超聲波降解酸性大紅B廢水的研究

1、鹽城紡織職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文（設計）題 目： 超聲波降解酸性大紅B廢水的研究 二 九 年 六 月目 錄1、選題申請表2、開題報告3、調(diào)查主要內(nèi)容4、數(shù)據(jù)整理、分析方法5、指導教師修改意見及評語6、畢業(yè)論文（設計）定稿（此部分為主要內(nèi)容）7、畢業(yè)論文（設計）質(zhì)量評價表8、畢業(yè)論文（設計）評審表（成績）9、材料要求雙面打印，裝訂線在左側(cè)。注：以上18為材料裝訂順序。 畢業(yè)論文（設計）選題申請表選 題超聲波降解酸性大紅B廢水的研究申請人指導教師姓名指導教師意見指導教師簽字： 200 年 月 日教學系部意見 領導簽字： 200 年 月 日學院意見 學院答辯委員會主任簽字： 200 年 月 日畢業(yè)論文

2、（設計）開題報告題目：超聲波降解酸性大紅B廢水的研究 二 九 年 六 月 日說 明 一、開題報告包括下列主要內(nèi)容：1、論文題目及題目來源2、選題的目的和意義；3、選題的國內(nèi)外研究概況和趨勢4、論文（設計）寫作的指導思想及技術方案（研究方法）；5、論文（設計）的基本框架；6、主要參考文獻（不少于篇）；7、指導教師意見；8、畢業(yè)論文開題報告評議結(jié)果；9、學院意見。 二、開題報告在批準選題報告后進行； 三、開題報告由教研室組織評議，并填寫“畢業(yè)論文開題報告評議結(jié)果”。經(jīng)教研室主任簽字，報學院批準后實施。四、此表不夠填寫時，可另加附頁。一、論文(設計)題目超聲波降解酸性大紅B廢水的研究題目來源二、選題

3、的目的和意義染料化工廢水屬典型的難降解有機工業(yè)廢水對環(huán)境造成了極大危害。染料廢水種類繁多，其有機物成分復雜，且廢水量大，色度高，毒性大，處理起來有相當?shù)碾y度。利用超聲波直接降解或強化降解染料廢水中的污染物，選取染料中用得最多的偶氮染料的廢水為實驗水樣，通過超聲波降解法對其進行處理，確定了最佳的工藝條件，以尋求有一定價值的染料廢水的治理方法。三、選題的國內(nèi)、外研究概況和趨勢（設計只介紹相應產(chǎn)品的用途、作品的應用信息） 超聲波輻照的化學效應是由美國學者Richards于20世紀20年代首次報道的，他們發(fā)現(xiàn)超聲波有加速二甲基硫酸酯的水解和亞硫酸還原碘化鉀反應的作用，但未引起化學家的重視。直到20世紀

4、90年代，超聲波的物理化學效應才逐漸為人們所重視，并發(fā)展成為一種新型的水污染控制技術成為人們關注的熱點之一。胡文容等用超聲強化臭氧技術處理偶氮染料，宋爽等也研究超聲強化臭氧技術處理分散藍染料，華彬等研究了超聲技術降解酸性大紅B廢水。 利用超聲波降解水中的化學污染物，尤其是難降解的有機污染物，是一項新型水處理技術。它集高級氧化技術、焚燒、超臨界水氧化等多種水處理技術的特點于一身，降解條件溫和、降解速度快、適用范圍廣，可以單獨或與其它水處理技術聯(lián)合使用，是一種很有發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗募夹g。近年來利用超聲波強化染料廢水的降解，或直接利用超聲波降解酸性大紅B廢水的研究報道日益增多。四、論文寫作（畢業(yè)設

