Fenton降解杨木APMP制浆废液中木素和糖类污染物的作用机理
发布时间：2020-06-28 08:52
【摘要】：APMP制浆废液污染负荷大、色度高、毒性大、处理难度大,一定程度上限制了我国造纸工业的发展。木素降解产物,低分子有机酸类和聚糖类降解产物等是废液污染负荷和毒性主要来源。本论文以速生杨木实验室APMP制浆过程中化学预浸渍段废液为研究对象,采用Fenton法降解废液中的有机污染物,研究结果可为生产实践中速生材APMP制浆废水的净化处理提供理论指导。通过对单因素不同条件下杨木APMP制浆废液中木素和糖的浓度进行研究,结果表明废液中主要有机污染物是木素和各种糖类。制浆过程中各工艺因素对废液污染负荷的影响程度由大到小的顺序为：NaOH用量H202用量反应温度反应时间Na2SiO3用量。在APMP制浆废液后续Fenton处理过程中,木素和糖的降解是降低污染负荷的关键。实验探讨了Fenton预处理过程中各因素对杨木APMP制浆废液中COD和色度的去除率的影响,得出Fenton预处理的最佳工艺条件为：废液初始pH值为4,反应时间30 min, H2O2用量2.0 mL/L, FeSO4用量2.4 g/L。在此处理条件下,CODcr去除率达到38.7%,色度去除率达到65.4%,但废液的CODcr仅下降至13000 mg/L,需要与蒸煮挤碾废水、洗涤废水等低浓度废水混合后进行后续生化处理。影响Fenton降解木素效率的主要因素为温度、初始pH值、木素初始浓度、Fe2＋初始浓度以及H202初始浓度,在初始pH和温度保持不变的情况下,根据化学反应动力学原理,通过实验研究得出了各项动力学参数,同时验证出Fenton氧化降解木素的反应速率方程为Fenton降解木素的反应级数为1.53,反应底物浓度对Fenton降解木素的反应速率影响最大,其次是Fe2＋离子浓度,再次是H202浓度。此外,木糖中含有羟基,在Fenton试剂的作用下容易与木素的苯环上的支链发生反应,提高木素的去除效果。在木素浓度为1.0g/L时,木素和木糖混合废水CODcr的去除率随着木糖浓度升高而增加,这说明木糖对木素降解存在协同作用,也是影响木素降解的重要因素。红外光谱分析显示,废液中含有木素和糖的官能团,证实糖和木素在木片化学浸渍过程中均有溶出,是废液中污染负荷的主要来源。废液经过Fenton预处理,红外光谱中甲氧基的吸收峰消失,说明木素的结构被破坏,其结构发生了变化,苯环上的取代基与苯环形成共轭结构,致使木素发生降解。TGA分析显示,经过Fenton处理后,废液中的木素,LCC等大分子物质降解成了小分子物质。元素分析表明,废液中元素碳和元素氢的含量都有所降低,废液中的有机物降解生成水和二氧化碳。GC-MS图谱显示,杨木APMP化学浸渍废液经过Fenton预处理后,废液中挥发性有机污染物由21种增加到28种,苯环类有机物质相对含量从79.6%增加到84.2%,其中含有两个苯环类有机物增加明显,相对含量从38.8%增加到44.8%,这部分有机物较其它有机污染物更难于降解,导致处理后该类有机物浓度的升高。废液中部分苯环有机物取代基断裂脱落或者苯环开环,废液中短链(C8)有机物含量从1.0%增加到7.8%,该类污染物易于生物降解,提高了废液的可生化性,从而降低了后续废液的生化降解处理难度和处理成本。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X793
【图文】：
