光催化氧化联合工艺处理不同污染物的研究

论文摘要

光催化技术因其鲜明的特点被认为是最具发展潜力的水处理技术之一。现阶段,制约光催化实际应用的瓶颈问题未得到根本性解决,针对目标水体特性选择光催化与其它工艺组成联合工艺,通过两者优势互补获得更好处理效果,则更具实际意义。本文针对光催化技术处理难降解有机废水、印染废水以及硝酸盐污染地下水时存在的缺陷,分别组建联合工艺,进行了光电联合催化处理苯酚废水、电化学-光催化组合工艺处理酸性橙Ⅱ废水以及生物慢滤-光催化组合技术处理硝酸盐微污染地下水的研究。主要结论如下：（1）采用光电联合催化工艺处理苯酚废水,在发挥光催化、电化学各自降解功效的同时产生了协同作用,溶液中氯离子的存在可以显著地提高协同增强的效应。在光催化和电化学工艺间的交互影响下氧化物质产率的提高是联合体系中协同增强作用出现的原因。光电联合工艺可明显缩短苯酚降解以及矿化的时间,提升单位电耗的矿化效率。在电流密度30mA/cm2、NaCl投加量0.3g/L、pH为6左右的反应条件下,初始浓度50mg/L苯酚在2.5小时内被完全去除,降解6小时后,TOC去除率达到75%；（2）采用电化学-光催化组合工艺处理酸性橙Ⅱ废水,电化学氧化前处理使溶液迅速褪色的同时也使大分子有机物发生了分解,有效的提高了后续光催化氧化工艺的TOC降解速率；而后续的光催化氧化工艺可无选择的氧化有机物,避免降解过程中出现中间产物的累积。3L初始浓度50mg/L的酸性橙Ⅱ溶液经1h电解加上6h光催化氧化降解,TOC的去除率达到了81%,矿化所需时间大大缩短。组合工艺完成50%矿化率时的耗电量仅是电化学工艺完成相同矿化率耗电量的71%；（3）采用生物慢滤-光催化组合工艺处理硝酸盐氮微污染地下水,组合工艺中前置的生物慢滤工艺可有效地脱除水中的硝酸盐,后置的光催化氧化工艺则对慢滤出水中残余的有机物、氨氮以及细菌总数起到削减作用。当原水硝氮含量在27.8-43.7mg/L,滤速0.35m/h,以碳氮比2：1外加碳源时,组合工艺出水硝氮含量低于《生活饮用水卫生标准》中的规定,经过后续光催化处理后CODMn和细菌总数也达到饮用水的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水污染的概况
• 1.1.1 水体有机物污染及处理
• 1.1.2 印染工业废水污染及处理
• 1.1.3 地下水硝酸盐氮污染及处理
• 1.2 光催化氧化技术概述
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 光催化技术在水处理应用中的研究进展
• 1.2.3 光催化技术应用中存在的主要问题
• 1.3 光催化联合工艺研究进展
• 1.3.1 光催化电化学联合工艺
• 1.3.2 光催化生物法联合工艺
• 1.3.3 光催化和其它工艺联合
• 1.4 本研究拟解决的科学问题和实际意义
• 1.5 研究内容与技术路线
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 技术路线
• 第2章 光电联合处理难降解有机废水
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 主要试剂与仪器
• 2.2.2 固载型光催化剂的制备
• 2.2.3 实验装置
• 2.2.4 实验方法
• 2.2.5 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 联合工艺与单独工艺比较
• 2.3.2 协同作用机理分析
• 2.3.3 动力学分析
• 2.3.4 运行条件对于光电联合降解苯酚的影响
• 2.3.5 反应条件的优化
• 2.4 小结
• 第3章 电化学-光催化组合工艺处理印染废水
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 主要试剂与仪器
• 3.2.2 固载型光催化剂的制备
• 3.2.3 实验装置
• 3.2.4 实验方法
• 3.2.5 测试方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电化学技术处理酸性橙Ⅱ废水
• 3.3.2 光催化技术处理酸性橙Ⅱ废水
• 3.3.3 电化学-光催化组合工艺处理酸性橙Ⅱ废水
• 3.4 小结
• 第4章 生物慢滤-光催化组合工艺处理硝酸盐微污染地下水
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 主要试剂与仪器
• 4.2.2 固载型光催化剂的制备
• 4.2.3 生物慢滤改性活性炭的制备
• 4.2.4 实验装置
• 4.2.5 实验方法
• 4.2.6 测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 光催化剂氧化性能实验
• 4.3.2 生物慢滤性能实验
• 4.3.3 生物慢滤-光催化组合工艺研究
• 4.4 小结
• 第5章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间科研成果