5、計）的指導思想及技術方案（研究方法） 利用超聲波降解水中的化學污染物，尤其是難降解的有機物，是近年來發(fā)展起來的一項新型水處理技術。超聲波降解的原理超生波在溶液中引發(fā)的空化效應，當溶液被一定聲強的超聲波輻射時，空氣泡產(chǎn)生高溫、高壓，使得溶液和其中溶解的02高溫裂解，產(chǎn)生·O、·OH等強氧化劑，將水中的有機物氧化分解。該技術降解條件溫和、降解速度快、適用范圍廣、可以單獨或與其他水處理技術聯(lián)合使用，是一種很有發(fā)展?jié)摿蛻们熬暗募夹g。進一步掌握分析儀器的性能和使用方法，提高自身數(shù)據(jù)處理，歸納總結(jié)能力。實驗所用的藥品與器材均用自己根據(jù)參考文獻制備，進一步提高自我查閱文獻，運用專業(yè)知

6、識指導實踐操作，解決實際問題的能力，為當今工作打好基礎。五、論文（設計）的基本框架（結(jié)構(gòu)）1 前言 2 實驗部分 2.1實驗 基本原理2.2實驗材料、儀器3 結(jié)論與討論4 結(jié)束語5 展望 參考文獻致謝六、主要參考文獻（5篇以上） 1 InceN , Tezcanli G. Impacts of pH and Molecular Structure on U ltra2sonic Degradation of Azo Dyes J . U ltrasonics, 2004, 42 ( 4 ) : 591一596.2 Vajnhandl S, Le M A. U ltrasound in Text

7、ile DyeingandDecolouration /M ineralization of Textile Dyes J . D yes and Pigments, 2005, 65( 2) : 89一101.3 蔣建華，周明，許春建.超聲降解水體中化學污染物的研究現(xiàn)狀J.環(huán)JA科學進展,1998,6(6):2一93 4 程云，周啟星，馬奇英，王穎慧.染料廢水處理技術的研究與進展J.環(huán)境污染治理技術與設備，2003，(6):56一60.5 胡文容，錢夢祿，高廷耀超聲強化臭氧氧化偶氮染料的脫色性能中國給水排水，1999，15(11)：l一46 宋爽，金紅麗，何志橋超聲強化臭氧氧化分散藍染料廢水

8、的研究浙江工業(yè)大學學報，2006，34(3)：3063097 華彬，陸永生，唐舂燕，等超聲技術降解酸性大紅B廢水環(huán)境科學，2000，21(2)：88一90 8 王健龍，柳萍，施漢昌，等聲化學在水污染控制中的應用研究現(xiàn)狀J.化學通報，1997，7：35389 蔣建華，等超聲降解水中化學污染物的研究現(xiàn)狀J.環(huán)境科學進展，1998，6(6)：29310 Suslick K S，Doktye SAdvancee in SonochemistryJ. Science，1990，247；14391440七、指導教師意見 指導教師簽字： 200 年 月 日八、畢業(yè)論文（設計）開題報告評議意見 教研室主任簽字

9、： 200 年 月 日九、學院意見 學院答辯委員會主任簽字： 200 年 月 日調(diào)查的主要內(nèi)容 填寫與論文題目相關的調(diào)查材料或設計的相似品種的技術規(guī)格、風格特征、用途等。隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展染料的品種和數(shù)量日益增加染料生產(chǎn)和印染廢水已成為水環(huán)境的重點污染源之一。染料廢水具有有機物濃度高色度高無機鹽含量高成份復雜可生化性差脫色困難等特點難以采用常規(guī)方法進行治理且含有多種具有生物毒性或?qū)е氯?致癌、致畸、致突變)性能的有機物一直是工業(yè)污水處理中的難點也是當前國內(nèi)外水污染控制領域急需解決的一大難題。廢水中殘存的染料組分即使?jié)舛群艿团湃胨w亦會造成水體透光率的降低而最終將導致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞對此

10、，國內(nèi)外采用了化學法、物理化學法、生物法進行處理，各種處理方法對染料廢水都有一定的處理效率，各有優(yōu)缺點.90年代以來，聲化學技術在污染物凈化方面取得了顯著進展，被認為是一種清潔、高效的具有產(chǎn)業(yè)前景的新型處理方法.其中已對硝基化合物、有機磷農(nóng)藥、氯苯等有機物利用超聲波進行了降解研究.超聲波具有特殊的物理效應，特別是超聲波空化效應在空化泡中能產(chǎn)生高溫、高壓，能夠促進一些在常規(guī)條件下無法產(chǎn)生的反應，它集高級氧化、焚燒、超臨界氧化等多種水處理技術的特點于一身，且操作簡單方便，降解速度快，是一種新型有效的水處理手段，特別是用于處理難以降解的有機物、飲用水中的有害有機物本文探索和研究了超聲波降解酸性大紅B

