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垃圾渗滤液是一种难降解的高浓度有机废水,不经处置排放将会引起严重的环境问题,且一般的生物组合处理工艺很难将其有效降解。众多研究表明,垃圾渗滤液中的难降解有机物主要是水溶性腐殖质,而水溶性腐殖质主要由腐殖酸(Humic Acid,HA)和富里酸(Fulvic Acid,FA)组成。
高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,AOPs)在水处理领域方面有着显著的优势。其主要原理是通过反应体系中产生活性极强的自由基(如羟基自由基·OH)将水体中的大分子难降解有机污染物氧化分解成低毒或者无毒的小分子产物。AOPs多种多样,其中臭氧氧化、二氧化钛(TiO2)光催化氧化以及钒酸铋(BiVO4)光催化氧化三种不同的高级氧化技术因各自独特的优点受到了越来越多的关注。臭氧氧化技术主要通过直接反应或间接反应氧化有机物,反应速度快、无二次污染;TiO2光催化氧化技术主要通过半导体光催化剂TiO2吸收紫外光能发生电子跃迁,从而引发一系列自由基链式反应产生氧化性极强的自由基(主要是·OH)氧化有机物,其反应条件温和;对于BiVO4光催化氧化技术来说,其半导体光催化剂BiVO4的禁带宽度较窄,能够实现在可见光下降解有机物,且光催化活性高,无毒害。
本论文采用臭氧氧化、TiO2光催化氧化以及BiVO4光催化氧化技术对垃圾渗滤液中的典型难降解有机物FA进行氧化降解,探究了各种高级氧化技术的影响因素,找到各个实验的最佳反应条件并从能耗的角度探究了最优的实验方案,以期为垃圾渗滤液的降解提供更加有效的处理方法。
采用臭氧氧化技术降解FA,控制FA浓度为250mg·L-1,体积为40L,以化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、水样在254nm处的吸光度值(UV254)、色度(Colour Number,CN)的去除率表征实验效果,探究臭氧浓度、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验的最佳反应条件为臭氧浓度为36.7mg·L-1、反应时间为60min、溶液初始pH值为9,此时COD、UV254以及CN的去除率分别为36.58%、76.56%、95.66%,EDR为2.10×10-3Kg/KJ。
采用TiO2光催化氧化技术降解FA,控制FA浓度为50mg·L-1,体积为100mL,以UV254的去除率表征实验效果,探究TiO2投加量、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验的最佳反应条件为TiO2投加量为0.09g、反应时间为60min、溶液初始pH值为5,此时UV254的去除率为95%,EDR为2.20×10-5Kg/KJ。
采用BiVO4光催化氧化降解FA,首先利用溶液燃烧法(Solution Combustion Method,SCM),控制煅烧温度为500℃合成BiVO4光催化材料,通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、X射线电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)、紫外可见吸收光谱(Ultraviolet-Visible Spectroscopy,UV-Vis)等手段对样品的形貌和结构进行表征分析。后以FA为目标降解物,控制其浓度为10mg·L-1,体积为50mL,以UV254的去除率表征实验效果,探究BiVO4投加量、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验所制备的BiVO4材料为单斜晶体结构的BiVO4,实验最佳反应条件为BiVO4投加量为1.5g反应时间为80min,溶液初始pH值为6,此时UV254的去除率为52%;在反应时间为60min时,EDR为4.81×10-7Kg/KJ。
在相同的反应时间为60min时,臭氧高级氧化技术降解富里酸的效能比EDR要远大于其他两种高级氧化技术。于是,从能耗的角度来看,针对富里酸的氧化降解,在本文所讨论的三种不同的高级氧化技术中,臭氧高级氧化技术是最优的实验方案。
高级氧化技术(Advanced Oxidation Processes,AOPs)在水处理领域方面有着显著的优势。其主要原理是通过反应体系中产生活性极强的自由基(如羟基自由基·OH)将水体中的大分子难降解有机污染物氧化分解成低毒或者无毒的小分子产物。AOPs多种多样,其中臭氧氧化、二氧化钛(TiO2)光催化氧化以及钒酸铋(BiVO4)光催化氧化三种不同的高级氧化技术因各自独特的优点受到了越来越多的关注。臭氧氧化技术主要通过直接反应或间接反应氧化有机物,反应速度快、无二次污染;TiO2光催化氧化技术主要通过半导体光催化剂TiO2吸收紫外光能发生电子跃迁,从而引发一系列自由基链式反应产生氧化性极强的自由基(主要是·OH)氧化有机物,其反应条件温和;对于BiVO4光催化氧化技术来说,其半导体光催化剂BiVO4的禁带宽度较窄,能够实现在可见光下降解有机物,且光催化活性高,无毒害。
本论文采用臭氧氧化、TiO2光催化氧化以及BiVO4光催化氧化技术对垃圾渗滤液中的典型难降解有机物FA进行氧化降解,探究了各种高级氧化技术的影响因素,找到各个实验的最佳反应条件并从能耗的角度探究了最优的实验方案,以期为垃圾渗滤液的降解提供更加有效的处理方法。
采用臭氧氧化技术降解FA,控制FA浓度为250mg·L-1,体积为40L,以化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)、水样在254nm处的吸光度值(UV254)、色度(Colour Number,CN)的去除率表征实验效果,探究臭氧浓度、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验的最佳反应条件为臭氧浓度为36.7mg·L-1、反应时间为60min、溶液初始pH值为9,此时COD、UV254以及CN的去除率分别为36.58%、76.56%、95.66%,EDR为2.10×10-3Kg/KJ。
采用TiO2光催化氧化技术降解FA,控制FA浓度为50mg·L-1,体积为100mL,以UV254的去除率表征实验效果,探究TiO2投加量、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验的最佳反应条件为TiO2投加量为0.09g、反应时间为60min、溶液初始pH值为5,此时UV254的去除率为95%,EDR为2.20×10-5Kg/KJ。
采用BiVO4光催化氧化降解FA,首先利用溶液燃烧法(Solution Combustion Method,SCM),控制煅烧温度为500℃合成BiVO4光催化材料,通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)、X射线电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)、紫外可见吸收光谱(Ultraviolet-Visible Spectroscopy,UV-Vis)等手段对样品的形貌和结构进行表征分析。后以FA为目标降解物,控制其浓度为10mg·L-1,体积为50mL,以UV254的去除率表征实验效果,探究BiVO4投加量、反应时间、溶液初始pH值对实验的影响,以期找到实验的最佳反应条件并分析其效能比EDR。结果表明本实验所制备的BiVO4材料为单斜晶体结构的BiVO4,实验最佳反应条件为BiVO4投加量为1.5g反应时间为80min,溶液初始pH值为6,此时UV254的去除率为52%;在反应时间为60min时,EDR为4.81×10-7Kg/KJ。
在相同的反应时间为60min时,臭氧高级氧化技术降解富里酸的效能比EDR要远大于其他两种高级氧化技术。于是,从能耗的角度来看,针对富里酸的氧化降解,在本文所讨论的三种不同的高级氧化技术中,臭氧高级氧化技术是最优的实验方案。