混凝—高级氧化耦合处理印染废水和微污染原水的效果及机理研究

发布时间：2020-03-22 09:46

【摘要】：论文首先对新合成的无机高分子复合混凝剂(PPFS)进行了制备和表征,分析了PPFS的形貌结构和混凝机理。之后以直接深棕印染废水和微污染原水为研究对象,在单因素试验设计、正交试验设计、Box-Behnken设计和中心组合设计等试验设计的基础上,并结合响应面分析,研究了超声波促进类Fenton氧化工艺对直接深棕印染废水的降解效果、试验条件优化及降解机理;同时研究了PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工艺对直接深棕印染废水和微污染原水的降解效果、试验条件优化及降解机理。旨在探索废水降解的新途径,拓宽高级氧化组合工艺在水处理领域的应用范围,从而为丰富、深化氧化组合工艺的理论研究提供一定的数据和基础。 论文的主要研究结论如下: (1)采用红外(FTIR)、X-衍射(XRD),确定了聚磷硫酸铁(PPFS)的结构组成,PPFS是一种高电荷的多羟基多核络合物,电镜扫描(SEM)表征分析,PPFS具有簇状类珊瑚礁立体网状的形貌结构;混凝烧杯试验说明,PPFS在混凝时不是以电中和机理为主,吸附、架桥和混凝沉淀等作用才是它具有优异混凝效果的主要原因,Zeta电位值证实了该推测;逐时络合比色法显示PPFS混凝剂中Fe(c)形态较多,Fe(a)和Fe(b)含量相对较少,表明PPFS主要以铁磷高聚物形式存在;紫外可见光谱显示,不同pH条件下PPFS混凝剂的光谱曲线变化与其混凝形态有一定的对应关系。PPFS的混凝机理可能是:电中和作用能有效地降低水中胶体的ζ电位致使胶体脱稳,之后PPFS发挥吸附、架桥、混凝沉淀等作用最终有效地去除污水中的各种物质,所以PPFS是电中和、吸附、架桥和混凝沉淀等几种作用的综合体现。 (2)超声波促进类Fenton氧化工艺:以模拟直接深棕印染废水为对象,采用低频超声技术,探讨初始pH、H_2O_2投加量及催化剂用量对直接深棕印染废水降解率的影响。应用Box-Behnken中心组合试验和响应面分析法,建立了类Fenton试剂对处理直接深棕印染废水的二次多项式数学模型,确定了超声降解直接深棕印染废水的优化条件:取初始浓度为100.0 mg/L直接深棕印染废水250.0 mL,超声功率为250 W,频率28 kHz,降解150 min,初始pH、H_2O_2投加量及催化剂用量分别为3.79、1.74 mM、1.65 g/L。经试验验证,实际值与模型预测值拟合性良好,偏差仅为1.35%。通过分析降解前后的紫外-可见光谱图,初步推断在超声-Fenton反应下,直接深棕并没有完全降解为CO_2和H_2O,而仅仅是生色基团受到自由基攻击而被破坏。 (3)直接深棕印染废水的PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工艺:从单因素试验分析可知,选择合适的投加量和合适的nPO_4~(3-)/nFe~(3+),可以提高PPFS对直接深棕色度去除率,在此基础上投加适量H_2O_2,使其与混凝后水体中残余的Fe~(3+)构成高级氧化体系(类Fenton试剂),进一步降低混凝反应后残余的有机物,达到更好的处理效果,pH的应用范围很宽。正交试验分析得出:对于直接深棕印染废水的去除率影响效能较大是H_2O_2的投加量和混凝剂的投加量。分析该工艺机理:在酸性环境中,类Fenton反应机理占主导地位;在碱性环境中,PPFS的混凝作用占主导地位。由此推之,无机高分子混凝剂与H_2O_2的联合使用,可以大大拓宽它们的pH值的应用范围。 (4)微污染原水中的UV_(254)、COD和TOC的PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工艺:从单因素试验对微污染原水中的UV_(254)去除效果分析中可知,选择合适的nPO_4~(3-)/nFe~(3+)和nOH-/nFe~(3+),可以提高PPFS对UV_(254)的去除效果,在此基础上投加适量H_2O_2可进一步降低混凝反应后残余的有机物,达到更好的处理效果。微污染原水宏观指标的正交试验分析得出:对于原水中UV_(254)、COD和TOC的去除率影响效能较大的是混凝剂和H_2O_2的投加量。 (5)微污染原水中的邻苯二甲酸酯类(PAEs)和多环芳烃(PAHs)检测结果分析:PPFS与H_2O_2耦合使用,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的去除率均达到90.0%以上,而邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的去除率相对较低,去除率一般在70.0%-80.0%;菲和芘的去除率基本达到90.0%以上,而萘和荧蒽的去除率分别在60.0%和40.0%左右。
【图文】：

染原水降解具有明显效果；采用 FTIR、XRD、SEM 等手段，分析混凝剂 PPFS 的结构形态；采用紫外光谱、Ferron 络合比色法等手段，进一步对其优势混凝形态分布及其水解形态等进行分析，得出了优势混凝形态下的混凝剂的混凝作用机理。② 在高级氧化降解印染废水和微污染原水的过程中，引入超声波，混凝技术，设计两种高级氧化组合工艺：超声波促进类 Fenton 氧化工艺和 PPFS/H2O2混凝-氧化耦合工艺，分别讨论超声波作用时间、Fenton 试剂用量、混凝剂投加量及其配比和 H2O2投加量等因素对其降解效果的影响，得出其两种工艺最佳降解条件。③ 分析研究高级氧化组合工艺的协同作用机理。通过试验研究高级氧化方法与混凝之间的协同作用，结合高级氧化的降解机理（自由基反应、超声波的热解和空化效应等）和混凝作用机理（电中和、吸附、架桥作用等）进行综合分析，深化高级氧化与混凝之间的协同作用机理的分析研究。1.5.3 技术路线论文以试验研究为主，同时辅以理论探索和推导。试验设计路线如图 1.1 所示。

光谱与分子的结构密切相关，，是研究表征分子结构的一种有效手相比，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制测定中都有十分广泛的应用。光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基等在红征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。利用红外光谱图对PFS和PPFS进行研究，得到它们的官能团信息PPFS中的结构构成有一定的意义。红外光谱分析
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703

【参考文献】

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7 李魁晓;顾继东;;邻苯二甲酸二甲酯的好氧生物降解及生化途径[J];环境科学与技术;2006年02期

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10 桑军强,王占生;BAF在微污染源水生物预处理中的应用[J];中国给水排水;2003年02期

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4 余薇;氧化—絮凝耦合工艺处理染料废水的研究[D];武汉科技大学;2008年

5 王艳;聚铁类无机高分子复合絮凝剂的制备及在高浓度淀粉废水处理中的应用[D];西北师范大学;2009年

本文编号：2594866