11、染料廢水的影響因素及工藝條件。 數(shù)據(jù)整理、分析方法（設計思想、原則）超聲系統(tǒng)包括頻率和聲強或聲功率。研究表明，高頻超聲波有助于提高超聲降解速度，這是由于輕基自由基的產(chǎn)率隨聲源頻率的增加而增加，但頻率還與超聲波的衰減有關。增加聲強強度，有利于氧化反應，增大降解速度。如利用探頭式超聲波發(fā)生器降解農(nóng)藥甲胺磷水溶液時，隨著聲強的增加，空化程度增加，甲胺磷的降解率增大，但聲能太大，空化泡會在聲波的負相長得很大而形成聲屏蔽，系統(tǒng)可利用的聲場能量反而降低，降解速度也隨之下降。通過單因素實驗考察了溶液加酸量，超聲時間，染料初始濃度，反應溫度，處理時間對染料降解效率的影響。在此基礎上，通過正交試驗，得出了各因素

12、對降解率影響程度的主次，依次是：染料初始濃度，加酸量，超聲時間，反應溫度。指導教師對畢業(yè)論文（設計）修改意見及評語第一次 年 月 日第二次 年 月 日第三次 年 月 日指導教師對論文（設計）的評語及評分： 200 年 月 日畢業(yè)論文（設計）質(zhì)量評價表題 目超聲波降解酸性大紅B廢水的研究班級611學生姓名張小飛指導教師姓名朱馴職稱講師指導教師評定的成績評 價 項 目ABCDE選題質(zhì)量1選題符合綜合訓練基本要求2題目難易度3題目工作量4題目與科研、生產(chǎn)等實際的結(jié)合程度指導及答辯情況5綜合運用知識的能力6應用文獻知識的能力7設計（實驗）能力、計算能力8語言表達能力、應變能力9計算機應用能力10技術經(jīng)

13、濟分析能力11圖紙（或插圖）質(zhì)量12設計說明書（或論文）撰寫水平13規(guī)范化程度（欄目齊全合理）答辯組評定成績： 簽名： 年 月 日評定成績分為優(yōu)、良好、中、及格、不及格四等。畢業(yè)論文（設計）評審表論文（設計）題目答辯組對論文（設計）的評定：委托評閱人： 組長簽字： 200 年 月 日答辯組對論文（設計）答辯的評定： 組長簽字： 200 年 月 日答辯組綜合成績評定：綜合評分： 等級 組長簽字： 200 年 月 日學院論文（設計）答辯委員會意見：論文（設計）等級 學院答辯委員會主任簽字： 200 年 月 日摘要利用超聲波降解法對偶氮染料廢水進行處理，通過實驗確定其最佳工藝條件。以酸性大紅B染料配

14、制水為研究對象，考察了加酸量、超聲作用時間、初始濃度、溫度等因素對化學耗氧量( COD )去除率的影響。實驗結(jié)果表明:隨著加酸量的增大，COD去除率先增大后減少，在pH= 6.3附近的COD去除率最高;最佳反應時間為15min;初始濃度越低，COD的去除率越高；溫度越高COD去除率下降。關鍵詞:超聲波; 偶氮染料;染料廢水處理;酸性大紅B;COD1前 言1.1 印染廢水對環(huán)境的危害紡織印染工業(yè)是最大的污染源和水資源消耗者之一。隨著染料合成、印染等工業(yè)廢水的不斷排放和各種染料的不斷使用,排入環(huán)境的染料數(shù)量和種類不斷增加,造成環(huán)境污染日趨嚴重。據(jù)報道,全世界每年以廢物形式排入環(huán)境的染料約6萬噸。含

