二节 研究意义及目的

1．2．1 研究意义

1．2．2 研究目的

第三节 研究内容

第二章 实验材料与方法

第一节 实验水质

第二节 实验指标及测定方法

2．2．1 苯酚浓度的测定

2．2．2 二氧化氯的制备及浓度测定

2．2．3 二氧化氯氧化苯酚无机副产物的测定

2．2．4 二氧化氯氧化苯酚有机副产物的测定

第三章 二氧化氯氧化去除苯酚的实验研究

第一节 概述

第二节 实验结果及讨论

3．2．1 二氧化氯的投加量对模拟水样中苯酚去除的影响

3．2．2 反应时间对模拟水样中苯酚去除的影响

3．2．3 水样pH值对模拟水样中苯酚去除的影响

3．2．4 二氧化氯投加量对地热水样中苯酚去除的影响

3．2．5 反应时间对地热水样中苯酚去除的影响

3．2．6 水样pH值对地热水样中苯酚去除的影响

第三节 本章小结

第四章 二氧化氯氧化苯酚过程中副产物的生成特性

第一节 概述

第二节 二氧化氯氧化苯酚副产物的生成特性

4．2．1 自配水样中二氧化氯的投加量对副产物生成的影晌

4．2．2 自配水样中反应时间对副产物生成的影响

4．2．3 自配水溶液pH对副产物生成的影响

4．2．4 地热水中二氧化氯的投加量对副产物生成的影响

4．2．5 反应时间对地热水中副产物生成的影响

4．2．6 地热水pH值对副产物生成的影响

第三节 本章小结

第五章 活性炭吸附去除苯酚的实验研究

第一节 概述

第二节 活性炭吸附去除苯酚的实验研究

5．2．1 吸附时间对苯酚去除效果的影响

5．2．2 pH对苯酚去除效果的影响

5．2．3 活性炭投加量对苯酚去除效果的影响

5．2．4 苯酚的初始浓度对其去除效果的影响

5．2．5 GAC对苯酚的吸附等温线

5．2．6 活性炭吸附苯酚过程的动力学特性

5．2．7 吸附苯酚的动态吸附小试

第三节 活性炭的再生

5．3．1 再生液浓度对活性炭再生效率的影响

5．3．2 再生温度对活性炭再生效率的影响

5．3．3 再生时间对活性炭再生效率的影响

第四节 本章小结

第六章 二氧化氯-活性炭体系去除苯酚及氧化副产物的效果

第一节 概述

第二节 实验结果与讨论

6．2．1 自配水中苯酚及其氧化副产物的去除效果

6．2．2 地热水中苯酚及其氧化副产物的去除效果

第三节 工艺流程的确定

6．3．1 工艺流程

6．3．2 主要的处理构筑物及设备

6．3．3 运行费用估算

第四节 本章小结

第七章 结论和建议

第一节 结论

第二节 主要创新点

第三节 实验不足及建议

参考文献

致谢

个人简历

攻读博士期间发表的论文