光催化-生物膜-过滤一体化工艺处理含酚废水研究

发布时间：2020-08-27 23:53

【摘要】：随着工业生产的飞速发展和对化学用品的不断需求,大量含酚废水被排放到水体环境中,此外,化学物质的泄漏事故进一步增加了酚类物质的排放量。而目前的传统水处理工艺弊端很多,如光催化技术中光催化剂易脱落、难回收问题。生物技术难降解高浓度酚类废水等问题制约着对酚类废水的处理。因此很有必要寻找一种新型工艺高效率的处理工业废水。针对这些问题。本文提出了一种新型处理技术:一种光催化-生物膜-过滤一体化工艺。即使用预处理后的玻璃纤维布(GFC)分别负载制备出的纳米片状二氧化钛光催化剂(TiO_2)和氮掺杂的纳米片状黑色二氧化钛可见光光催化剂(N-B-TiO_2),得到TiO_2/GFC载体和N-B-TiO_2/GFC载体。两个载体经过微生物的接种、培养和驯化在表面分别长出一定厚度的生物膜。利用光催化与微生物的协同作用和玻璃纤维布的过滤作用,实现了三种工艺的一体化。此工艺对酚类废水降解效果优良,同时对水中悬浮物具有良好的过滤效果,弥补了传统水处理工艺的不足。然后对光催化-生物膜-过滤一体化工艺的性能进行实验并分析实验结果。实验结果的分析主要分为如下两个方面:(1)TiO_2/GFC作为载体时,此工艺紫外光为最佳光源,载体量最佳为35%,最佳有效深度为1cm,最佳pH=7。在这些条件下,当苯酚与2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的浓度分别为100mg/L和20mg/L,反应时间分别为5h和6h,反应温度为21℃、曝气量为4L·min~(-1),此工艺对苯酚和2,4-二氯苯酚的降解率分别为78.6%和75.5%,光催化-生物膜-过滤一体化工艺对SS(固体悬浮物)的去除率最高为61.68%。并提出了光催化-生物膜-过滤一体化工艺的降解机理与降解动力学。(2)N-B-TiO_2/GFC作为载体时,光催化-生物膜-过滤一体化体系在处理酚类污染物与固体悬浮物时,可见光作为光源,最佳载体量为35%,最佳pH=6,SS浓度为20mg/L,最佳有效深度为1cm,经过5h的降解后,光催化-生物膜-过滤一体化体系对100mg/L的苯酚和20mg/L的SS的去除率分别高达94.81%和61.68%,6h降解后对2,4-二氯苯酚的降解率为84%,很好的证明了光催化-生物膜-过滤一体化体系中光催化与微生物的协同作用,导致体系对污染物具有很好的去除性能。之后的使用循环周期实验也证明了光催化-生物膜-过滤一体化体系良好的稳定性与较长的使用寿命。并提出了光催化-生物膜-过滤一体化工艺的降解机理与降解动力学。
【学位授予单位】：黑龙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703
【图文】：

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第 2 章实验材料与实验方法2.5 光催化-生物膜-过滤一体化反应器设计本课题光催化-生物膜-过滤一体化反应器是实验室规模，外部容器为石英玻璃，呈正方体状，长宽高均为 15cm，容积约为 3.4L，采用小型循环泵（流速可控），底部抽水，上部进水，通过细铁丝固定玻璃纤维布在反应器中的位置（高度可控），反应器底部曝气维持生物膜生长与保持反应器的流化状态。采用紫外光与可见光作为光源，位于反应器的正上方。

吸收光谱,SEM图像,纳米,XRD图谱

图 3-1 纳米片 TiO2的 SEM 图像(a)、(b)，XRD 图谱(c)，UV-Vis 吸收光谱(d)Fig.3-1 SEM image (a), (b), XRD(c) and uv-vis absorption spectrum (d) of nanosheet TiO23.2 TiO2/GFC 载体的制备3.2.1 GFC 的预处理玻璃纤维布(GFC)在生产制作过程中玻璃纤维束会掺杂许多杂质，并且长时间暴露于环境中灰尘等非常容易落入玻璃纤维束表面，因此在制备 TiO2/GFC 载体之前，对玻璃纤维布的清洁预处理是非常必要的。有文献指出玻璃纤维布的极好的耐高温性，并且高温处理对玻璃纤维结构无破坏[53-55]。本实验采用高温煅烧法在 400℃下煅烧 1h 对玻璃纤维布进行除杂预处理，得到无杂质的洁净玻

SEM图像,玻璃纤维布,SEM图像,载体

iO2在载体的负载方法可分为物理和化学两类[56]，光催化剂的固定化剂牢固负载，可防止 TiO2粉末的流失便于回收利用，增加了比表 TiO2的利用率[57]。本实验使用粘结剂法来对 TiO2进行固定，选取结剂。具体操作如下：将所制得的 TiO2粉末溶入乙醇中进行超声TiO2悬浆液。将磷酸铝溶于硝酸中进行超声震荡作为胶体分散液，玻璃纤维布浸入胶体分散液中 30min，使玻璃纤维布表面对 TiO2随后迅速将浸过胶体分散液的玻璃纤维布取出转移至制备的 TiO2渍 30min，取出放入烘箱于 100℃干燥后，记录其质量。接着重复到干燥后玻璃纤维布质量保持不变为止，这时 TiO2在玻璃纤维布，得到 TiO2/GFC 载体，图 3-2（b）为 TiO2/GFC 载体的 SEM 图TiO2光催化剂均匀的牢固的负载在玻璃纤维束上，此时 TiO2/GFC。

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