基于難降解有機污染物特性的光催化-生化廢水處理技術(shù).pdf

1、開發(fā)適用于難生物降解有機廢水的處理方法一直是污水處理領(lǐng)域研究的技術(shù)難點。論文在分析高濃度難生物降解有機廢水現(xiàn)有處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，認(rèn)為“光催化+生化處理組合工藝”是一種較有前景技術(shù)。論文從現(xiàn)有光催化劑量子效率低、尚難用于高濃度廢水處理的現(xiàn)實問題出發(fā)，在綜述難降解有機污染物特征的基礎(chǔ)上，基于難降解有機污染物大多具有疏水基團的特性，創(chuàng)新性地認(rèn)為改變納米TiO2光催化劑的表面性能、開發(fā)一種具有疏水特性的光催化劑，通過提高光催化劑對難生物降解有機

2、物的吸附能力，實現(xiàn)光催化技術(shù)對難降解有機物的選擇性吸附和降解，進而降低高濃度廢水光催化處理時對光量子的需求量。論文圍繞這一創(chuàng)新思路開發(fā)了具有表面疏水特性的SDS-CuO/TiO2光催化劑；根據(jù)光催化反應(yīng)特點，以提高光催化效率和催化劑回收率為目標(biāo)，開發(fā)了螺旋升流塔式光催化反應(yīng)器；對基于高濃度難降解有機廢水的光催化-生化處理系統(tǒng)進行了研究，得到如下結(jié)論：
　　 1)用CuO對TiO2光催化劑進行改性，獲得了具有可見光響應(yīng)特性的CuO

3、/TiO2光催化劑。經(jīng)XRD表征發(fā)現(xiàn)CuO/TiO2催化劑具有CuO和銳鈦礦TiO2兩種晶體，Cu主要以CuO晶體的形式存在；UV-Vis表征發(fā)現(xiàn)CuO/TiO2催化劑具有良好的可見光響應(yīng)性能，其最大激發(fā)波長為821nm；三維熒光表征發(fā)現(xiàn)經(jīng)過CuO改性后催化劑的電子-空穴對復(fù)合幾率明顯降低；BET表征發(fā)現(xiàn)CuO負(fù)載改性后催化劑比表面積從181.3㎡/g增加至241.8㎡/g。論文還以亞甲基藍(lán)模擬廢水為對象，研究了CuO/TiO2光催化劑

4、在可見光激發(fā)下的降解能力，結(jié)果表明：在控制反應(yīng)液初始pH值為11、亞甲基藍(lán)初始色度為500倍、催化劑用量為0.1g/L廢水、H2O2加入量為10mL/L廢水時，光催化效率最高，2h脫色率可達90％。
　　 2)用十二烷基硫酸鈉(SDS)對CuO/TiO2進行了表面修飾改性，制備了具有一定疏水特性的SDS-CuO/TiO2光催化劑。XRD表征，發(fā)現(xiàn)SDS-CuO/TiO2催化劑仍然為CuO和銳鈦礦TiO2兩種晶體；SDS修飾改性將

5、引起催化劑顆粒和孔徑增大、BET比表面積減?。籉TIR表征發(fā)現(xiàn)，經(jīng)表面修飾改性的SDS-CuO/TiO2催化劑表面含有C-C和-CH-基團。研究表明，制備SDS-CuO/TiO2催化劑時SDS的濃度是影響催化劑光催化活性的最重要因素。當(dāng)SDS濃度為臨界膠束濃度(CMC)時制得的催化劑最大激發(fā)波長為763nm，BET比表面積為52.1㎡/g。此時催化劑表面疏水基團量最高，電子-空穴對復(fù)合幾率最小，制得的催化劑的光催化活性最佳。
　　

6、 3)以硝基苯模擬廢水為對象，研究了SDS-CuO/TiO2光催化劑在可見光激發(fā)下的降解能力，結(jié)果表明：在控制反應(yīng)液初始pH值為9、硝基苯初始濃度為400mg/L～500mg/L、催化劑用量為0.2g/L廢水、H2O2加入量為6mL/L廢水時光催化效率最高，2h對硝基苯的降解率為77％。以硝基苯和亞甲基藍(lán)的復(fù)合廢水為研究對象，發(fā)現(xiàn)SDS-CuO/TiO2光催化劑對難降解有機物硝基苯具有更佳的選擇性降解能力。
　　 4)采用旋流

7、分離理論為基礎(chǔ)，以增大反應(yīng)器A/V值和催化劑回收率為目標(biāo)設(shè)計了連續(xù)流型太陽光催化反應(yīng)器，控制要點是反應(yīng)器半徑和反應(yīng)高度滿足R3+3R2h2=Q，光照面積和反應(yīng)器半徑滿足S=2π(0.02-R3)/3R。運行實驗表明，通過螺旋流回收光催化劑是可行的，連續(xù)運行20d，催化劑的流失率為26.5％，且保留于反應(yīng)器中的催化劑仍然具有較高的光催化活性。在太陽光照射下進行實際印染廢水處理研究發(fā)現(xiàn)：光照強度增加對光催化過程的促進作用具有極限；可以采用曝

8、氣充氧來替代H2O2作為光催化反應(yīng)的電子捕獲劑；水力停留時間為3h時廢水COD去除效果較佳。采用輔助光源可以明顯增強廢水的處理效果，可以在自然光照不足的情況下采用輔助光源來強化廢水處理。
　　 5)SDS-CuO/TiO2光催化+SBR生化系統(tǒng)可以用于難降解有機廢水的處理。用于處理印染廢水時，光催化處理單元中廢水中的難降解有機污染物轉(zhuǎn)化過程約需40min。40min后廢水BOD5和DHA值達到最大，廢水可生化性最佳。系統(tǒng)最佳運行

9、參數(shù)為光催化反應(yīng)器中SDS-CuO/TiO2催化劑投加量為4g、曝氣量0.25m3/h、停留時間為40min；SBR生化處理單元污泥負(fù)荷0.179kgCOD/(kgMLSS·d)、曝氣量0.4m3/h、曝氣時間10h。此時光催化-生化系統(tǒng)處理出水能夠達到《紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB4287-92)I級標(biāo)準(zhǔn)。
　　 6)在SDS-CuO/TiO2光催化劑作用下，印染廢水COD降解符合Langmuir--Hinshelwo

10、od動力學(xué)方程?？紤]廢水初始COD濃度、催化劑用量、光照強度等影響因素的動力學(xué)模型為：Ct=C0 exp(-0.0111C00.6899M1.4255I0.6928t-A)(100mg/L≤C0≤500mg/L)Ct=C0 exp(-3.3701×104C0-2.0919M1.4255I0.6928t-A)(500mg/L　　 光催化單元BOD5生成速率為C=23.729t-49.33，其中t受廢水中難