15、染料污水具有水量大、分布面廣、水質(zhì)變化大、有機毒物含量高、組分復雜以及難降解等特點。所以,染料廢水的凈化一直是水處理的難點和熱點之一。1.2 印染廢水治理的方法當前 ，水資源污染問題在世界上是急需解決的問題之一。同樣，我國的水資源也面臨嚴重的污染問題，水中的污染物尤其是難降解有機污染物的處理，一直是環(huán)保領域的一個重要研究課題。當前治理廢水的方法較多，有物理法、化學法、生化法以及物理化學法中的新技術，其中包括膜、超聲波、等離子體法、超臨界水氧化法（SCWO）、深度化學氧化法（AOP）、光催化氧化法、電化學法以及傳統(tǒng)生物法和混凝法等方法。在物理處理法中應用最多的是吸附法。目前，國外主要采用活性炭吸

16、附法，該法對去除水中溶解性有機物非常有效，但它不能去除水中的膠體和疏水性染料，對陽離子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有較好的吸附性能。氧化法是利用臭氧、氯及其含氧化合物等氧化劑將染料的發(fā)色基團氧化破壞而脫色。臭氧氧化法在國外應用較多，研究發(fā)現(xiàn)，臭氧氧化法對多數(shù)染料能獲得良好的脫色效果，但對硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差。好氧生物處理技術因其原理簡單、效果較好而受到廣泛應用。相對于厭氧處理法而言，該法不產(chǎn)生臭味，使人樂于接受。但是，好氧處理法雖然對COD 的去除率較高，對色度的去除率卻不太理想。而且好氧處理法因為要通氣而耗能較多，污泥產(chǎn)量也較大，給后處理造成麻煩。

17、超聲波降解法作為一種新的能量形式在化學化工領域中的應用研究，獲得了許多有價值的成果。超聲波對化學反應所產(chǎn)生的獨特作用以及它的良好的應用前景正越來越引人注目。本文選用難降解污染物之一 酸性大紅B染料作為研究對象，利用超聲波空化作用所產(chǎn)生的瞬時的局部高溫(4000k)和高壓(500atm)使之降解.為其它難降解物質(zhì)的降解提供了技術支持。2實驗部分2.1基本原理超聲波由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成，通過液體介質(zhì)向四周傳播。當聲能足夠高時，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空核?？蘸说膲勖s為0.1 Ks，其爆炸瞬間可以產(chǎn)生大約4000K和100MPa的局部高溫高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度為110

18、m/s具有強烈沖擊力的微射流，這種現(xiàn)象稱為超聲空化氣這些條件足以使有機物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應。這些自由基會引發(fā)有機分子斷鏈、自由基轉(zhuǎn)移以及發(fā)生氧化還原反應。只要降解條件合適，反應時間足夠長，超聲降解的最終產(chǎn)物都是熱力學穩(wěn)定的單質(zhì)或礦物質(zhì)。這表明，在理論上，超聲法可能成為一種新穎的、無污染的污水處理方法。2.2實驗材料、儀器及廢水2.2.1實驗材料染料酸性大紅B、K2Cr2O7掩蔽劑、專用催化劑、專用氧化劑、28.6%硫酸。酸性大紅B分子結(jié)構(gòu)如下: 2.2.2實驗儀器SK250一LH(40W)型脈沖調(diào)制式超聲清洗器(天津旗美科技)；電子天平（島津公司）；YH

19、CA-100A COD快速測定儀（江蘇銀河儀器廠）；YH-16型消解裝置（江蘇銀河儀器廠）。2.2.3實驗廢水實驗用水：以成品染料酸性大紅B配制的模擬廢水作為水樣,用蒸餾水配制。2.2.4實驗及分析方法 配制濃度為0.0625g/L 、0.125g/L、0.225 g/L、0.325 g/L、0.425 g/L的溶液作為實驗的模擬廢水，取100ml酸性大紅B染料廢水于容量瓶中，放置于超聲清洗器中，超聲結(jié)束后，各取3ml混合均勻的水樣于洗凈的具塞刻度消解管中，依次加入專用氧化劑1ml、1至2滴掩蔽劑和分析用催化劑液體5ml，搖勻。將反應管插入恒溫加熱孔中（嚴禁加蓋消解)，待溫度重新回到設定值（方

