催化湿式氧化处理兰炭废水的研究

论文摘要

兰炭废水是一种典型的高浓度、难生物降解的工业有机废水,不经处理直接排入水体将会对环境造成严重危害。目前,兰炭生产厂家多采用生化法处理兰炭废水,但投入大且处理水未能达到国家相应标准。本文提出采用催化湿式氧化法处理兰炭废水。催化湿式氧化（Catalytic Wet Air Oxidation,CWAO）是一种高效处理高浓度、难生物降解有机废水的技术。其中,制备高效、稳定、廉价的催化剂是该项技术的关键环节。因此,本文旨在研究催化湿式氧化的催化剂的制备,并将之用于处理兰炭废水,考察了操作参数对废水处理效果的影响,初步探寻出了较佳的工艺操作条件。首先,针对兰炭废水,在一系列过渡金属Cu、Mn、Zn、Fe、Co、Cr、Ni中筛选出最佳活性组分Cu作为催化剂主活性组分,采用浸渍法制备了催化剂CuO/γ-Al2O3,以废水CODcr去除率为指标,考察了Cu负载量对催化活性的影响。其次,为了提高催化剂的活性和稳定性,选择添加了第二活性组分Mn及结构助剂Ce,制备了催化剂CuO-MnO2-CeO2/γ-Al2O3。考察了焙烧温度、焙烧时间、载体粒度及Ce添加量等对催化活性和稳定性的影响。采用BET和XRD对催化剂进行了表征以初步探讨各因素对催化活性影响的原因。通过试验,确定催化剂的最佳制备条件为:Cu负载量为5%,Cu:Mn = 2:1,Ce添加量为1.5%,焙烧温度为600℃,焙烧时间为4.5 h。最后,采用自制催化剂湿式氧化处理兰炭废水,通过对比湿式氧化和催化湿式氧化,说明CuO-MnO2-CeO2/γ-Al2O3催化剂是CWAO处理兰炭废水的一种可选催化剂,废水中CODcr去除率从湿式氧化的17.3%提高到催化湿式氧化77.8%。随后,考察了反应温度、氧气分压、搅拌速度、进水pH、催化剂投加量等对CWAO的影响。确定了实验室条件下的最佳反应条件:反应温度为150℃,氧气分压为1.6 MPa、搅拌速度为500 r/min,进水pH值为8。在此条件下,反应2 h后,CODcr去除率为77.8%,色度去除率达80.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 兰炭废水的来源、特点及危害
• 1.1.1 兰炭废水的来源及特点
• 1.1.2 兰炭废水危害
• 1.2 兰炭、焦化废水的处理现状
• 1.2.1 生化法
• 1.2.2 焚烧法
• 1.2.3 高级氧化法
• 1.3 催化湿式氧化技术
• 1.3.1 催化湿式氧化技术的发展
• 1.3.2 催化湿式氧化反应机理
• 1.3.3 催化湿式氧化法中的催化剂
• 1.4 研究目的与内容
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究内容
• 2 主要仪器、试剂与测试方法
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器设备
• 2.2 废水来源与性质
• 2.3 分析测试方法
• 2.3.1 化学需氧量CODcr的测定
• 3-N的测定'>2.3.2 NH₃-N的测定
• 2.3.3 色度的测定
• 2+含量的测定'>2.3.4 Cu²⁺含量的测定
• 2.3.5 比表面积测定
• 2.3.6 XRD测试
• 2.4 催化湿式氧化实验装置及其操作流程
• 2.4.1 催化湿式氧化实验装置
• 2.4.2 催化湿式氧化装置操作流程
• 3 催化剂的设计及制备
• 3.1 催化剂的制备方法及流程
• 3.1.1 载体预处理
• 3.1.2 浸渍
• 3.1.3 干燥
• 3.1.4 焙烧
• 3.2 催化剂的设计
• 3.2.1 载体的选择
• 3.2.2 主活性组分的选择
• 3.2.3 第二活性组分的选择
• 2 的添加'>3.2.4 助剂CeO₂的添加
• 3.3 本章小结
• 4 催化剂制备条件的优化
• 4.1 载体粒径
• 4.2 Cu负载量
• 4.3 Ce添加量
• 4.4 焙烧温度
• 4.5 焙烧时间
• 4.6 本章小结
• 2-CeO₂/γ-Al₂0₃ 催化湿式氧化处理兰炭废水的研究'>5 CuO-MnO₂-CeO₂/γ-Al₂0₃催化湿式氧化处理兰炭废水的研究
• 5.1 湿式氧化与催化湿式氧化的比较
• 5.2 CWAO 工艺条件的研究
• 5.2.1 反应温度
• 5.2.2 氧气分压
• 5.2.3 反应时间
• 5.2.4 进水pH 值
• 5.2.5 搅拌速率
• 5.2.6 催化剂投加量
• 5.3 本章小结
• 6 催化剂稳定性的研究
• 6.1 催化剂使用次数
• 2+的溶出'>6.2 Cu²⁺的溶出
• 6.2.1 酸性溶出
• 6.2.2 反应溶出
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录