Fenton试剂的现场发生技术及其在难降解有机废水处理中的应用

论文摘要

生化处理是工业有机废水处理的首选方法,但对于难降解的有机废水必须经过预处理提高其可生化性才能进行生化处理。Fenton试剂氧化法作为一种高级氧化技术在难降解有机废水处理中得到广泛的应用,其中的电Fenton法因能现场发生Fenton试剂而最具工业化应用潜力,但由于它工作电流小,电流效率低,电极易受污染等问题难以在真正的工业化中得到应用。本文提出了一种不同于电Fenton法的Fenton试剂现场发生技术,有望实现工业化应用。本文提出了一种独立于废水之外的H2O2现场制备技术,借鉴氧阴极还原法制备碱性H2O2的技术开发出低碱比低离子强度碱性H2O2的电合成技术,以适应Fenton氧化所需的弱酸性环境。采用2-乙基蒽醌改性的气体扩散电极作为氧还原阴极,以阳离子交换膜为隔膜,采用酸性阳极液膜过程控制阴极液的碱度,在电流密度为750A·m-2,空气流量为理论供氧量的1.3倍并将阳极产生的氧气返回气室,在室温条件下循环电解8小时,在pH为12的2.5wt%Na2SO4溶液中得到了碱比为0.23:1,质量浓度为1.5%的碱性H2O2溶液。本文还将铁炭微电解技术引入到Fe2+现场发生技术中,以生物素生产废水作为难降解有机废水的代表,通过铁炭微电解反应器可以快速地在废水中引入所需的Fe2+。在进水pH为3.5,Fe:C=1:1,循环反应3小时,实际停留时间为1小时,可以在废水中引入10mmol·L-1左右的Fe2+,同时去除部分COD。铁炭微电解技术与低碱比低离子强度H2O2电合成技术共同组成Fenton试剂现场发生技术。本文还研究了采用Fenton试剂现场发生技术对生物素生产废水进行预处理的工艺条件。经过单因素的影响研究确定了优选的操作条件为:铁炭微电解进水pH为1.5,微电解接触时间为1小时,微电解出水无需调整pH,以连续滴加的方式投加25mmol·L-1的现场制备的H2O2,在室温下反应1小时,生物素生产废水的COD去除率达50%以上。通过模拟好氧生化处理证明,采用Fenton试剂现场发生技术预处理后的生物素生产废水可生化得到了大大提高。在小试研究的基础,本文还进行了生产现场的中试研究,设计并制作了低碱比低离子强度碱性H2O2的中试装置和铁炭微电解的中试装置,同时建设了以Fenton试剂现场发生技术作为预处理技术的中试处理线,经三十天的连续运行结果看,出水水质稳定,与原有的处理工艺相比,无论是出水水质还是处理速度都得到了明显地提升,出水水质达到了富阳当地的纳管标准。中试研究结果证明,Fenton试剂现场发生技术是难降解有机废水预处理的有效技术手段,完全具备了实用化的可能,应用前景广阔。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 我国的水资源现状
• 1.2 难降解有机废水处理技术进展
• 1.2.1 难降解有机废水的特征和来源
• 1.2.2 典型的难降解有机废水
• 1.2.3 难降解有机废水的主要处理方法
• 1.2.4 难降解有机废水的预处理技术
• 1.2.5 高级氧化技术在难降解有机废水预处理中的应用
• 1.3 Fenton试剂及其在难降解有机废水处理中的应用
• 1.3.1 Fenton试剂的发现
• 1.3.2 Fenton试剂氧化法的机理
• 1.3.3 标准Fenton试剂氧化法及其应用
• 1.3.4 光Fenton试剂氧化法及其应用
• 1.3.5 电Fenton试剂氧化法及其应用
• 1.3.6 Fenton试剂氧化法与其它方法的联用
• 1.4 现有技术存在的不足
• 1.5 本论文研究的目的、意义和内容
• 1.5.1 研究的目的和意义
• 1.5.2 研究的思路
• 1.5.3 研究的主要内容
• 2O₂的电合成技术研究'>第二章 低碱比低离子强度H₂O₂的电合成技术研究
• 2.1 前言
• 2O₂的电合成技术与碱比'>2.2 碱性H₂O₂的电合成技术与碱比
• 2.3 实验与分析方法
• 2.3.1 仪器和化学试剂
• 2.3.2 气体扩散电极的工作原理
• 2.3.3 气体扩散电极的制备
• 2.3.4 实验装置与方法
• 2.3.5 分析方法与步骤
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 阴极液初始碱含量的优选
• 2.4.2 催化剂载量的选择
• 2.4.3 催化剂的影响
• 2.4.4 电流密度的影响
• 2.4.5 空气流量的影响
• 2.4.6 阳极氧气的利用
• 2.4.7 温度的影响
• 2O₂最终浓度的影响'>2.4.8 H₂O₂最终浓度的影响
• 2.4.9 碱浓度与碱比的变化
• 2.4.10 稳定性
• 2.5 本章小结
• 第三章 铁炭微电解技术研究
• 3.1 前言
• 3.2 铁炭微电解的原理
• 3.3 实验与分析方法
• 3.3.1 仪器和化学试剂
• 3.3.2 生物素生产废水水质
• 3.3.3 实验装置与方法
• 3.3.4 分析方法与步骤
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 铁的溶解试验
• 3.4.2 铁炭比的影响
• 3.4.3 初始pH的影响
• 3.4.4 pH值与铁含量的对应关系
• 3.4.5 不同初始pH值下的COD去除率
• 3.5 本章小结
• 第四章 生物素生产废水的Fenton试剂氧化预处理研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验与分析方法
• 4.2.1 仪器与化学试剂
• 4.2.2 工艺流程
• 2O₂现场发生装置与投加方式'>4.2.3 H₂O₂现场发生装置与投加方式
• 4.2.4 模拟好氧生化处理
• 4.2.5 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 2O₂投加量的影响'>4.3.1 H₂O₂投加量的影响
• 4.3.2 铁炭柱进水pH的影响
• 4.3.3 Fenton反应初始pH的影响
• 2O₂投加方式的影响'>4.3.4 H₂O₂投加方式的影响
• 4.3.5 Fenton反应时间的影响
• 4.3.6 模拟好氧生化处理
• 4.4 本章小结
• 第五章 Fenton试剂现场发生技术的中试研究
• 5.1 前言
• 5.2 原有处理工艺及存在的问题
• 5.3 中试研究过程
• 5.3.1 中试工艺流程
• 2O₂电合成中试装置的设计'>5.3.2 H₂O₂电合成中试装置的设计
• 5.3.3 铁炭微电解中试装置的设计
• 5.3.4 废水处理结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 尚待解决的问题
• 6.3 下一步的工作重点
• 6.4 应用前景
• 参考文献
• 附录1: 中试现场
• 附录2: 中试研究工艺流程图
• 2O₂电合成的单槽结构示意图'>附录3: H₂O₂电合成的单槽结构示意图
• 2O₂电合成中试装置装配图'>附录4: H₂O₂电合成中试装置装配图
• 2O₂电合成中试装置实物照片'>附录5: H₂O₂电合成中试装置实物照片
• 附录6: 铁炭微电解反应器结构示意图
• 附录7: 铁炭微电解反应器实物照片
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文