收藏本站
《重庆大学》 2010年 博士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于难降解有机污染物特性的光催化-生化废水处理技术

徐璇  
【摘要】: 开发适用于难生物降解有机废水的处理方法一直是污水处理领域研究的技术难点。论文在分析高浓度难生物降解有机废水现有处理技术的基础上,认为“光催化+生化处理组合工艺”是一种较有前景技术。论文从现有光催化剂量子效率低、尚难用于高浓度废水处理的现实问题出发,在综述难降解有机污染物特征的基础上,基于难降解有机污染物大多具有疏水基团的特性,创新性地认为改变纳米TiO_2光催化剂的表面性能、开发一种具有疏水特性的光催化剂,通过提高光催化剂对难生物降解有机物的吸附能力,实现光催化技术对难降解有机物的选择性吸附和降解,进而降低高浓度废水光催化处理时对光量子的需求量。论文围绕这一创新思路开发了具有表面疏水特性的SDS-CuO/TiO_2光催化剂;根据光催化反应特点,以提高光催化效率和催化剂回收率为目标,开发了螺旋升流塔式光催化反应器;对基于高浓度难降解有机废水的光催化-生化处理系统进行了研究,得到如下结论: 1)用CuO对TiO_2光催化剂进行改性,获得了具有可见光响应特性的CuO/TiO_2光催化剂。经XRD表征发现CuO/TiO_2催化剂具有CuO和锐钛矿TiO_2两种晶体,Cu主要以CuO晶体的形式存在;UV-Vis表征发现CuO/TiO_2催化剂具有良好的可见光响应性能,其最大激发波长为821nm;三维荧光表征发现经过CuO改性后催化剂的电子-空穴对复合几率明显降低;BET表征发现CuO负载改性后催化剂比表面积从181.3m2/g增加至241.8m2/g。论文还以亚甲基蓝模拟废水为对象,研究了CuO/TiO_2光催化剂在可见光激发下的降解能力,结果表明:在控制反应液初始pH值为11、亚甲基蓝初始色度为500倍、催化剂用量为0.1g/L废水、H2O_2加入量为10mL/L废水时,光催化效率最高,2h脱色率可达90%。 2)用十二烷基硫酸钠(SDS)对CuO/TiO_2进行了表面修饰改性,制备了具有一定疏水特性的SDS-CuO/TiO_2光催化剂。XRD表征,发现SDS-CuO/TiO_2催化剂仍然为CuO和锐钛矿TiO_2两种晶体;SDS修饰改性将引起催化剂颗粒和孔径增大、BET比表面积减小;FTIR表征发现,经表面修饰改性的SDS-CuO/TiO_2催化剂表面含有C—C和—CH—基团。研究表明,制备SDS-CuO/TiO_2催化剂时SDS的浓度是影响催化剂光催化活性的最重要因素。当SDS浓度为临界胶束浓度(CMC)时制得的催化剂最大激发波长为763nm,BET比表面积为52.1m2/g。此时催化剂表面疏水基团量最高,电子-空穴对复合几率最小,制得的催化剂的光催化活性最佳。 3)以硝基苯模拟废水为对象,研究了SDS -CuO/TiO_2光催化剂在可见光激发下的降解能力,结果表明:在控制反应液初始pH值为9、硝基苯初始浓度为400mg/L~500mg/L、催化剂用量为0.2g/L废水、H2O_2加入量为6mL/L废水时光催化效率最高,2h对硝基苯的降解率为77%。以硝基苯和亚甲基蓝的复合废水为研究对象,发现SDS -CuO/TiO_2光催化剂对难降解有机物硝基苯具有更佳的选择性降解能力。 4)采用旋流分离理论为基础,以增大反应器A/V值和催化剂回收率为目标设计了连续流型太阳光催化反应器,控制要点是反应器半径和反应高度满足,光照面积和反应器半径满足S = 2π(0.02 ? R 3)/3R。运行实验表明,通过螺旋流回收光催化剂是可行的,连续运行20d,催化剂的流失率为26.5%,且保留于反应器中的催化剂仍然具有较高的光催化活性。在太阳光照射下进行实际印染废水处理研究发现:光照强度增加对光催化过程的促进作用具有极限;可以采用曝气充氧来替代H2O_2作为光催化反应的电子捕获剂;水力停留时间为3h时废水COD去除效果较佳。采用辅助光源可以明显增强废水的处理效果,可以在自然光照不足的情况下采用辅助光源来强化废水处理。 5)SDS-CuO/TiO_2光催化+SBR生化系统可以用于难降解有机废水的处理。用于处理印染废水时,光催化处理单元中废水中的难降解有机污染物转化过程约需40min。40min后废水BOD5和DHA值达到最大,废水可生化性最佳。