【摘 要】
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焦化废水中主要含有酚类、苯系物、多环芳烃、氮杂环有机物等有机污染物和氨、氰、硫氰根等无机污染物,属于典型高浓度难降解复杂有毒工业有机废水,针对中小规模的焦化厂排放的废水可考虑直接采用活性炭吸附去除有机污染物或生物炭的方法实现高效的预处理。目前我国焦化废水处理工程的出水COD、氨氮很难达标排放,同时随着我国水环境的进一步恶化,废水处理工程出水的深度处理成为当前的趋势。TiO2多相光催化氧化技术因具有
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焦化废水中主要含有酚类、苯系物、多环芳烃、氮杂环有机物等有机污染物和氨、氰、硫氰根等无机污染物,属于典型高浓度难降解复杂有毒工业有机废水,针对中小规模的焦化厂排放的废水可考虑直接采用活性炭吸附去除有机污染物或生物炭的方法实现高效的预处理。目前我国焦化废水处理工程的出水COD、氨氮很难达标排放,同时随着我国水环境的进一步恶化,废水处理工程出水的深度处理成为当前的趋势。TiO2多相光催化氧化技术因具有适用范围广、氧化能力强、反应条件温和及无二次污染等特点在有毒难降解工业有机废水治理领域展示出巨大的应用潜能。文章选用过渡金属离子Fe3+与稀土金属离子Ce3+掺杂对TiO2进行改性,以揭示TiO2纳米粒子金属离子改性的机制及探索新的改性途径。通过焦化废水外排水中复杂有机物的TiO2光催化氧化降解规律的研究,探讨TiO2光催化氧化技术应用于工业水处理工程中外排水的深度处理的可行性。
以焦化废水原水作为研究对象,采用粉末活性炭作为吸附剂,考察活性炭投加量、温度、pH及反应时间对废水中主要有机污染物去除的影响规律,结合UV-Vis吸收光谱及GC/MS对吸附过程中有机物组分的变化进行定性和半定量分析。实验结果指出,在最佳反应条件即活性炭投加量6 g·L-1,温度30℃,pH=9,反应时间20 min的情况下处理的废水其有机物去除率大于70％,原水中检测出的56种有机物中的45种,如长链烷烃、多环芳香族及氮杂环化合物等的浓度降至检测限以下,剩余的11种有机物中苯胺、苯酚、吲哚、乙酸-2-甲基苯酯的去除率分别达到63.5％、42.6％、88.1％、28.1％,甲苯酚(邻、间)和二甲苯酚(5种)去除率在70％和85％以上。结果分析表明,多组分有机污染物共存体系的焦化废水活性炭吸附过程中,多环芳香族和氮杂环等弱极性且-△G0较大的大分子有机物优先被吸附且吸附容量大,构成了快速吸附过程；而苯胺、苯酚等强极性且-△G0较小的小分子单苯环有机物则表现为弱吸附过程。
以溶胶-凝胶法制备分别掺杂Fe3+、Ce3+和纯的TiO2纳米粒子,以橙黄IV的光催化氧化评价纳米粒子的紫外光与可见光活性,利用TG-DSC、XRD、BET及UV-Vis吸收光谱考察掺杂对TiO2的相变、粒径、比表面积及光吸收性能的影响,在归一化条件下探讨Fe3+及Ce3+掺杂对TiO2活性和表面性质产生影响的机制。结果表明:Fe3+及Ce3+的最佳掺杂量分别为0.2％和0.04％；Ce3+抑制TiO2由锐钛矿向金红石转变以及改善TiO2高温组织稳定性的能力均明显大于Fe3+;Fe3+和Ce3+掺杂均能提高TiO2的紫外光活性并扩展TiO2的光响应范围,但光生电子与空穴复合以及光腐蚀使它们对TiO2可见光活性的提高并不显著。Fe3+和Ce3+的半径及其相应氧化物的性质决定了两者对TiO2性能的不同影响。利用TiO2光催化氧化技术对广东韶钢集团焦化厂酚氰废水处理站外排水进行深度处理,在以废水的TOC去除率为指标对反应条件进行优化的基础上,利用UV-Vis吸收光谱及GC/MS对处理前后废水中的有机物进行定性分析,解析废水中有机物的光催化氧化降解规律。结果表明：在TiO2浓度为4 g·L-1以及不调节初始pH值的条件下,反应3 h废水的TOC去除率达到53.4％,废水中的有机物数量由66种降为23种,这23种难以降解的有机物除6种为反应生成的中间产物外,其它均为废水中本身存在；TiO2光催化氧化法对除多环芳烃外的其它有机物均有较好的去除效果,多环芳烃虽然在反应后结构变得相对简单但难以开环矿化,不同种类有机物的降解速率为石油烃>醇、酸、醛等其它有机物>酚>苯系物>含氮杂环有机物>多环芳烃。利用TiO2光催化氧化技术对焦化废水外排水进行深度处理具有可行性。
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