畢業(yè)設(shè)計-再生紙廢水處理

1、.PAGE ：.；摘 要針對傳統(tǒng)的再生紙廢水處置方法一次性投資高、管理難度大、處置效果不理想的問題，本研討將超聲波技術(shù)與催化內(nèi)電解工藝相結(jié)合，并用于實踐再生紙廢水的降解預(yù)處置。經(jīng)過對廢水COD和色度去除率兩項實驗?zāi)康牡恼{(diào)查，討論了鐵-沸石比、鐵-銅比、初始pH值、反響時間、超聲功率等要素程度對超聲-催化內(nèi)電解耦合反響的影響。同時還進展了超聲強化催化內(nèi)電解法與單獨催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水的對比實驗，最后在已得出的最正確影響條件下，進展該耦合體系的循環(huán)小試實驗，討論了該實驗方案的可行性。研討結(jié)果闡明，超聲-催化內(nèi)電解法可以到達并優(yōu)于單獨催化內(nèi)電解法對再生紙廢水的處置效果。各要素對超聲-催化內(nèi)電解

2、耦合反響的影響按大小次序來說是反響時間 初始pH值 鐵-銅質(zhì)量比 超聲功率 鐵-沸石質(zhì)量比。最正確反響條件為鐵-銅-沸石比3:1:1、初始pH值4.0、超聲功率200W、曝氣量為0.4L/min、反響時間90 mins。在最正確反響條件下COD去除率到達64%以上，色度去除率達74%以上。循環(huán)小試實驗確定超聲-催化內(nèi)電解出水的最正確回流比為50%，經(jīng)兩次循環(huán)后，不同反響時間下廢水的COD去除率都穩(wěn)定在52%63%，色度去除率最高可達92%。實驗證明，超聲協(xié)同催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水具有可行性。該耦合工藝的設(shè)備構(gòu)造簡單、能耗低、操作簡便，運用潛力宏大，市場前景非常寬廣。關(guān)鍵詞：超聲，催化內(nèi)電解

3、，再生紙廢水ABSTRACTDue to the problem of the conventional method of recycled paper-making wastewater treatment with high one-time investment, difficult management and unsatisfactory results, the study combines ultrasonic technology with catalyzed internal electrolysis technology and uses the combination

4、as pretreatment to degrade the actually recycled paper-making wastewater. Through inspecting the two indicators of COD removal and color removal, the impact of factors and levels such as iron-zeolite proportion, iron-copper proportion, initial pH, reaction time, ultrasonic power on the us- catalyzed

5、 internal electrolysis coupled reaction is investigated. Meanwhile, the comparative experiments between us-catalyzed internal electrolysis and individually catalyzed internal electrolysis are also tested. Finally, we discuss the feasibility of the program by conducting circulation pilot test under t

6、he optimum conditions. The results showed that the treatment effect of us-catalyzed internal electrolysis can achieve even be superior to that of individually catalyzed internal electrolysis. The impact of various factors on the coupled reaction according to the order is the reaction time, initial p

7、H, the ratio of iron to copper, ultrasonic power and the ratio of iron to zeolite. The optimum condition for the ratio of iron - copper - zeolite is 3:1:1; for the initial pH is 4.0; for ultrasonic power is 200 W; for aeration capacity is 0.4 L / min and for the reaction time is 90 mins. Under the o

8、ptimum conditions COD removal rate is above 64% and color removal rate is above 74%. The best refluent ratio of the circulation is 50%. After twice recycles, the COD removal rates under different reaction times are all stable at 52% 63%, while the highest color removal rate is up to 92%.The experime

9、nts show that the technology that catalyzed internal electrolysis is coordinated by ultrasound is feasible. The coupled process has the advantage of simple equipment, low energy consumption and simple operation. Its application is greatly potential, and the market prospects are very broad.KEY WORDS:

10、 ultrasound, catalyzed internal electrolysis, recycled paper-making wastewater.目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202118862 摘 要 PAGEREF _Toc202118862 h 1 HYPERLINK l _Toc202118864 ABSTRACT PAGEREF _Toc202118864 h 2 HYPERLINK l _Toc202118865 前 言 PAGEREF _Toc202118865 h 5 HYPERLINK l _Toc202118866 第1

11、章 概述 PAGEREF _Toc202118866 h 6 HYPERLINK l _Toc202118867 1.1 再生紙廢水的處置技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc202118867 h 6 HYPERLINK l _Toc202118868 1.1.1 再生紙廢水的特性 PAGEREF _Toc202118868 h 6 HYPERLINK l _Toc202118869 1.1.2 再生紙廢水處置技術(shù)現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc202118869 h 7 HYPERLINK l _Toc202118870 1.2 催化鐵內(nèi)電解法 PAGEREF _Toc202118870 h 7

12、 HYPERLINK l _Toc202118871 1.2.1 催化鐵內(nèi)電解法處置廢水的原理 PAGEREF _Toc202118871 h 7 HYPERLINK l _Toc202118872 1.2.2 催化鐵內(nèi)電解法污水處置技術(shù)的研討現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc202118872 h 8 HYPERLINK l _Toc202118873 1.2.3 催化內(nèi)電解法的影響要素 PAGEREF _Toc202118873 h 9 HYPERLINK l _Toc202118874 1.3 超聲波降解廢水的機理及其在廢水處置中的運用 PAGEREF _Toc202118874 h 11

13、HYPERLINK l _Toc202118875 1.3.1 超聲波處置廢水的原理 PAGEREF _Toc202118875 h 11 HYPERLINK l _Toc202118876 1.3.2 超聲波與其它技術(shù)的聯(lián)用 PAGEREF _Toc202118876 h 11 HYPERLINK l _Toc202118877 1.4 研討背景、提出及研討內(nèi)容 PAGEREF _Toc202118877 h 12 HYPERLINK l _Toc202118878 1.4.1 課題研討背景和提出 PAGEREF _Toc202118878 h 12 HYPERLINK l _Toc2021

