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《中国原子能科学研究院》 2007年
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空化效应在强化EDTA降解及在模拟放射性废水处理中的应用研究

王金刚  
【摘要】: EDTA等有机络合剂是一类高效的去污剂,广泛应用于核设施设备的放射性去污和一般工业设备的清洗,采用这类试剂对核设施设备进行化学去污所产生的放射性去污废水,需要进行进一步处理,以去除废水中的放射性核素。 去污废水中的EDTA等络合剂与水中许多放射性核素离子形成稳定的络合物,造成对这些放射性离子去除的困难。为此,有必要在去除废水中放射性离子之前,对废水进行预处理,破坏其中的络合物。 本工作以EDTA为例,研究破坏去污废水中有机络合物的方法。采用单独臭氧氧化、超声/臭氧氧化、超声/过氧化氢氧化、涡流/过氧化氢氧化等方式对EDTA进行降解研究,考察了各种因素对降解的影响,探讨了不同方式的氧化机理及有机物的降解机理。 EDTA属于难降解有机物。采用臭氧氧化时,EDTA的降解率随酸度提高、臭氧流量增大而提高,但pH>7后,降解率变化不明显;EDTA浓度增加时降解率降低,但单位体积溶液中EDTA被降解的总量增加;温度升高时,EDTA降解率也相应降低,但降解率下降的程度低于臭氧溶解度降低的程度。 单独使用超声氧化时降解率不高,但超声引起的空化效应可以强化臭氧降解EDTA的效果。超声/臭氧方式降解EDTA时,降解率随pH降低、臭氧量增加、EDTA浓度降低、超声功率增加而增加,温度升高对降解不利,而且影响程度超过单独臭氧体系。 比较超声、臭氧、超声/臭氧降解EDTA的情况,可知超声/臭氧方法的降解效果远大于超声方法与臭氧方法,主要是因为超声空化促进了臭氧分解为自由基以及增加了臭氧在水中的溶解度。通过对苯二甲酸与羟基自由基结合产生荧光的反应,证明了臭氧以及超声/臭氧方法主要是自由基氧化,而且超声/臭氧方法产生的自由基总量远大于臭氧与超声两种方法。 通过气相色谱-质谱以及离子色谱方法检测,可知EDTA的降解中间产物主要有乙酸、氨基酸、丙酸、丁酸、甲基丁酸等。经臭氧和超声/臭氧降解3h,水溶液中EDTA的降解率和矿化率分别为43.3%、62.8%以及5.9%、9.2%。 涡流降解方面,首先使用CFX软件进行了涡流形成的模拟计算,结果表明当涡流仓狭缝宽度为0.2mm、狭缝长度100mm、涡流仓内径10mm时最适于涡流的形成。除此以外,出口与挡板的距离也对空化效应有影响,在35mm时可以得到最大的空蚀量。采用涡流/H_2O_2降解活性艳红K-2BP的方式检验了计算结果,表明理论结果与实际情况基本相符,但在内径及挡板的影响上存在一定偏差。 采用涡流/H_2O_2方式进行了EDTA络合物的降解实验。降解结果表明,涡流/H_2O_2方式可以在较宽的pH范围内降解有机物,而且H_2O_2利用率高,显示出比Fenton方法更强的适应性;但碱性增强时,由于自由基捕捉组分增多,降解效果下降。涡流/H_2O_2降解方式受温度影响较大,提高温度对降解有利,表明涡流空化不同于超声空化,高温有利于扩大低压区面积,对空化效应形成有利。其它影响因素方面,有机物浓度降低、过氧化氢浓度提高均对降解有利。 进行了涡流/H_2O_2与超声/H_2O_2的对比研究,结果表明涡流/H_2O_2的氧化效果远大于超声/H_2O_2。研究还表明,升温对涡流/H_2O_2体系有利,对超声/H_2O_2体系则没有明显影响。 采用对苯二甲酸的荧光检测结果表明,涡流与涡流/H_2O_2方式均为羟基自由基氧化,但单独使用涡流时,自由基生成量太少,不足以对有机物形成较好的降解,而采用涡流/H_2O_2方式时,羟基自由基的生成量明显增加,表明涡流/H_2O_2方法主要是利用空化效应促进H_2O_2生成羟基自由基的方式氧化有机污染物。 针对含有EDTA的模拟含~(90)Sr低放废水,实验研究了降解EDTA对废水中Sr去除率的影响,结果表明在降解处理前,Sr去除率仅为4.3%;臭氧和超声/臭氧处理1小时后,Sr去除率分别为9.6%和13.8%;涡流/过氧化氢处理1小时后,Sr去除率为28.6%。
【学位授予单位】:中国原子能科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TL941.1

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