Fenton与电Fenton技术处理有机废水的应用研究

发布时间：2020-06-21 14:46

【摘要】：传统的生物处理技术对水中的生物难降解有机物去除效率较低时,高级氧化技术处理此类污染物可发挥反应速度快、处理完全、二次污染小、适用范围广等优点,可成为生物难降解有机废水治理的有效方法之一。在高级氧化技术中,Fenton技术相对稳定、简单、具有应用优势,得到了广泛关注。目前其去除特定难降解有机物的过程与机理有待具体深入研究,同时也存在实验室单底物模拟条件与实际水体复杂体系条件相差较大等问题,得到的结果在实际工程应用时应研究其他组分的影响。研究以Fenton与电Fenton方法降解单底物模拟废水作为比较基础,考察了单底物和双底物条件下Fenton与电Fenton降解水中有机污染物的动力学行为,并对多底物条件下Fenton技术降解水中有机物的机理进行了探讨。主要开展如下研究： (1)分别采用甲基橙和刚果红偶氮染料作为模型化合物,考察Fenton技术降解水相中模型化合物的动力学特征。结果表明Fenton技术降解模型化合物的反应过程可以用底物浓度准一级动力学来表征,在30℃-60℃范围内温度对Fenton技术降解目标化合物的影响不明显,说明该过程具有较宽的温度适应范围。通过溶液浸渍法制备出以活性炭为基础的非均相Fenton催化剂,在pH为2.0～5.0范围内均具有较高活性,反应30min降解脱色0.028mmol/L甲基橙溶液脱色率均可达90%以上,反应过程中Fe2+离子浓度稳定在1.5mmol/L以上。 (2)通过溶液浸渍法可以将金属Ag单质负载于金属加工废料铁刨花上,制备出双金属阴极电极。实验条件下,Fe基负载金属Ag作为阴极,反应60min后H202生成量比石墨板阴极生成量增加了46.9%,体相中Fe2+浓度分别比石墨板阴极增加了10.6倍,说明通过电极的改性可以改善电Fenton反应的效率。开发设计出内循环塔式阴极电Fenton反应器(ICBR),相对于普通方形电解槽反应器降解脱色甲基橙溶液具有很好的效果,相同条件下,其一级动力学反应常数为方形电解槽反应器的5.39倍,铁刨花作为阴极用于内循环塔式阴极电Fenton反应器具有较好的经济性和实用性。 (3)分别采用亚甲基蓝-苯酚和甲基橙-十二烷基硫酸钠(SDS)两类双化合物体系作为多底物模拟环境水相,并对其进行Fenton、电Fenton技术氧化降解实验。结果表明苯酚对亚甲基蓝溶液脱色的抑制效果影响明显,推测苯酚与亚甲基蓝的Fenton反应为并行竞争反应,苯酚占有优势,亚甲基蓝的毓基因为空间位阻的存在,加之苯环结构影响电子云变形,相对于苯酚不容易被氧化。在甲基橙-SDS体系中,当SDS小于临界胶束浓度时,甲基橙降解反应速率常数随SDS浓度的增加而下降,推测SDS与甲基橙在水溶液中发生水合反应,SDS阻碍甲基橙被直接进攻氧化。实验结果表明双底物条件下,目标化合物的降解会受到第二种模型化合物的影响,且影响行为与两种化合物的分子结构及亲电竞争能力有关。 (4)考察了Fenton技术与电Fenton技术降解实际糠醛工业废水的效果,在10L反应器中的实验结果表明Fenton技术由于反应条件温和,pH值变化较小,降解效率高,FeSO4、H202和COD的初始质量比为2：1：10时,反应1小时COD从13000mg/L降为1900mg/L,可以作为糠醛废水的预处理手段。采用Fenton-混凝-PACT组合工艺处理糠醛废水,效果稳定,基本达到污水综合排放标准(GB8978-1996)中规定的二级排放标准,药剂费用4.96元/吨糠醛废水,投资费用较低,具有很好的环境效益和经济效益。本研究成果丰富了Fenton高级氧化技术理论,并为Fenton技术在工业废水处理应用中的过程控制提供了科学研究参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X703

【参考文献】