14、18879 1.4.2 課題的研討內(nèi)容 PAGEREF _Toc202118879 h 13 HYPERLINK l _Toc202118880 1.4.3 特征及創(chuàng)新 PAGEREF _Toc202118880 h 13 HYPERLINK l _Toc202118881 第2章 實驗設(shè)計與研討方法 PAGEREF _Toc202118881 h 14 HYPERLINK l _Toc202118882 2.1 實驗儀器和方法 PAGEREF _Toc202118882 h 14 HYPERLINK l _Toc202118883 2.1.1 實驗資料及儀器 PAGEREF _Toc2021

15、18883 h 14 HYPERLINK l _Toc202118884 2.1.2 實驗方法 PAGEREF _Toc202118884 h 14 HYPERLINK l _Toc202118885 2.2 實驗分析測試工程及分析方法 PAGEREF _Toc202118885 h 17 HYPERLINK l _Toc202118886 2.2.1 實驗分析測試工程 PAGEREF _Toc202118886 h 17 HYPERLINK l _Toc202118887 2.2.2 分析方法 PAGEREF _Toc202118887 h 18 HYPERLINK l _Toc202118

16、888 第3章 實驗結(jié)果與討論 PAGEREF _Toc202118888 h 19 HYPERLINK l _Toc202118889 3.1 超聲-催化內(nèi)電解耦合聯(lián)用途置再生紙廢水的實驗研討 PAGEREF _Toc202118889 h 19 HYPERLINK l _Toc202118890 3.1.1 正交實驗與結(jié)果討論 PAGEREF _Toc202118890 h 19 HYPERLINK l _Toc202118891 3.1.2 單要素影響實驗 PAGEREF _Toc202118891 h 20 HYPERLINK l _Toc202118892 3.2 超聲-催化內(nèi)電解法

17、與單獨催化內(nèi)電解法處置效果對比 PAGEREF _Toc202118892 h 27 HYPERLINK l _Toc202118893 3.2.1 超聲-催化內(nèi)電解法與單獨催化內(nèi)電解處置再生紙廢水的實驗 PAGEREF _Toc202118893 h 27 HYPERLINK l _Toc202118894 3.2.2 結(jié)果討論 PAGEREF _Toc202118894 h 29 HYPERLINK l _Toc202118895 3.3 超聲-催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水的循環(huán)小試實驗 PAGEREF _Toc202118895 h 29 HYPERLINK l _Toc202118896

18、 3.3.1 超聲-催化內(nèi)電解循環(huán)實驗流程確實定 PAGEREF _Toc202118896 h 29 HYPERLINK l _Toc202118897 3.3.2 循環(huán)回流比確實定 PAGEREF _Toc202118897 h 30 HYPERLINK l _Toc202118898 3.3.3 實驗結(jié)果與討論 PAGEREF _Toc202118898 h 31 HYPERLINK l _Toc202118899 3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc202118899 h 32 HYPERLINK l _Toc202118900 第4章 催化內(nèi)電解反響器的設(shè)計 PAGEREF _

19、Toc202118900 h 34 HYPERLINK l _Toc202118901 4.1 催化內(nèi)電解反響安裝模型的建立 PAGEREF _Toc202118901 h 34 HYPERLINK l _Toc202118902 4.2 催化內(nèi)電解反響器各參數(shù)的設(shè)計計算 PAGEREF _Toc202118902 h 34 HYPERLINK l _Toc202118903 4.3 反響區(qū)筒體 PAGEREF _Toc202118903 h 35 HYPERLINK l _Toc202118904 4.4 反響器配水、配氣及排水 PAGEREF _Toc202118904 h 35 HYPE

20、RLINK l _Toc202118905 4.5反響器總裝圖 PAGEREF _Toc202118905 h 36 HYPERLINK l _Toc202118906 結(jié)論與建議 PAGEREF _Toc202118906 h 37 HYPERLINK l _Toc202118907 附錄1 實驗數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc202118907 h 38 HYPERLINK l _Toc202118908 附錄2 反響器總裝圖 PAGEREF _Toc202118908 h 43 HYPERLINK l _Toc202118909 附錄3 反響器實物圖 PAGEREF _Toc2021189

21、09 h 44 HYPERLINK l _Toc202118910 參考文獻 PAGEREF _Toc202118910 h 45 HYPERLINK l _Toc202118911 致 謝 PAGEREF _Toc202118911 h 46前 言由于廢紙再生造紙能有效地利用資源、維護生態(tài)環(huán)境,因此越來越遭到人們的注重。然而廢紙再生造紙的過程會產(chǎn)生大量含有細微纖維油墨、樹脂、色料、化學(xué)藥品和機械雜質(zhì)等污染物的廢水。與直接利用植物纖維制漿的工藝相比,廢紙再生造紙廢水的污染負荷相對較輕,但仍遠遠超越排放規(guī)范,假設(shè)不加處置而直接排放,將對環(huán)境帶來污染和危害。催化內(nèi)電解工藝作為一種預(yù)處置工藝已在各種

22、企業(yè)回用水處置中收到良好的效果。它在很大程度上提高了廢水的可生化性，為廢水的進一步生化處置發(fā)明了條件。另外，該工藝的運用壽命長、本錢低廉且操作維護方便，因其運用廢鐵屑和銅屑為原料，不需耗費電力資源，故還具有“以廢治廢的特點。但是，單獨運用內(nèi)電解法處置有機物污染物時，反響物易在電極上構(gòu)成聚合物層，改動電極外表的性質(zhì)，從而影響降解效率。利用超聲波降解水中的化學(xué)污染物，尤其是難降解的有機污染物，是近年開展起來的一項新型水處置技術(shù)。當超聲與其它技術(shù)協(xié)同處置廢水時，超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)、機械效應(yīng)以及自在基效應(yīng)可以起到輔助強化作用，提高去除效率。因此，本實驗擬將催化內(nèi)電解系統(tǒng)與超聲波輻射耦合聯(lián)用，以期研討

