难降解芳环类化合物的臭氧化预处理工艺研究

摘要

化工行业排放的废水属于典型难生化降解废水，一般呈酸性，其中也往往含有较多的芳环类化合物。因此，如何在酸性条件下对芳环类化合物进行有效的预处理意义非常突出。臭氧氧化处理是一种常用的预处理方法，但工作多在中碱性条件进行，对酸性体系的预处理指导意义不大。本论文在酸性条件下研究了Ti(Ⅳ)/O3/H2O2氧化体系的预处理效能。另外，工作中还提出了一个氧化度（即有机物的氧化程度，定义为:4TOC-COD/4TOC）的概念，用以快速判断水样的可生化性大小。 第三章，研究了酸性条件下O3、O3/H2O2、Ti(Ⅳ)/O3和Ti(Ⅳ)/O3/H2O2氧化邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的效能。结果表明:在初始pH为2.8条件下，Ti(Ⅳ)/O3/H2O2体系对DMP的降解效率、矿化程度和臭氧的利用率都明显优于其他三种氧化体系。相同条件下O3、O3/H2O2、Ti(Ⅳ)/O3和Ti(Ⅳ)/O3/H2O2降解DMP的一级表观速率常数分别为3.96×10-4 s-1、9.54×10-4 s-1、1.07×10-3 s-1和6.41×10-3s-1。与单独臭氧化相比，Ti(Ⅳ)/O3/H2O2体系臭氧的利用率约可提升6.51％。优化试验表明，本实验条件下Ti(Ⅳ)的最佳浓度为1.4mg·L-1，H2O2最佳投加量为10mg·L-1。结合气质联用(GC/MS)离子色谱(IC)的分析结果，对Ti(Ⅳ)/O3/H2O2降解DMP的可能反应途径进行了初步的解析。 第四章，研究了几种生化难降解芳环类化合物在臭氧化预处理过程可生化性(BOD/COD)的变化情况。为了方便确定水样的可生化性情况，工作中也提出了一个氧化度（即有机物的氧化程度，定义为:4TOC-COD/4TOC）的概念。结果表明，在预臭氧化硝基苯、邻苯二甲酸二甲酯和磺基水杨酸模拟水样过程中，水样的氧化度和可生化性均有不同程度的提升，而且两者存在一定的正相关性。当体系氧化度大于0.65时，水样的BOD/COD一般均在0.25以上，可直接进行生化处理。利用快速易测的氧化度来预判水样的可生化性，这对推广臭氧化预处理技术在实际难降解废水处理中的应用具有重要的实际意义。 第五章，在酸性条件下考察了Ti(Ⅳ)催化臭氧化预处理医药废水的效能，并对废水氧化度与可生化性(BOD/COD)的关联性。结果表明，pH3.5时，Ti(Ⅳ)催化臭氧化体系中Ti(Ⅳ)离子和H2O2的最佳浓度为10 mg·L-1和200mg·L-1。pH值对Ti(Ⅳ)催化臭氧化体系的降解效果有影响，pH5时，120min后Ti(Ⅳ)催化臭氧化体系对废水化学需氧量(COD)和总有机碳(TOC)的去除率分别为56.13％和31.49％，氧化度从原来的0.388提升到了0.608，BOD/COD值从原来的0.019升至0.297。废水的氧化度与BOD/COD具有较好的正相关性，在实际的废水处理中氧化度可快速判断水样的可生化性。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 选题意义与背景

1．2 生物难降解废水的预处理方法

1．2．1 物理法预处理

1．2．2 物化预处理

1．2．3 生化预处理

1．3 臭氧氧化技术在水处理中的应用

1．3．1 臭氧的物理化学性质

1．3．2 臭氧氧化技术的机理

1．3．3 臭氧氧化技术在水处理中应用简介

1．4 臭氧类高级氧化技术在水处理中的应用

1．4．1 O3／UV工艺

1．4．2 O3／H2O2工艺

1．4．3 催化臭氧化处理工艺

1．5 废水特性的表征

1．5．1 化学需氧量(COD)

1．5．2 生物需氧量(BOD)

1．5．3 总有机碳(TOC)

1．5．4 254nm时的紫外吸收(UV254)

1．5．5 各表征参数之间关联性的研究

1．6 本论文研究目的和主要任务

参考文献

第二章 实验部分

2．1 实验原料和仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验仪器

2．2 实验装置

2．3 实验分析

2．3．1 气相中臭氧浓度的测定

2．3．2 邻苯二甲酸二甲酯浓度的测定

2．3．3 总有机碳(TOC)的测定

2．3．4 化学耗氧量(COD)的测定

2．3．5 生物需氧量(BOD)的测定

2．3．6 溶液pH的测定

2．3．7 中间产物的测定

参考文献

第三章 酸性条件下Ti(IV)催化O3／H2O2降解邻苯二甲酸二甲酯

3．1 引言

3．2 实验内容

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同体系对DMP的降解效率

3．3．2 钛离子浓度对DMP矿化效果的影响

3．3．3 H2O2浓度对DMP矿化效果的影响

3．3．4 不同体系的臭氧利用率

3．3．5 Ti(IV)／O3／H2O2体系降解DMP的机理

3．4 结论

参考文献

第四章 臭氧化预处理过程水样可生化性的简易评估方法

4．1 引言

4．2 实验内容

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 硝基苯模拟废水的臭氧化预处理

4．3．2 磺基水杨酸模拟废水的臭氧化预处理

4．3．3 邻苯二甲酸二甲酯模拟废水的臭氧化预处理

4．4 结论

参考文献

第五章 氧化度在废水臭氧化预处理中的应用

5．1 引言

5．2 实验内容

5．3 实验结果与讨论

5．3．1 医药废水特性及主要成分分析

5．3．2 单独O3与催化体系降解效果对比

5．3．3 钛离子浓度对医药废水降解效果的影响

5．3．4 双氧水浓度对医药废水降解效果的影响

5．3．5 pH值对医药废水降解效果的影响

5．3．6 Ti(IV)／O3／H2O2催化臭氧化预处理医药废水的过程

5．3．7 Ti(IV)／O3／H2O2催化臭氧化预处理化工废水的过程

5．4 结论

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 进一步工作展望

致谢

附录

附录1 邻苯二甲酸二甲酯降解过程中各中间产物的质谱图

附录2 医药废水各成分的质谱图

攻读学位期间发表的学术论文目录