系统最佳运行参数为光催化反应器中SDS-CuO/TiO_2催化剂投加量为4g、曝气量0.25m3/h、停留时间为40min;SBR生化处理单元污泥负荷0.179kgCOD/(kgMLSS·d)、曝气量0.4m3/h、曝气时间10h。此时光催化-生化系统处理出水能够达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB4287-92)I级标准。 6)在SDS-CuO/TiO_2光催化剂作用下,印染废水COD降解符合Langmuir- -Hinshelwood动力学方程。考虑废水初始COD浓度、催化剂用量、光照强度等影响因素的动力学模型为: 光催化单元BOD5生成速率为C = 23.729t ? 49.33,其中t受废水中难降解污染物量控制,本系统中30≤t≤40min。通过计算光催化处理出水的COD、BOD5和B/C值,可以得到进入生化处理单元时废水的主要污染指标和可生化性情况,从而对后续生化处理单元运行控制提供依据。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;氧化锌粉体的制备及在光催化法处理造纸废水中的应用[J];无机盐工业;2005年08期
2 施银桃,曾庆福,陆晓华;湖水净化研究进展[J];自然杂志;2001年01期
3 雷俊侠;高智荣;;纳米TiO_2光催化法和UV-Fenton法联合作用的应用研究[J];广东化工;2011年01期
4 冯霞,罗亚田;光催化与其他技术联用处理废水的研究进展[J];辽宁化工;2005年09期
5 刘春华,赵楚成,叶学良;氯化石蜡生产技术的改进[J];氯碱工业;2004年02期
6 李凡修;陆晓华;梅平;;TiO_2光催化法处理六氯苯废水可行性分析[J];环境科学与技术;2007年11期
7 何代平;;光催化法处理含Cr(VI)废水的研究[J];应用化工;2007年01期
8 黄进;光催化法降解有机废水的显著性研究[J];四川环境;2004年03期
9 白雪峰;;H_2S分解制氢技术研究进展[J];石油化工;2009年03期
10 付晓红;;光催化法对分解硫化氢制氢的影响[J];应用能源技术;2010年12期
11 文学洙;陈德智;;光催化反应在环境保护中的应用[J];化工环保;1988年05期
12 谭小萍,王国生,汤克敏;光催化法深度处理垃圾渗滤液的影响因素[J];中国给水排水;1999年05期
13 王保伟;宋华;许根慧;;甲烷直接转化合成甲醇研究进展[J];现代化工;2005年S1期
14 解恒参;朱亦仁;李爱梅;鲁玲;;二氧化钛粉体的制备、表征及其应用[J];无机盐工业;2006年02期
15 储金宇;冷秋颖;吴春笃;依成武;;气体放电光催化法去除模拟烟气中的SO_2[J];高电压技术;2007年02期
16 解恒参;朱亦仁;李爱梅;鲁玲;;二氧化钛粉体在纸厂废水处理中的应用[J];感光科学与光化学;2006年04期
17 韩英哲;文学洙;裴文;金永哲;;光催化法利用太阳能处理含Cr~(6+)废水的研究[J];化学世界;1983年03期
18 魏文英;尹燕华;;CO_2合成甲酸研究进展[J];舰船防化;2008年01期
19 崔玉民,范少华;光催化氧化降解水中污染物研究进展[J];环境保护;2002年06期
20 何彦刚,黎钢;甲醛分解的研究新进展[J];河北化工;2005年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈穗玲;谢文彪;刘伯土;唐世荣;;二氧化钛光催化处理混合电镀废水中的Cr(Ⅵ)[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(上册)[C];2006年
2 周波;王亘;刘咏;李昌建;;恶臭污染治理技术及光催化法的实验室研究[A];恶臭污染测试与控制技术——全国首届恶臭污染测试与控制技术研讨会论文集[C];2003年
3 王星凯;;活性炭/纳米TiO_2组装体系增强光催化及在染料褪色中的应用[A];雪莲杯第10届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2010年
4 吴玉程;;纳米TiO_2在水污染检测与治理中应用的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