23、一種可行高效的再生紙廢水預(yù)處置方法，為造紙廢水的處置提供一條新的思緒。第1章 概述1.1 再生紙廢水的處置技術(shù)現(xiàn)狀1.1.1 再生紙廢水的特性廢紙再生造紙工藝可分為制漿和抄紙兩大部分。在制漿部分的除渣、洗漿、漂洗等過程中，產(chǎn)生大量的洗滌廢水。根據(jù)廢紙來源和消費工藝的差別，洗滌廢水的特性有所不同，其污染物含量大致為：COD 6002400 mg/ L，BOD5 125585mg/ L，SS 6502400 mg/ L，色度450900倍，外觀呈黑灰色。洗滌廢水量為100200 t/ t紙；與通常的抄紙工藝一樣，在廢紙再生造紙的抄紙部分，也產(chǎn)生含有纖維、填料和化學(xué)藥品的“白水。對該廢水常采用氣浮法

24、進展處置,回收纖維和填料，并使處置后的“白水得以循環(huán)運用。在我國，“白水處置技術(shù)已趨成熟。由此可知，廢紙再生造紙的廢水主要來源于制漿部分的洗滌廢水。該廢水不僅SS 含量高、色度大，而且還含有大量成分復(fù)雜的COD物質(zhì)。這些COD物質(zhì)由可溶性的漿料、化學(xué)添加劑及不溶的纖維等有機物組成。在可溶性的COD成分中，根本由分子量低于1000的低分子量組分(如廢紙漿料中的可溶物)和分子量高達10萬以上的高分子量組分(如化學(xué)藥品、樹脂等)構(gòu)成，分子量居中的組分甚少。由于廢紙造紙廢水中COD組分間的分子量差別較大，采用單一的處置方法只能去除其中一部分COD物質(zhì)，難以獲得稱心的效果，所以必需采用綜合處置技術(shù)1。1

25、.1.2 再生紙廢水處置技術(shù)現(xiàn)狀目前，廢紙造紙廢水普通采用一級物化預(yù)處置和二級生化處置2。廢紙造紙消費廢水的預(yù)處置是保證系統(tǒng)達標的前提，預(yù)處置的主要目的：回收廢水中的纖維、降低生化系統(tǒng)負荷。預(yù)處置主要包括紙漿回收、物化處置。董海山3引見了采用過濾+混凝沉淀處置再生紙廢水的技術(shù)和工程實例，實驗結(jié)果闡明：在最正確濾網(wǎng)目數(shù)為50目的條件下，過濾單元可以回收紙漿，但COD去除率僅為42.5%。物化處置主要包括沉淀法和氣浮法。用混凝沉淀法處置廢紙造紙廢水時，只能去除大部分COD物質(zhì)，COD去除率在6074%左右，BOD去除率在6070%左右，各項目的根本可到達國家二級排放規(guī)范，但較難到達國家一級排放規(guī)范

26、4。水處置工程中大多采用的輻流式沉淀池，雖具有構(gòu)造簡單、管理方便、單元運轉(zhuǎn)費用低及有一定的水解酸化作用的優(yōu)點，但它占地大，產(chǎn)生的大量污泥必需脫水、外運填埋，污泥處置費用也很高5。超效氣浮安裝雖然防止了這些缺陷，但是它并不適宜去除廢紙制漿造紙廢水中的污染物，且所需的設(shè)備投資也較大，有研討闡明：氣浮處置方法難以去除廢水中可溶性COD，對可溶性COD的去除率只需4%和5%。廢紙造紙廢水經(jīng)一級處置后， BOD/COD=0.40.7時，才適宜于生化處置。生化處置是廢紙造紙消費廢水處置的關(guān)鍵部分，目前廣泛采用“厭氧+好氧工藝。厭氧處置普通采用水解酸化或完全厭氧反響器；好氧處置普通采用活性污泥法、接觸氧化法

27、或氧化塘，目前，廢紙造紙廢水的二級生化處置多以接觸氧化法為主。1.2 催化鐵內(nèi)電解法1.2.1 催化鐵內(nèi)電解法處置廢水的原理傳統(tǒng)的內(nèi)電解法又稱鐵炭法,它通常是以顆粒料炭、煤礦渣或其他導(dǎo)電惰性物質(zhì)為陰極,鐵屑為陽極,廢水中的導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池，并經(jīng)過電化學(xué)的氧化復(fù)原作用、電化學(xué)電對對絮體的電附集和對反響的催化作用，以及電化學(xué)反響產(chǎn)物的凝聚、新生絮體吸附的綜協(xié)作用來處置廢水。鐵炭內(nèi)電解法雖然有不少優(yōu)點，但長期運轉(zhuǎn)后，鐵屑容易結(jié)塊板結(jié)，效果大幅度下降，甚至無法運轉(zhuǎn)6。催化鐵內(nèi)電解法是在傳統(tǒng)內(nèi)電解法的根底上進展改良后的方法。它是指在鐵屑中參與一定量的催化資料，并以金屬銅替代鐵炭法中的炭，與

