活性炭负载金属氧化物催化臭氧氧化处理印染废水

论文摘要

用传统的物化和生物处理工艺处理印染废水后,出水中仍含有较高浓度的难降解有机物,使COD和色度超标。本研究的目的是利用臭氧和活性炭负载金属复合氧化物吸附-催化协同降解印染废水,开发高效低成本的负载型催化剂,制备出相应的臭氧催化氧化反应器,并进行中试扩大试验。单独臭氧氧化试验中,有机物的去除主要是臭氧的直接氧化作用,臭氧浓度为27.98mg·L-1,反应时间为25 min,处理400ml分散染料废水后COD去除率最高仅39.29%。在紫外可见光谱中未产生其它中间产物的吸收峰；处理实际废水时,废水色度略有下降,马田酸性染料的COD去除率为22.3%,袜厂活性染料的为15.4%,源兴分散染料的为39.29%。催化臭氧氧化试验中,活性炭为载体,用分步沉淀法制备了Fe、Mn、Fe-Mn、Fe-Ce负载型催化剂,筛选出效果最优的活性组分；以CODcr去除率为主要指标,辅以色度,得出最佳的催化剂制备条件和氧化反应条件。结论如下：经400℃焙烧2 h,负载摩尔比为1：1的Fe-Mn复合氧化物的活性炭,在臭氧浓度为27.98 mg·L-1,反应12 min时,催化臭氧氧化处理染料废水,COD去除率可高达90%以上。中试实验中,臭氧浓度为2.494 g·h-1,单柱循环处理4次之后,分散染料原水和初沉池水COD去除率分别为67.1%和55.1%；用二级反应柱处理分散染料原水,停留时间13 min,催化臭氧化的效果较单独臭氧的好很多,对COD的去除率分别为21.84%和12.89%。控制停留时间50 min,出水COD可降至100以内；水处理成本是1.76元/吨。对臭氧氧化采用分光光度法定性测定反应过程中可能的自由基,拟合反应过程动力学方程。结果表明：臭氧氧化分散染料的过程遵循羟基自由基的作用机理,符合二级反应动力学；而Fe-Mn/AC催化臭氧氧化分散染料体系中,羟基自由基不是主要的活性物种,符合一级反应动力学；它们对分散染料的降解速率分别为0.0371 L·mg-1·min-1和0.4027 min-1,催化氧化速率是单独臭氧的10倍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 染料废水概况
• 1.1.1 染料起源
• 1.1.2 染料废水的来源
• 1.1.3 染料废水的特点
• 1.1.4 染料废水的处理难点和重点
• 1.2 染料废水处理技术
• 1.2.1 物理法
• 1.2.2 化学氧化法
• 1.2.3 生物法
• 1.3 臭氧及其在废水处理中的应用概述
• 1.3.1 臭氧简介
• 1.3.2 催化臭氧氧化及其在废水处理中的应用
• 1.3.3 臭氧氧化反应机理
• 1.3.4 催化臭氧化处理反应器的设计
• 1.4 活性炭及其催化性能
• 1.4.1 活性炭吸附的主要影响因素
• 1.4.2 活性炭吸附方式
• 1.4.3 负载型活性炭在水处理中的实际应用
• 1.5 课题来源与研究内容
• 第二章 试验内容与分析方法
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.1.1 主要实验药品
• 2.1.2 主要实验仪器
• 2.2 试验装置
• 2.2.1 小试试验装置
• 2.2.2 中试试验反应柱
• 2.2.3 中试试验工艺流程
• 2.3 废水来源及其性质
• 2.3.1 分散染料简介
• 2.3.2 实验室用染料废水来源
• 2.4 实验操作及分析方法
• 2.4.1 试验操作
• 2.4.2 主要检测方法
• 2.5 催化剂的制备
• 第三章 臭氧氧化处理及影响因素
• 3.1 臭氧浓度的影响
• 3.2 反应时间的影响
• 3.3 出水紫外可见光谱的变化
• 3.4 臭氧氧化处理效果
• 3.5 小结
• 第四章 催化臭氧氧化处理及影响因素
• 4.1 空白对比试验
• 4.1.1 不同气源
• 4.1.2 不同催化剂
• 4.2 絮凝-催化臭氧氧化
• 4.3 制备条件对催化臭氧氧化效果的影响
• 4.3.1 活性组分种类
• 4.3.2 焙烧温度
• 4.3.3 铁锰摩尔比
• 4.4 反应条件对催化臭氧氧化效果的影响
• 4.4.1 臭氧浓度
• 4.4.2 反应时间
• 4.5 催化剂上负载金属含量的测定
• 4.6 小结
• 第五章 中试试验及结果
• 5.1 单柱处理效果
• 5.2 二级反应柱处理效果
• 5.2.1 臭氧氧化作用比较
• 5.2.2 不同停留时间下的处理效果
• 5.3 成本估算
• 5.3.1 催化剂的制备费用
• 5.3.2 固定资本投资
• 5.3.3 运转成本
• 3废水的成本'>5.3.4 处理1m³废水的成本
• 5.3.5 中试装置实物图
• 5.4 小结
• 第六章 动力学研究
• 6.1 羟基自由基检测
• 6.2 速率常数和反应级数的确定
• 6.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文与专利
• 致谢
• 附录