20、法規(guī)定為160）按啟動鍵，儀器自動進入消解，40分鐘后，取出試管放在試管架上自然冷卻2分鐘，再用冷水冷卻至室溫。然后用水定容至12ml刻度線，加蓋搖勻，冷卻至室溫,靜置沉淀后,吸取上層清液測定樣品COD值。COD的去除率公式:COD%=C0-CC0C0：原始CODC：處理后COD3實驗結(jié)論與討論3.1 處理廢水的初始濃度對去除率的影響實驗條件為廢水的初始濃度不同，加酸量，溫度反應時間相同，測定不同初始濃度廢的水質(zhì)指標，考察初始濃度不同對COD去除率的影響。實驗結(jié)果見圖1。圖1 初始濃度對去除率的影響由以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，在廢水的初始濃度值較低時，去除率隨初始濃度值的增加而減小，去除率隨初始濃

21、度值的變化不大。隨著廢水的初始濃度值的繼續(xù)增加，去除效果不明顯。3.2 反應體系加酸量對處理效果的影響實驗條件為0.225 g/L濃度的酸性大紅B模擬廢水，測定不同加酸量廢水的水質(zhì)指標，考察加酸量不同對COD去除率的影響。實驗結(jié)果見圖2。圖2 加酸量對處理效果的影響控制實驗溫度為20，反應時間為15min。由圖2可以看出，隨著加酸量的增加，COD的去除率降低，這可能是由于加酸量影響酸性大紅B分子在水溶液中的電子形態(tài);當酸性較低時，有機污染物以分子形式存在，更容易揮發(fā)進人空化泡內(nèi)參與高溫熱解過程，有利于污染物的降解. 酸性也影響有機物中間體在水中的存在形式，造成有機物各種形態(tài)分配比例發(fā)生變化，導

22、致降解機理的改變，進而影響有機物降解效率.3.3 反應時間對處理效果的影響實驗條件為0.225 g/L酸性大紅B模擬廢水，加酸量和濃度不變，調(diào)節(jié)不同的超聲時間，反應溫度控制在20左右，反應終止后測定出水的水質(zhì)指標，并計算其COD去除率。實驗結(jié)果見圖3.圖3 反應時間對處理效果的影響根據(jù)圖3。可以看出，反應時間也是處理效果的一個重要影響因素，考慮到反應時間增加會增加用電等處理成本，再結(jié)合去除率，15min可以作為最佳反應時間。3.4 溫度對去除率的影響實驗表明，在超聲輻照下，盡管在液相反應中，提高溫度有利于加快反應速度，但超聲誘導降解主要由于空化效應而引發(fā)的反應，溫度過高時，在聲波負壓半周期會使

23、水沸騰而減小空化產(chǎn)生的高壓，同時空化泡會立即充滿水汽而降低空化產(chǎn)生的高壓，因而降低了降解效率. 根據(jù)實驗結(jié)果，最合適的反應溫度在20左右。對酸性大紅B廢水降解的影響不大。圖4 溫度對去除率的影響3.5 實例分析 筆者利用該工藝在鹽城某廠進行了小試，由上述最佳工藝參數(shù)進行的實驗，其COD。最終去除率達85%以上，具體數(shù)據(jù)見表1.表1 10d的CODCr監(jiān)測數(shù)據(jù)L時間 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10原水 1208 1194 1170 1185 1200 1186 1215 1223 1189 1197出水 173 162 155 145 175 168 178 180 167 153由表

24、1數(shù)據(jù)可見，超聲降解該廠廢水取得了不錯的效果，出水已達國家行業(yè)標準紡織染工業(yè)水污染物排放標準(GB4287-1992)二級標準。若想達到一級標準，僅用超聲法可能還有一定的距離，可與其他方法配合使用。3.6 結(jié)論根據(jù)上述實驗和分析，可得出如下結(jié)論: (1) 40KHz的超聲波降解低濃度酸性大紅染料廢水的最佳工藝條件為:加酸量宜少;輻照時間為30min;反應最佳溫度控制在1520。(2) 由于酸性大紅B染料分子是極性難揮發(fā)有機物，超聲波對低濃度酸性大紅B染料廢水的降解有良好的效果，而對高濃度廢水，超聲波的空化效應大為減弱，處理效果不明顯。(3)超聲降解技術對染料污染物處理具有易操作，成本低的特點。