28、鐵構(gòu)成原電池，即鐵作陽極，銅作陰極。銅的參與擴展了兩極的電位差，電化學(xué)反響的效率得到進一步提高，使更多的重金屬離子及難降解的有機污染物在電極上反響得到去除，其效果比鐵屑法和鐵炭法提高了不少7。該方法利用單質(zhì)鐵復(fù)原難于生物降解的含有硝基、亞硝基、偶氮基的化合物及一些鹵代、碳雙鍵化合物，大大提高了它們的可生物降解性；復(fù)原后生成的亞鐵、三價鐵還有很好的混凝作用；廢水經(jīng)此方法處置后鐵離子濃度增大，pH值提高，可沉淀廢水中的磷酸根，故還能大大提高除磷效果。催化內(nèi)電解的根本電極反響如下所示8：1陽極：Fe - 2e Fe2+ E0(Fe2+/ Fe)=-0.44V 1-1 2陰極：酸性條件下，2H+ +

29、2e H2 E0(H+/ H2)=0.00V 1-2 酸性有O2條件下，O2+ 4H+ + 4e2H2O E0(O2)=1.23 1-3 中性或堿性條件下，O2 + 2H2O + 4e 4OH- E0(O2 / OH- )=0.40V 1-43電解質(zhì)中反響為： 大分子有機物(銅外表) + ne 小分子有機物 1-5 Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+ 1-64Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 1-7由上述反響的規(guī)范電極電位E0可知，酸性充氧條件下電極反響的E0最大。該條件下廢水中的H+被不斷耗費，導(dǎo)致其pH值上升。pH低、酸度大時，氧的電極電位提高，原電

30、池的電位差加大，促進了電極反響的進展。這從實際上解釋了酸性廢水催化內(nèi)電解反響效果較好的緣由。1.2.2 催化鐵內(nèi)電解法污水處置技術(shù)的研討現(xiàn)狀盧永等9采用鍍銅鐵內(nèi)電解法對焦化含酚廢水進展預(yù)處置，其酚類去除率比傳統(tǒng)的鐵炭內(nèi)電解高，60min去除率可達7145%；他們還討論了pH 值、鍍銅量、鍍銅鐵的投加量以及處置時間對處置效果的影響；延續(xù)進水小試實驗出水水質(zhì)穩(wěn)定，酚類去除率在50%左右，且不會引起板結(jié)問題。高廷耀等6進展了催化鐵內(nèi)電解法處置難降解有機廢水石油廢水、焦化廢水、化工廢水、印染廢水、板材廢水和印刷廢水的實驗，在傳統(tǒng)的鐵炭內(nèi)電解反響器中參與了一定量的無機催化劑銅及溴化十六烷基三甲胺改性的沸

31、石。其結(jié)果闡明：催化鐵內(nèi)電解法對處置難降解有機廢水尤其有效，且有極好的脫色效果，脫色率普通在90%以上；與傳統(tǒng)的鐵炭法相比，泡沫產(chǎn)生量要小得多，這對于工程運轉(zhuǎn)也非常有利；該法適用的Ph范圍較大Ph411，反響可在中性和弱堿性條件處置后出水的Ph規(guī)范下進展；溴化十六烷基三甲胺改性的沸石的吸附富集作用更提高了處置效果和速度。孫必鑫等10研討了曝氣對催化鐵內(nèi)電解法處置有機廢水的作用，實驗結(jié)果闡明，采用催化鐵內(nèi)電解法，假設(shè)不思索反色景象，無曝氣條件下對有機廢水色度的去除率到達88%，高于曝氣條件下的去除率69%，在無曝氣條件下色度的去除主要是由于染料分子被復(fù)原，而曝氣條件下色度的去除主要是由于鐵離子的

32、絮凝作用；但對于COD的去除率，曝氣條件下為41%，高于無曝氣條件下的22%。1.2.3 催化內(nèi)電解法的影響要素 1.銅電極對催化內(nèi)電解反響的影響從反響機理上看，鐵作為陽極不斷被耗費，銅屑是不耗費的，銅在客觀上起到聚集難降解物質(zhì)的作用，從而提高了復(fù)原反響的速率。可見，提高反響器中銅的含量以及銅與鐵外表的接觸面積是提高催化反響速率的兩個主要要素。但實驗結(jié)果11闡明，添加銅屑質(zhì)量客觀上能添加構(gòu)成原電池的數(shù)量及有機物聚集的載體，確實能提高處置效果，但銅屑含量添加一倍，處置效果的添加卻與此并不成比例；而添加鐵銅接觸面積，不僅能大大提高反響速率，提高反響動力，廢水的可生化性提高也較大。因此，添加鐵銅接觸

33、面積是提高反響速率的關(guān)鍵要素，添加銅片在反響器中的質(zhì)量不是決議要素，提高鐵銅的接觸面積要比僅僅添加銅的含量更為重要。 2.pH值的影響通常pH值是一個比較關(guān)鍵的要素，它直接影響了鐵銅內(nèi)電解法對廢水的處置效果。普通低pH值時，因有大量的H+，而會使反響快速地進展，但也不是pH 值越低越好，由于pH值的降低會改動產(chǎn)物的存在方式，例如破壞反響后生成的絮體而產(chǎn)生有色的Fe2+，使處置效果變差。催化劑銅的參與，使內(nèi)電解反響在中性或堿性條件下順利地發(fā)生成為能夠，以印染廢水為例，當進水pH值大于7.0時，參與銅能明顯提高反響速率，色度的去除率高，廢水的可生化性提高顯著；當進水為酸性時，催化鐵內(nèi)電解反響池停留

34、時間為2.0h即可；當進水為堿性時，停留時間最好不要低于3.0h，否那么廢水的可生化性要遭到影響；當廢水pH值大于9.0時，鐵銅法對印染廢水的處置效果才會變得比較差。因此，進展催化內(nèi)電解反響時，普通要控制pH值為偏酸性條件下，當然，這也會根據(jù)實踐廢水的性質(zhì)而改動。3.反響時間的影響8反響時間也是催化內(nèi)電解法的一個主要影響要素，反響時間的長短決議了氧化復(fù)原等作用時間的長短。反響時間越長，氧化復(fù)原等作用也進展得越徹底，但由于反響時間過長，會使鐵的耗費量添加，從而使溶出的Fe2+大量添加，并氧化成為Fe3+，呵斥色度的添加及后續(xù)處置的種種問題。所以反響時間并非越長越好，而且對各種不同的廢水，因其成分

