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《西安建筑科技大学》 2002年
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废水光催化处理特性及高效光催化反应器研究

薛向东  
【摘要】: 本文围绕半导体光催化氧化技术系统研究了光催化剂TiO_2的物化特性及回收利用、悬浮光催化反应系统的最佳模式、反应机理及动力学、新型光催化反应器的研制及实际废水的处理等几个方面。 在TiO_2物化特性的研究中,通过测定方法的改进首次获得光照反应阶段TiO_2吸附量与溶液残余量间的定量关系(以苯酚为例):q=(1.1274C_0~(-0.4965))C,并证明在光照及无光照条件下TiO_2遵循不同的吸附规律,以后者取代前者存在明显缺陷;揭示了凝聚现象是导致TiO_2光活性降低的主要原因,在实验基础上提出了超声波在线再生的解决方案;测试结果表明,TiO_2在重复使用20次及连续使用260小时条件下可保持其催化活性不变。 系统研究了悬浮光催化体系的影响因素并获得各相关参数与反应速率间的定量关系,在实验基础上提出了有机物光降解速率并不必然随其初始浓度增大而降低的论断及有机物浓度变化将引起催化剂最佳投量值改变的观点;指出了Langmuir-Hishelwood动力学模型存在的不足并在实验基础上对其进行了修正,以苯酚为例的验证实验表明计算值与实验值的变化趋势一致,数值最大误差小于8%,说明所提模型是合理的。 对活性炭、超声波及外加电场作用下的悬浮光催化体系进行了探索研究。结果表明,上述复合体系较单一体系具有更高的处理效率,各自对应的有机物最终去除率较单一体系均可提高20%以上,在实验的基础上对其相关机理进行了分析和讨论。 分离实验结果表明:尽管PAC和PFS两种混凝剂可用于悬浮光催化体系的固液分离并可除去悬浮液中90%以上的颗粒,但分离后TiO_2的活性则降低至使用前的30%,难以再次使用;采用微滤分离方式则不仅可实现固液的完全分离,且分离后TiO_2的活性可保持不变。 针对悬浮及薄膜固载光催化反应器的不足并基于水质保障及避免膜孔内堵塞的考虑,首次提出光催化超滤膜反应器并以生活污水作为实验水样进行了处理研究。在进水COD38.7~67.4mg/L、TKN4.3~11.9mg/L、水力停留时间2~8小时条件下,系统出水COD可长期保持在10mg/L水平,出水中未检测到TKN及菌类物质。推导出光催化超滤膜反应器两种流态下的数学模型并证明完全混合模型与实测结果更为接近。 此外,研制开发了一体式光催化膜组件及光催化净水灯,并分别以木质素配制液和 自来水作为实验水样进行了研究。结果表明,木质素浓度Zg/L时,光照条件下膜的通量 较无光照条件约可提高25%,但在木质素浓度增大至 sg/L以上时,两种条件下的通量水 平接近。实验结果说明光照条件对通量水平的提高取决于到达膜表面的有效光子数量。 光催化灯可用于饮用水的深度处理,自来水经光催化灯处理后,水中挥发酚、三氯甲烷。 四氯化碳、菌类、DOC以及余氯、Cr队等污染物质均可被有效去除。 对几种废水的处理实验表明,光催化氧化法可成功用于低浓度TIT废水及洗浴废水 超滤出水的直接矿化处理,但对有机物含量较高的垃圾渗滤液则并不适宜,对此种废水 采用光催化预氧化.生物组合工艺的处理方式更为可取。
【学位授予单位】:西安建筑科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:X703

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