25、而且可以與其他水處理技術聯(lián)合應用，理論上超聲波可以將有機物可徹底降解為二氧化碳等無機物，具有良好的發(fā)展和應用前景。4展 望聲化學自身具有低能耗、少污染和污染等特點，且聲解能使水體中有毒有機物轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2、H2O、無機離子或比原有機物毒性小的有機物。聲解可以單獨使用或聯(lián)用另一技術，如光解。 利用超聲技術控制可氧化的水中痕量污染物與其他傳統(tǒng)技術相比有著競爭潛力。例如，在能耗方面，遠低于光解，處理含有鹵代烴化合物的水，消耗總功率為0.1kW;在處理效果方面，超聲輻照破壞有機化合物優(yōu)于碳吸附和膜萃取，不會造成再污染;在原水要求方面，超聲降解有機物的濃度范圍很寬，達幾個數(shù)量級，不受相對低的有機質(zhì)濃度的限

26、制;超聲空化幾乎不受pH值變化的影響。它的簡單、可流動性且高效降解表明:聲化處理技術可以與其他深度水處理技術展示競爭力，顯示其聲解有機物的強大生命力和廣闊前景，是一項很有前途的水處理技術。聲化學作為一門邊緣學科，而超聲空化降解水體中有毒有機物正在逐漸形成該研究領域的一個分支，但目前仍處于基礎研究階段，要使該技術工程化和產(chǎn)業(yè)化還需要進行大量的工作。具體講: (1) 研究不同頻率的聲化效應及兩種不同頻率協(xié)同效應，拓寬聲化應用范圍。不同頻率有不同的聲化效應，當高低頻率同時空化可以獲得比單一頻率更令人滿意的結(jié)果，頻率在MHz范圍工作的換能器產(chǎn)生的超聲場能有效傳質(zhì)，而頻率在kHz范圍工作的更高能量的換能

27、器可增強它的機械和功率空化效應，可見頻率效應的研究是很重要的;(2) 揭示聲化學的反應機理，尋求提高其空化效率的有效途徑等。(3) 研究超聲降解有機物的機理和動力學，為最優(yōu)設計反應器、最優(yōu)操作超聲空化過程提供理論參數(shù)。除理論研究之外，還需解決技術性問題，如尋求長期耐腐蝕、耐高溫和耐高壓的反應器材料。超聲波應用于廢水處理的技術通過化學、冶金、聲學、環(huán)境、物理等領域的科學家協(xié)同合作、聯(lián)合攻關，最終會成為一種新型有效的水處理手段，以處理難降解的廢水、飲用和地下水中有機物。對于獲得有利于人類健康優(yōu)質(zhì)水和消除環(huán)境污染具有重大的意義。（4）超聲強度和頻率之間可能有一個最佳匹配問題，并不是在所有情況下高頻超

28、聲波都是有利于降解的。既要提高聲能的利用效率，又要避免有毒中間體或產(chǎn)物的產(chǎn)生，是超聲降解技術今后需要解決的主要問題。 參考文獻1. 張宇峰,滕潔,張雪英,王曉軍,徐炎華. 印染廢水處理技術的研究進展J. 工業(yè)水處理, 2003, (4) : 23 - 27.2. 程云,周啟星,馬奇英,王穎慧. 染料廢水處理技術的研究與進展J. 環(huán)境污染治理技術與設備, 2003, (6) : 56 - 60. 明銀安,陸曉華. 印染廢水處理技術進展J. 工業(yè)安全與環(huán)保,2003, (8) : 16 -19. ByJin Gawtin,Ying Shih Ms.Oxidation of2- Chloorphenolin waterbyu lrtasound/Fenton methodJ.1 .E nviorn.Eng.,2000,126 (2) :13 0-137.