5 卜志扬;范宏;郑志鹏;谭军;李伯耿;;高纯度苯胺甲基三乙氧基硅烷的合成[A];第三届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2006年
6 张进治;方炎;;甲基橙光催化降解的光谱研究[A];第十四届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2007年
7 段延佩;包月平;息摇宏;牛军峰;;光催化与酶催化降解氯酚热力学研究[A];持久性有机污染物论坛2010暨第五届持久性有机污染物全国学术研讨会论文集[C];2010年
8 王辉耀;徐培;王天民;;新型环境净化材料—半导体光催化氧化物的研制与开发[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
9 韩世同;习海玲;王绪绪;付贤智;;载体效应对于光催化降解2-CEES的影响[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年
10 何星存;安婧;黄智;陈孟林;;改性铁屑内电解-光催化协同作用降解活性翠蓝及其机理的研究[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集(下卷)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨婷;纳米TiO_2光催化去除水中含氧酸盐的试验研究[D];西北农林科技大学;2013年
2 徐璇;基于难降解有机污染物特性的光催化-生化废水处理技术[D];重庆大学;2010年
3 亓丽芳;二氧化钛纳米片的制备及光催化产氢性能研究[D];武汉理工大学;2012年
4 张亚新;淋洗结合石墨烯TiO_2光催化修复五氯酚污染土壤研究[D];清华大学;2013年
5 陈颖;AOPs氧化处理聚合物驱采油污水的研究[D];大庆石油学院;2007年
6 刘瑜;新型金属氧化物纳米材料的制备及其脱除水中典型有机污染物的研究[D];南开大学;2012年
7 林龙利;TiO_2纳米管光催化同步去除水体中重金属和有机物的协同作用及其机理[D];广东工业大学;2012年
8 王功军;二氧化钛制备及降解聚丙烯酰胺类性能研究[D];武汉大学;2011年
9 史慧贤;纳米光催化剂的制备及其性能研究[D];天津大学;2011年
10 张前程;光催化法去除室内空气中有机污染物的研究[D];天津大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李翠翠;造纸污水光催化处理及过程控制系统的研究[D];华南理工大学;2010年
2 孟锋;光催化/磁/化学氧化在水处理中应用基础研究[D];华东交通大学;2013年
3 张苓苓;TiO_2光催化去除水中溴酸盐的动力学影响因素研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 熊彦淇;超声—光催化协同处理环境内分泌干扰物双酚A的研究[D];重庆理工大学;2012年
5 叶芳云;TiO_2光催化剂的改性、负载及其性能研究[D];武汉理工大学;2011年
6 张侃;超细PrMnO_3的制备、改性及光催化[D];武汉科技大学;2010年
7 邱志平;TiO_2光催化去除营养液中自毒物质的效果研究[D];中国农业科学院;2013年
8 张林;光催化和酶法制备低聚壳聚糖的研究[D];青岛大学;2006年
9 薛琴;可见光响应N掺杂TiO_2纳米管阵列制备与光催化、光电催化降解六氯苯研究[D];扬州大学;2010年
10 王立业;稀土掺杂对TiO_2光催化去除水中有机物影响的研究[D];河北科技大学;2012年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 本报记者 冯卫东;“双管齐下”水更清[N];科技日报;2009年
2 冯卫东;科学家巧用两种污水处理法治理水污染[N];黄河报;2009年
3 苏杭;消费者青睐海尔除甲醛中央空调[N];大众科技报;2008年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978