35、不同，最正確反響時間也不一樣。 4.外加催化劑的影響周榮豐7等進展了催化鐵內(nèi)電解法處置難降解有機廢水的研討。在傳統(tǒng)的鐵炭內(nèi)電解反響器中參與一定量的無機催化劑銅及溴化十六烷基三甲胺改性的沸石，擴展了兩極之間的電位差，電化學(xué)反響的速率進一步提高，使更多種類的重金屬及有機污染物能在電極上得到復(fù)原，而溴化十六烷基三甲胺改性的沸石對重金屬和有機污染物的吸附富集作用，亦加速了這些污染物向電極外表的傳質(zhì)過程，進一步提高了處置效果。 5.外加氧化劑的影響在催化內(nèi)電解中引入H2O211，H2O2與Fe2+發(fā)生Fenton反響，反響式如下：Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO (1-8)Fe2+

36、 + HO Fe3+ + OH (1-9)Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H + HO (1-10)RH + HO R + H2O (1-11)R + H2O2 ROH + HO (1-12)R + O2 RO2 CO2 + H2O (1-13)H2O2在Fe2+的催化下釋放出氧化性極強的HO，HO迅速將Fe2+氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+與水有很強的水解-聚合-沉降趨勢，部分污染物會在水解過程中被混凝吸附除去；同時，HO分別有機化合物構(gòu)造中的H、填充不飽合鍵，將有機物轉(zhuǎn)化為R，最終分解成CO2和H2O等簡單氧化產(chǎn)物，從而起到進一步降低廢水COD的作用。6.曝氣量的影響8對鐵銅體系進展曝氣，

37、能添加對鐵屑、銅屑的攪動，且進展摩擦后，利于去除鐵屑外表堆積的鈍化膜，還可以添加出水的絮凝效果，但曝氣量過大也影響廢水與鐵屑的接觸時間，使去除率降低。在中性條件下，經(jīng)過曝氣，一方面提供更充足的氧氣，促進陽極反響的進展。另一方面也起到攪拌、振蕩的作用，減弱濃差極化，加速電極反響的進展。1.3 超聲波降解廢水的機理及其在廢水處置中的運用1.3.1 超聲波處置廢水的原理超聲波(US)是指頻率為201000kHZ的彈性波12。低頻超聲波能量集中，經(jīng)過媒質(zhì)時會產(chǎn)生一系列化學(xué)效應(yīng)。超聲降解水體中有機污染物是物理-化學(xué)降解過程，主要是由于超聲空化效應(yīng)而引起的物理和化學(xué)變化，液體的超聲空化過程是集中聲場能量并

38、迅速釋放的過程，即液體在超聲輻射下產(chǎn)生空化氣泡，這些空化氣泡吸收聲場能量并在極短的時間內(nèi)解體釋能?？栈瘹馀菹喈斢谝粋€具有極端物化條件和含有高能量的微反響器。在空化氣泡解體的瞬間在其周圍極小空間范圍內(nèi)，產(chǎn)生高溫高壓，溫度可高達19005200 K，壓力超越50 MPa ，并伴有劇烈的沖擊波和微射流等景象。進入空化氣泡中的水蒸氣在高溫高壓下發(fā)生如下分裂及鏈式反響13：H2O HO + H (1-14)O2 2O (1-15)O+ H2O HO + HO (1-16)O2 + H HOO (1-17)O2 + H HO + O (1-18)HO + HO H2O2 (1-19)2H H2 (1-20

39、)產(chǎn)生HO等自在基；而進入氣泡內(nèi)的有機污染物蒸氣也可發(fā)生類似熄滅的熱分解反響，在空化氣泡外表層的水分子那么可構(gòu)成超臨界水，超臨界水具有低介電常數(shù)、高分散性及高傳輸才干等特性，是一種理想的反響介質(zhì)，有利于大多數(shù)化學(xué)反響速率的添加，因此有機污染物可經(jīng)HO氧化、氣泡內(nèi)熄滅分解、超臨界水氧化3種途徑進展降解。1.3.2 超聲波與其它技術(shù)的聯(lián)用國內(nèi)外多項研討發(fā)現(xiàn)1%超聲波與其他技術(shù)結(jié)合可處理單獨超聲波作用時對污染物降解率較低，費用較高的問題，在充分發(fā)揚超聲波化學(xué)效應(yīng)的同時也使其機械效應(yīng)經(jīng)過對其他過程的強化得到發(fā)揚，從而產(chǎn)生協(xié)同作用。1.3.2.1 超聲波/Fenton試劑聯(lián)用技術(shù)Fenton反響是指在酸

40、性條件下Fe2+催化分解H2O2，產(chǎn)生活性很高的羥基自在基。H2O2與Fe2+構(gòu)成的氧化體系通常稱為Fenton試劑。Fe2+與H2O2反響使H2O2減少，反響活性降低。引人超聲波，F(xiàn)enton試劑的氧化才干得到加強，F(xiàn)e2+的用量較低，可堅持較高的H2O2利用率。周珊等13用超聲(US)-H2O2-FeSO4工藝處置造紙黑液4h，廢液的COD去除率達47.9%，TOC去除率達45.8%，較用單獨H2O2-FeSO4工藝處置效果分別提高了14.3%、7.3%。1.3.2.2 超聲波/內(nèi)電解聯(lián)用技術(shù)超聲波結(jié)合內(nèi)電解處置有機廢水，并不是簡單的加合反響，而是經(jīng)過很多復(fù)雜的聯(lián)絡(luò)和加強后，使得處置效果提