ＥＤＴＡ０．５％，ＭｇＳ0４邋１％不变的情况下，单独改变ＮａＯＨ用量，分别取２％、３％、逡逑４％和５％的添加量进行两段化学预浸溃，一段预浸溃与二段预浸溃ＮａＯＨ用量相同，收逡逑集两段废液分别测定木素和糖的含量做图２￣４：逡逑Ｑ１８－Ｉ邋’邋．巧ｍ邋Ｉ逦■逦做－逡逑。凸化逦／逦严邋｜－＞邋ｓ0逡逑Ｉ邋凸邋１２－逦１逡逑§凸１＆逦＼逦８逦／逦／逡逑导逦＼逦另逦／逡逑Ｑ０６＊逡逑２０邋２５邋ａｏ邋ａｓ邋４．０邋４．５逦５０逦２０邋２５邋ａＯ邋３．５邋４．０邋４．５邋５０逡逑］＾ｔｔＨｄＧｓａｇｐ（＾逡逑图２－４邋ＮａＯＨ加入量对木素巧唯浓度的影响逦＇深逡逑Ｋｇ．邋２－４邋巨ｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ＮａＯＨ邋ｄｏｓａｇｅ邋ｏｎ邋ｌｉｇｎｉｎ邋ａｎｄ邋ｓｕｇａｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ逡逑从图２－４可Ｗ看出，第一段化学预处理废液中的木素浓度要高于第二段化学预处理逡逑废液，随着ＮａＯＨ用量的增加，第一段化学预处理废液中的木素浓度呈现上升趋势，且逡逑上升幅度较显著，第二段化学预处理废液中的木素浓度呈现先提高后下降的趋势，在逡逑ＮａＯＨ用量为２％到３％时，木素浓度随ＮａＯＨ用量的增加而提高，而在ＮａＯＨ用量为逡逑３％到５％时木素浓度开始降低，原因可能是第二段化学预处理所使用的木片是经过第一逡逑段化学预处理后再次挤x际杞獾哪酒诮系停危幔希扔昧肯履舅赜薪徊降娜艹觯驽义献牛危幔希扔昧康脑黾樱酒砘潭雀茫苋艹龅哪舅卮蟛糠衷诘谝欢位гご砗湾义霞菲乒桃丫艹
本文编号：2732816
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X793
【图文】：
ＥＤＴＡ０．５％，ＭｇＳ0４邋１％不变的情况下，单独改变ＮａＯＨ用量，分别取２％、３％、逡逑４％和５％的添加量进行两段化学预浸溃，一段预浸溃与二段预浸溃ＮａＯＨ用量相同，收逡逑集两段废液分别测定木素和糖的含量做图２￣４：逡逑Ｑ１８－Ｉ邋’邋．巧ｍ邋Ｉ逦■逦做－逡逑。凸化逦／逦严邋｜－＞邋ｓ0逡逑Ｉ邋凸邋１２－逦１逡逑§凸１＆逦＼逦８逦／逦／逡逑导逦＼逦另逦／逡逑Ｑ０６＊逡逑２０邋２５邋ａｏ邋ａｓ邋４．０邋４．５逦５０逦２０邋２５邋ａＯ邋３．５邋４．０邋４．５邋５０逡逑］＾ｔｔＨｄＧｓａｇｐ（＾逡逑图２－４邋ＮａＯＨ加入量对木素巧唯浓度的影响逦＇深逡逑Ｋｇ．邋２－４邋巨ｆｆｅｃｔ邋ｏｆ邋ＮａＯＨ邋ｄｏｓａｇｅ邋ｏｎ邋ｌｉｇｎｉｎ邋ａｎｄ邋ｓｕｇａｒ邋ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ逡逑从图２－４可Ｗ看出，第一段化学预处理废液中的木素浓度要高于第二段化学预处理逡逑废液，随着ＮａＯＨ用量的增加，第一段化学预处理废液中的木素浓度呈现上升趋势，且逡逑上升幅度较显著，第二段化学预处理废液中的木素浓度呈现先提高后下降的趋势，在逡逑ＮａＯＨ用量为２％到３％时，木素浓度随ＮａＯＨ用量的增加而提高，而在ＮａＯＨ用量为逡逑３％到５％时木素浓度开始降低，原因可能是第二段化学预处理所使用的木片是经过第一逡逑段化学预处理后再次挤x际杞獾哪酒诮系停危幔希扔昧肯履舅赜薪徊降娜艹觯驽义献牛危幔希扔昧康脑黾樱酒砘潭雀茫苋艹龅哪舅卮蟛糠衷诘谝欢位гご砗湾义霞菲乒桃丫艹
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