论文部分内容阅读
化工生产过程中产生的高浓度有机废水组分复杂、生物降解性能低、处理难度大。目前针对高浓度有机废水通用的处理方法主要是采用铁碳微电解+芬顿氧化的物化处理法,其存在处理效率低,污泥产生量大等问题,且物化处理污泥为危险固废,后续处置成本高。与传统的物化处理方法相比,臭氧催化氧化技术优势相对明显,适用性更强,污泥产生量小,成为近年来化工高浓度有机废水物化处理技术的研究热点。臭氧催化氧化技术的研究重点体现在催化氧化催化剂的研发和臭氧催化氧化工艺参数的优化二个方面。催化剂的选择目前主要集中在金属催化剂的研发方面,工艺参数优化主要体现在如何提高臭氧的利用效率方面。论文主要利用线路板制造企业产生的表面处理含铜污泥为原料制备金属催化剂,含铜污泥属于危险固废,需要委托有资质单位进行无害化处置,处置成本高,由于含铜污泥富含铜等金属,能够满足臭氧催化氧化的使用条件,降低催化剂的制备成本,废物资源化利用,具有一定的环境和经济效益。论文主要制备了二种金属催化剂,一种直接利用含铜污泥烧制铜催化剂,另一种利用含铜污泥作为载体制备Fe2O3-TiO2-Mn O2-Cu O复合催化剂。通过自制催化剂臭氧催化氧化高浓度有机废水(目标污染物为甲苯),研究工艺条件对臭氧催化氧化有机废水的影响,并与市售催化剂进行对比。最后通过实验分析臭氧催化氧化有机废水的动力学与机理。得出以下结论:(1)以含铜污泥制备铜催化剂对企业有机废水进行臭氧催化氧化。实验结果表明,含铜污泥主要成分为碳酸钙与铜离子,当催化剂用量为2 g/250 m L时,进气臭氧浓度为1L/min时,臭氧氧化废水中甲苯的效率达到最高为73.1%。(2)通过浸渍法制备Fe2O3-TiO2-Mn O2-Cu O复合催化剂。以臭氧氧化有机废水中甲苯的去除效率为参照,考察催化剂制备条件和工艺条件对废水中甲苯降解的影响。实验结果表明,通过表征分析得出Fe2O3、TiO2、Mn O2活性组分已成功负载到含铜污泥表面,基本结构未发生变化。复合催化剂最佳制备条件为:Ti4+、Mn2+和Fe3+摩尔比为2:2:1,焙烧温度最佳为500℃、焙烧时间2 h。最佳工艺条件为:催化剂用量为2 g/250 m L时,进气臭氧浓度为1 L/min。在最佳制备条件与工艺条件下,臭氧催化氧化废水中甲苯的效率达到88.87%。(3)自制催化剂与市售催化剂(活性炭、蜂窝陶瓷)臭氧催化氧化废水中甲苯对比实验表明,实验结果表明,前15 min内活性炭的臭氧催化氧化效率为54.78%,蜂窝陶瓷的臭氧催化氧化效率为69.96%,含铜污泥的臭氧催化氧化效率为71.82%,铜催化剂的去除效率为77.12%,Fe2O3-TiO2-Mn O2-Cu O复合催化剂臭氧催化氧化效率为88.87%。自制催化剂臭氧催化氧化效率明显高于市售催化剂。(4)当曝气段数为两段时,臭氧催化氧化废水中甲苯效率最高,铜催化剂去除效率为46.7%,Fe2O3-TiO2-Mn O2-Cu O复合催化剂去除效率为54.31%。(5)通过动力学分析,单独臭氧氧化和臭氧催化氧化废水中甲苯符合拟一级反应动力学模型。有机废水中甲苯浓度越高,臭氧氧化效率越高。从反应速率分析,臭氧催化氧化速率明显高于臭氧氧化。臭氧氧化的速率常数为0.02 min-1,铜催化剂臭氧催化氧化速率常数为0.0395 min-1,Fe2O3-TiO2-Mn O2-Cu O复合催化剂臭氧催化氧化速率常数为0.0607min-1。通过叔丁醇作为捕获剂对臭氧氧化机理进行分析,单独臭氧氧化和臭氧催化氧化均遵循羟基自由基机理。