摘 要

本论文主要研究利用高级氧化法对粘胶纤维废水进行深度处理。由于粘胶废水的COD含量较高，采用传统物化、生物处理法由于其固有的难以彻底降解COD。本文将分析高级氧化在污水处理工艺中的机理、作用以及优缺点。并对污水水样进行分析并采用对应的高级氧化法降解粘胶纤维废水中的COD。文中还对催化剂制备、催化机理做了研究，并且研究了不同催化剂投加量对臭氧催化氧化降解COD的作用。实验采用控制变量法多次对臭氧发生器通入废水中臭氧的量、溶液酸碱度和催化剂投剂量指标进行研究，先后逐次改变三个指标中的其中一个，研究不同臭氧投加速率、不同溶液pH值以及不同催化剂投加量来探索臭氧催化氧化在处理粘胶纤维废水中最佳处理条件并选择适宜的处理工艺。

关键词： 粘胶纤维废水，高级氧化，臭氧催化

Abstract

In this paper,we reduce the concentration of COD in viscose fiber wastewater by using Advanced Oxidation Methods.It is difficult to degrade COD by using traditional chemical process of Physical chemistry method due to the chemical stability of COD.The mechanism, effect and advantages and disadvantages of advanced oxidation in wastewater treatment process will be analyzed.The water sample will be analyzed .Therefore the proper method of advanced oxidation method will be used to degrade the COD in viscose fiber wastewater.The catalyst preparation and catalytic mechanism were also studied.And the effect of different catalyst dosage on the degradation of COD by ozone oxidation was studied.In the end the relations between Ozone dosing rate, solution pH value and catalyst dosage and other parameters will be analyzed by using variable control method to find out the best process in the treatment of viscose fiber wastewater in Ozone catalytic oxidation process.

key words: viscose fiber wastewater ,Advanced oxidation methods,Ozone catalytic oxidation process

目录

摘 要 2

Abstract 3

第一章 文献综述 5

1.1 粘胶纤维废水和传统处理工艺简介 5

1.2 高级氧化简介 5

1.2.1 臭氧催化氧化 6

1.2.2 Fenton氧化法 7

1.2.3 电化学催化氧化 8

1.2.4 其他氧化法 8

1.3 催化剂简介 8

1.4 粘胶纤维废水水样分析 9

1.5 本课题研究目的以及内容 9

1.5.1 研究目的 9

1.5.2 研究内容 9

第二章 实验部分 10

2.1 实验材料、仪器设备 10

2.2 水质分析 10

2.3 实验步骤 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 催化剂XRD表征 12

3.2催化剂热重分析 13

3.3 臭氧投加量对COD去除效果的影响 13

3.4催化剂用量对废水COD去除率的影响 14

3.5 pH值对废水COD去除率的影响 15

第四章 结论与建议 17

4.1 结论 17

4.2 存在问题及建议 17

参考文献 18

致谢 21

第一章 文献综述

1.1 粘胶纤维废水和传统处理工艺简介

粘胶纤维又名真丝棉，可以从自然界中的各种纤维素通过一系列工艺制取出来。由于我国已经成为粘胶纤维生产第一大国，其粘胶纤维废水排放量也首当其冲。目前处理含较高COD的粘胶纤维废水，往往采用酸碱中和等化学方法处理，再用沉降和絮凝等物理方法除去污水中的纤维素。而粘胶纤维废水由于其具有较高的COD以及各种高稳定性有机污染物，其中一些甚至具有一定色度，所以不能直接排放到自然环境中。传统物化、生物处理法不仅难以达到排放需求标准，而且处理过程经济支出也很高。近年来，研究人员致力于采用高级氧化法来处理粘胶废水。相比于传统粘胶废水处理工艺，高级氧化法有着其他工艺无法比拟的优点：其处理成本不高因而具有较高经济性、氧化速率快并且能将废水中大部分COD除去、处理工艺产生的中间产物易分解分离不会因为中间产物而引入其他污染。

pH值对于高级氧化有重要影响，粘胶纤维废水按照检测出的pH值可以分为酸性废水，碱性废水和中性水。酸性废水主要污染物质是H₂SO₄和ZnSO₄。通常碱性废水的纤维素和稳定有机物含量较高而导致COD含量居高不下、其中的纤维素也会发生程度比较低的聚合，同时由于NaOH 在粘胶生产工艺中的引入导致碱性废水中含有一定量的NaOH。 传统物化处理法主要先用调节池分别调节各种粘胶纤维废水的酸碱度，然后泵入曝气吹脱池经空气吹脱后将粘胶纤维和低聚合度纤维析出，同时随着空气吹脱粘胶纤维中有毒有害气体也吹脱出。最终将处理了的污水在中和反应池中中和，再经历一系列沉降和曝气而排出。由此可以看到传统处理法在降低COD排放值上仍存不足。

1.2 高级氧化简介

级氧化技术可以用来深度氧化处理粘胶纤维废水从而降低其COD， 由于在一系列链式反应中产生了羟基自由基(·OH)，而羟基自由基可以彻底、高效、高速地将目标物氧化。由于高级氧化中引入自由羟基因而比起目前普遍使用的酸碱中和和絮凝沉降法COD去除率高，比起化学氧化法高级氧化也更加高速、高效、低成本，从而受到研究人员广泛关注。本文主要介绍高级氧化法中的臭氧催化氧化、芬顿氧化和电化学氧化，同时也稍微引入了超临界氧化法等。本文将重点介绍臭氧氧化法，同时实验将重点采用臭氧催化氧化法来降解COD。

1.2.1 臭氧催化氧化

臭氧的分子式为O₃。常温下臭氧具有刺激性气味，由于臭氧氧化性极强、化学稳定性较差，容易收到紫外线照射分解，大气中因为含有少量臭氧从而避免了紫外线直接照射于地表生物。臭氧化学性质为：具有极强的氧化性，化学性质不稳定，可于多种金属或过渡金属发生反应氧化。溶液的酸碱度对臭氧催化氧化速率和程度有重要影响。臭氧催化氧化技术能高效氧化污水中稳定化学物质从而降解COD，同时由于臭氧具有使色度降低的特点还可以用来处理带颜色的污水，例如工业燃料污水等。所以臭氧氧化技术可以联合其他工艺运用于处理含COD较高的水样。臭氧不仅能直接作用于稳定的有机物而使之发生氧化，还可以与催化剂反应生成自由羟基来高效氧化有机物。但是由于臭氧氧化反应过程的选择性，所以处理这些物质有时候结果不尽人意。为了提高臭氧氧化能力和氧化速率，在处理有机污染时往往让臭氧在催化剂作用下氧化污水，从而使得污水处理能力显著提高。因此本实验将采用臭氧催化氧化，探索不同催化剂条件和不同臭氧进气量等条件下粘胶纤维废水的处理工艺。

臭氧氧化技术利用催化剂使臭氧产生羟基自由基(OH·) ，然后用自由羟基来氧化污水中稳定有机物。有学者研究表明，臭氧氧化可以通过臭氧直接氧化或者臭氧与催化剂反应从而形成自由羟基、自由羟基作用于有机物使之高效氧化。臭氧催化氧化法：直接氧化：臭氧直接和稳定物质发生反应来降解COD，间接氧化过程反应时间比较长、同时对COD的降解能力有限。通常情况下反应速率常数为1.0~102/MS。间接氧化：间接氧化过程中臭氧会通过与催化剂的 一系列反应生成自由羟基，自由羟基氧化能力更强，所以间接氧化能力会强于直接氧化。实验中反应速率常数为108~109/MS,相比起直接氧化，间接氧化具有高效快速的特点。