41、高的方法。其強化作用主要表達在：(1)協(xié)同作用：張惠靈等14研討了超聲波強化內(nèi)電解對對硝基苯酚的處置，得出結(jié)論，在一樣處置率的條件下，超聲波內(nèi)電解結(jié)合處置可以大大縮短處置時間。單純內(nèi)電解處置10mg/L的P-NP處置率90%時需求30min，而參與超聲波后只需求不到10min。(2)振蕩破碎作用：超聲波是一種能量極強的縱波，在液體中傳播時會使其中的固體相互碰撞，對顆粒有破碎作用。催化劑沸石參與到超聲波輻射中會變成細小顆粒，從而能增大比外表積，維持高的去除率。(3)攪拌作用：超聲波的振蕩波會推進水流向容器內(nèi)各個角落，會使鐵銅顆粒均勻地分布在處置液中而不會產(chǎn)生死角。(4)再生作用：單獨運用內(nèi)電解法

42、處置有機物時，反響物易在電極上構(gòu)成聚合物層，改動電極外表的性質(zhì)，從而影響電極效率。超聲波空化作用可以活化再生電極外表，促進固液間的傳質(zhì)，間接提高反響效率。1.4 研討背景、提出及研討內(nèi)容1.4.1 課題研討背景和提出廢紙的回收利用不僅有利于環(huán)境的維護、資源的綜合利用與經(jīng)濟的可繼續(xù)開展，而且還因清潔消費而降低了本錢，并獲得較好的經(jīng)濟效益。2006年中國造紙工業(yè)紙漿耗費總量為5 992萬t ，其中廢紙漿為3 380萬t，占總漿量的56. 4 %，廢紙回收繼續(xù)增長，雖然二次纖維的造紙過程不產(chǎn)生“黑液，但仍有大量含細小纖維、油墨、樹脂、顏料、化學(xué)藥品和機械雜質(zhì)等污染物的廢水生成，每消費1t廢紙脫墨漿將

43、產(chǎn)生100m3左右的廢水，廢水污染負荷遠超越國家規(guī)定的排放要求。這種廢水如不加處置而直接排放，將對環(huán)境帶來污染和危害，故廢紙造紙消費廢水成了近年來工業(yè)廢水處置的熱點之一15。傳統(tǒng)的廢水處置方法一次性投資高，管理難度大，處置效果并不理想；近年來，高級氧化技術(shù)的研討開展非常迅速，如超聲波技術(shù)、催化內(nèi)電解技術(shù)等，都備受國內(nèi)外研討者的青睞，而且曾經(jīng)有處置不同類型工業(yè)廢水的大量報道。與傳統(tǒng)的廢水處置技術(shù)相比，它們具有設(shè)備構(gòu)造簡單、占地小、能耗低、操作簡便、反響條件溫暖，能有效地將有機污染物礦化為CO2、H2O和簡單的無機小分子及不會產(chǎn)生二次污染等突出優(yōu)點，運用潛力宏大，市場前景寬廣。目前國內(nèi)有關(guān)超聲協(xié)同

44、催化內(nèi)電解處置再生紙廢水的研討尚無報道，基于以上背景，本課題旨在研討超生-催化內(nèi)電解耦合工藝降解再生紙廢水的可行性，并探求其處置廢水的最正確工藝條件，以期可以到達更加顯著的處置效果，從而實現(xiàn)水資源的再生和回用。1.4.2 課題的研討內(nèi)容 本研討以實踐再生紙廢水作為實驗水樣，選用超聲-催化內(nèi)電解法作為廢水降解的主體工藝，并調(diào)查該工藝對再生紙廢水的處置效果。 實驗內(nèi)容包括： 1.研討超聲-催化內(nèi)電解法對再生紙廢水的處置效果，并調(diào)查Fe-沸石比、Fe-Cu比、初始pH值、反響時間、超聲功率的變化對處置效果的影響，確定最正確反響條件。 2.比較超聲-催化內(nèi)電解法與單獨催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水的效果，

45、研討超聲與催化內(nèi)電解二者耦合處置再生紙廢水的可行性。 3.研討Fe2+對再生紙廢水的預(yù)絮凝效果，確定最正確一次投加量，并在此條件下進一步確定超聲-催化內(nèi)電解反響的最正確回流比，對再生紙廢水進展循環(huán)小試實驗，研討該工藝流程的可行性，并調(diào)查廢水在反響器內(nèi)經(jīng)延續(xù)循環(huán)處置后各項目的的變化情況。1.4.3 特征及創(chuàng)新1.催化內(nèi)電解技術(shù)雖已被用于處置多種工業(yè)廢水，但其在再生紙廢水方面的運用尚無報道，本研討那么以實踐再生紙廢水作為實驗水樣，并采用催化內(nèi)電解法作為主體工藝，系統(tǒng)調(diào)查了它對再生紙廢水的處置效果。2.本項研討將超聲作為一種輔助工藝，協(xié)同催化內(nèi)電解技術(shù)處置再生紙廢水，研討了超聲-催化內(nèi)電解耦合工藝的

46、可行性，并探求了該組合工藝處置再生紙廢水的最正確影響條件，實現(xiàn)了廢水的回收利用，也為高級氧化技術(shù)的工業(yè)化運用開辟了一條新的途徑。第2章 實驗設(shè)計與研討方法2.1 實驗儀器和方法2.1.1 實驗資料及儀器 1.實驗資料廢鐵刨花、銅屑、沸石、再生紙廢水 2.實驗儀器 V-1100可見分光光度計、KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器、250ml磨口錐形瓶、5B-3(c)型COD快速測定儀等2.1.2 實驗方法實驗中再生紙廢水在錐形瓶中與鐵刨花、銅屑及沸石的混合物進展反響，反響前取30g上述混合物于250ml錐形瓶中，然后參與80ml再生紙廢水，混合搖勻后于超聲清洗器中進展實驗。1.鐵刨花的處置：首先用

47、10%的NaOH溶液浸泡并不斷攪拌約10min除油，再用1%的鹽酸浸泡約30min使鐵屑具有活性，搜集廢酸液并在大燒杯中用蒸餾水漂洗鐵刨花34次，最后將鐵刨花置于烘箱內(nèi)在40oC的條件下烘干30min。2.銅屑的處置：同鐵刨花的處置。3.沸石的處置：用蒸餾水清洗沸石數(shù)次后，在40oC的條件于烘箱內(nèi)烘干1h。4.將再生紙廢水置于錐形瓶中，超聲清洗反響2h，間隔一定時間均勻取樣，并加CaO調(diào)理pH到8.09.0，過濾取上清液測其COD值及色度，調(diào)查不同反響條件下廢水的COD及色度去除率隨時間的變化規(guī)律。5.進展正交實驗，找出最正確反響條件。正交實驗設(shè)計見表2-1，2-2。表2-1 正交實驗要素程度

48、表Table 2-1 Factors and levels of Orthodoxy-Design因素水平AFe-沸石 質(zhì)量比BFe-Cu 質(zhì)量比C初始pH值D反響時間(mins)E超聲功率W11:11:14.0308022:12:16.06012033:13:18.09016044:14:110.0120200表2-2 按照L1645正交實驗方案與結(jié)果因素實驗號Table 2-2 The Orthodoxy design layout and date according to L16 (45)A Fe-沸石 質(zhì)量比B Fe-Cu 質(zhì)量比C初始 pH值D反響時間(min)E超聲功率W各目的的

49、實驗結(jié)果COD 去除率%色度 去除率%11:11:14.03080 21:12:16.06012031:13:18.09016041:14:110.012020052:11:16.09020062:12:14.012016072:13:110.03012082:14:18.0608093:11:18.0120120103:12:110.09080113:13:14.060200123:14:16.030160134:11:110.060160144:12:18.030200154:13:16.012080164:14:14.090120K1注：K1、K2、K3、K4從左到右兩列依次是各要素在C

50、OD去除率和色度去除率目的下的總和；k1、k2、k3、k4從左到右兩列依次是各要素在COD去除率和色度去除率目的下的總和的平均值。K2K3K4k1k2k3k4極差R優(yōu)方案6.為找出最正確鐵-銅-沸石比，在鐵-銅-沸石比分別為3:1:3、3:1:1.5、3:1:1、3:1:0.75時進展實驗，討論處置結(jié)果。 7. 為找出最正確pH值，在pH值分別為4.0、6.0、8.0、10.0時進展實驗，討論結(jié)果選出最正確pH值。 8.為找出最正確超聲功率值，在超聲功率分別為120W、160W、200W時進展實驗，討論處置結(jié)果。 9.為找出最正確曝氣量，在曝氣量分別為0L/min、0.2L/min、0.4L/

51、min、0.6L/min時進展實驗，討論處置結(jié)果。10.為比較超聲-催化內(nèi)電解法和單獨催化內(nèi)電解法對廢水的處置效果，選取研討超聲-催化內(nèi)電解反響時得到的最正確影響條件進展實驗，比較二者的優(yōu)劣。2.2 實驗分析測試工程及分析方法2.2.1 實驗分析測試工程本實驗研討廢水取自西安市某造紙廠，其水質(zhì)目的在實驗室內(nèi)完成化驗分析，主要目的包括COD、色度、pH，如表2-3所示。表2-3 造紙廠廢水水質(zhì)目的CODmgL色度(以吸光度A表征)PH原水水質(zhì)目的76617113.2825.96467實驗中所需主要儀器設(shè)備見表2-4：表2-4 主要實驗儀器設(shè)備一覽表儀器設(shè)備測試工程5B-3(c)型COD快速測定儀

52、CODV-1100可見分光光度計吸光度A便攜式pH計pHKQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器SHA-C恒溫振蕩器YP3000電子天平電熱恒溫鼓風枯燥箱2.2.2 分析方法 1.試樣測定在催化內(nèi)電解反響過程中，產(chǎn)生的亞鐵離子也有較強的復(fù)原才干,亦能協(xié)助 復(fù)原污染物,提高廢水的可生化性。當pH為8.09.0時，產(chǎn)生的具有較強絮凝作用的Fe(OH)2與Fe(OH)3可將廢水中的懸浮固體和膠體等凝聚沉淀,同時吸附大量可溶性有機污染物一同沉淀,從而使廢水得到凈化。因此需求用CaO調(diào)理處置后廢水的pH到8.09.0，過濾，取上層清液測定COD和吸光度A。2.測定原理a. COD的測定實驗中采用5B-3(c)

53、型COD快速測定儀蘭州連化環(huán)保儀器研討所測定實踐廢水降解過程中的COD。COD去除率 = (3-1)b.色度的測定實驗中以廢水的吸光度A的變化率間接表征其色度的去除率，采用V-1100可見分光光度計進展吸光度A的測定。(A0At)/ A0100% (3-2)其中：A0 原水的初始吸光度；At t時辰水樣的吸光度； 廢水的吸光度色度去除率。第3章 實驗結(jié)果與討論3.1 超聲-催化內(nèi)電解耦合聯(lián)用途置再生紙廢水的實驗研討3.1.1 正交實驗與結(jié)果討論 根據(jù)級差分析表，繪出各要素程度對處置效果的影響趨勢圖。圖3-1 直觀分析圖1 圖3-2 直觀分析圖2由圖3-1、3-2可得各要素對超聲-催化內(nèi)電解耦合

54、反響的影響程度，由主到次為反響時間、初始pH值、Fe-Cu 質(zhì)量比、超聲功率和Fe-沸石質(zhì)量比。此正交實驗得出的最正確條件為，反響時間90min、初始pH值4.0、Fe-Cu質(zhì)量比3:1、超聲功率200W、Fe-沸石質(zhì)量比3:1。3.1.2 單要素影響實驗1.鐵-銅-沸石比對超聲-催化內(nèi)電解耦合反響的影響向250ml的錐形瓶中參與廢鐵刨花、銅屑和沸石的混合物30g，三者質(zhì)量比分別為3:1:3、3:1:1.5、3:1:1、3:1:0.75。再倒入80m1待處置的再生紙廢水，調(diào)理pH約為4.0，混合均勻后放入超聲清洗器設(shè)定超聲功率為200W中，在不曝氣的情況下常溫反響2h，每隔15min取一次水樣

55、，調(diào)查在不同鐵-銅-沸石比條件下廢水的COD與色度去除率隨時間的變化情況，如圖3-3所示：圖3-3(a) 不同鐵-銅-沸石比條件下，COD去除率隨時間的變化情況Fig.3-3(a) Change of COD removal rate under the condition of different ratios of iron - copper - zeolite 圖3-3(b) 不同鐵-銅-沸石比條件下，色度去除率隨時間的變化情況Fig.3-3(b) Change of color removal rate under the condition of different ratios o

56、f iron - copper - zeolite 由圖3-3可知，鐵-銅-沸石比對催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水的影響較大。當鐵-銅-沸石比為3:1:1、在反響時間為90min時，廢水的COD和色度去除率均最高，分別到達59.08%、 87.05%，處置效果較好。催化劑銅的參與拉大了原電池中陰陽極的電位差，使廢水中更多的有機污染物能直接在電極上反響，提高去除效率7。此外，天然沸石具有選擇吸附性能，在對造紙廢水的凈化過程中，首先沸石孔穴、三維通道內(nèi)的Al3+、Fe3+被釋放和交換，沸石內(nèi)部構(gòu)成大量的吸附空間，對廢水中的無機小分子、離子、色素等進展吸附，同時被釋放的Al3+、Fe3+水解，產(chǎn)生的H+

57、使廢水中的顆粒物親水性下降，促使顆粒之間相互吸附、絮凝沉降，從而到達對廢水凈化的目的16。本研討選用3:1:1的鐵-銅-沸石混合體系，將三者的組合到達最優(yōu)化，從而進一步提高超聲-催化內(nèi)電解耦合反響的處置效率。 2.初始pH值對超聲-催化內(nèi)電解耦合反響的影響 向250ml的錐形瓶中倒入80m1待處置的再生紙廢水，并參與18g鐵屑、6g銅屑和6g沸石鐵-銅-沸石質(zhì)量比為3:1:1，混合搖勻。將再生紙廢水的初始pH值分別調(diào)理至4.0、 6.0、 8.0、10.0，放入超聲清洗器設(shè)定超聲功率為200W中，在不曝氣的情況下常溫反響2h，每隔15min取一次水樣，調(diào)查不同初始pH值條件下廢水COD和色度去

58、除率隨時間的變化情況。結(jié)果如圖3-4所示： 圖3-4(a) 不同初始pH值對COD去除率的影響 Fig.3-4(a) Effect of initial pH value on COD removal rate 圖3-4(b) 不同初始pH值對色度去除率的影響 Fig.3-4(b) Effect of initial pH value on color removal rate 由圖3-4可以看出，pH值不同，COD和色度去除率隨時間的變化趨勢也有所差別，但是每條曲線根本都在90min時到達了峰值，而后均有下降的趨勢，闡明90min是最正確反響時間。本實驗中最正確效果的pH值為4.0，該廢水水

59、樣經(jīng)過90min的處置后，COD去除率到達59.08%，顏色由棕褐色變?yōu)榈S色，色度去除率達87.05%。超聲和催化內(nèi)電解法聯(lián)用在偏酸性條件下效果好的結(jié)論與單獨催化內(nèi)電解法的最正確pH范圍相吻合，證明了超聲波和催化內(nèi)電解聯(lián)用途置的可行性。從圖中還可看出，初始pH值越低酸度越大，相應(yīng)的COD色度去除率也越高。這是由于氧的規(guī)范電極電位在酸性介質(zhì)下高，在中性介質(zhì)里低，降低pH值可以提高氧的電極電位，加大微電池的電位差，促進電極反響速度，并且在酸性越強的環(huán)境里，水溶性的新生的H和Fe2+含量越高，能促進氧化復(fù)原反響以及后續(xù)的絮凝作用的進展，從而提高去除率17。催化劑銅、沸石以及超聲波的參與使再生紙廢水

60、的脫色降解在各個pH值條件下都能進展，不像鐵炭法那樣必需求在酸性條件下才干進展，例如初始pH值為6.0的廢水水樣經(jīng)90min處置后COD和色度的去除率分別達54.72%、79.05%，略低于pH為4.0時的效果。因此，思索到再生紙廢水本身就呈弱酸性pH值約為6，在實踐工程中假設(shè)不調(diào)理pH值，直接進展該預(yù)處置，既能到達稱心的處置效果，又可以大大節(jié)省酸堿用量。3.超聲功率對催化內(nèi)電解反響的影響超聲作為一種輔助手段，協(xié)同催化內(nèi)電解法處置再生紙廢水。本實驗中向250ml的錐形瓶中倒入80m1待處置的再生紙廢水，調(diào)理其pH值為4.0，并參與18g鐵屑、6g銅屑和6g沸石鐵-銅-沸石質(zhì)量比為3:1:1，混