摘 要

伴随我国经济水平的增长，能源需求量巨大，在给工业发展机遇的同时，对环境也造成了很大的污染。其中含酚废水主要存在于煤化工废水、制药、石油化工等行业废水中。含酚废水组分复杂而且水量大，影响人体和水生动物健康。

本文采用臭氧氧化技术，投加非均相催化剂强化对含酚废水的催化氧化效果氧化效果。对催化剂的种类和投加量进行了研究，以COD的去除率为指标，最终确定负载5g 、0.8mg/L硝酸锰的活性氧化铝为催化剂；并考察了臭氧投加量、废水pH、反应时间等条件对含酚废水中COD、UV₂₅₄、UV₄₁₀、挥发酚的去除率的影响，并确定最终的最佳反应条件，COD、UV₂₅₄、UV₄₁₀、挥发酚的去除率分别为60.9%、87.8%、90.8%、90.9%。本论文研究了一种高级氧化含酚废水的处理技术，该技术具有快速、高效等优点，考虑到经济成本问题，此研究有较大的意义和应用前景。

关键词：含酚废水 金属催化剂 臭氧氧化 挥发酚 去除率

Ehancement sudy on the ozone catalytic oxidation of phenol containing wastewater

Abstract

With the growth of China's economic level, energy demand is huge, giving industrial development opportunities and causing great pollution at the same time. Phenol wastewater mainly exists in coal chemical industry wastewater, pharmaceutical, petrochemical and other industries wastewater. Phenol containing wastewater is complex and large, affecting the nervous system of the human body, and aquatic animals.

In this article, we using the ozone oxidation technology to strengthen the catalytic oxidation effect，adding heterogeneous catalyst. Kinds of catalyst and dosage were studied, with COD removal rate as the index, we ultimately determine the 5g of load 0.8mg/l manganese activated alumina as catalyst; and studing the ozone dosage, pH, reaction time and other factors containing phenol wastewater COD and UV₂₅₄, UV₄₁₀, volatile phenol removal rate and to determine the final optimum reaction conditions, the COD and UV₂₅₄, UV₄₁₀, volatile phenol removal rate was 60.9% and 87.8%, 90.8%, 90.9% respectively. This experiment is a kind of advanced oxidation technology, which has the advantages of fast and high efficiency. Considering the problem of economic cost, this study has great significance and application prospects.

Key words: phenolic wastewater metal catalyst ozone oxidation volatile phenol

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章绪论 1

1.1含酚废水的来源及特点 1

1.2含酚废水的处理现状 1

1.2.1物理化学法 1

1.2.2生物处理法 1

1.2.3化学处理法 2

1.3臭氧氧化处理含酚废水 2

1.3.1臭氧的特性及制备方法 2

1.3.2臭氧氧化机理及特征 3

1.3.3 臭氧氧化煤化工含酚废水处理效果的影响因素 4

1.2.3臭氧在废水处理中的应用 5

1.3 催化臭氧氧化技术 6

1.4金属催化剂在废水处理中的应用概述 5

1.4.1催化剂的特点及其制备方法 5

1.4.2催化剂作用的机理 5

1.4.3催化剂的研制和在废水处理中的应用 6

1.5研究的目的 7

第二章实验材料与方法 8

2.1实验试剂和实验方法 8

2.1.1实验试剂 8

2.1.2实验方法 9

2.2 实验装置 10

2.2.1实验装置简介 10

2.2.2实验装置的操作方法 11

2.3实验水样的简介 11

2.4 实验分析方法 12

第三章实验结果与分析 13

3.1催化剂种类选定及其负载量 13

3.2臭氧投加量对氧化效果的影响 14

3.2.1 臭氧投加量对COD去除效果的影响 14

3.2.2 臭氧投加量对UV去除率的影响 14

3.2.3 臭氧投加量对挥发酚去除效果的影响 15

3.2.5 单因素臭氧投加量实验结果综合分析 16

3.3 pH对氧化效果的影响 17

3.3.1 pH对COD去除效果的影响 17

3.3.2 pH对UV去除率的影响 17

3.3.3 pH对挥发酚去除效果的影响 18

3.3.4 单因素pH实验结果综合分析 19

3.5反应时间对氧化效果的影响 19

3.5.1 反应时间对COD去除效果的影响 19

3.5.2 反应时间对UV去除效果的影响 20

3.5.3 反应时间对挥发酚去除效果的影响 21

3.5.4 单因素反应时间实验结果综合分析 21

3.6最佳条件下废水处理结果分析 22

第四章结论与建议 24

4.1结论 24

4.2展望 24

参考文献 27

致谢 30

第一章绪论

1.1含酚废水的来源及特点

含酚废水是一种高污染的工业废水^[1]，酚类废水的污染源众多。酚类化合物可生化性低、有毒，而且具有“三致”效应和遗传毒性，即使以低浓度存在也可能会对植物、人、动物造成较大的危害^[2-5]。已经成为美国环保局(EPA)的优先控制污染物^[1]。酚类化合物种类重多^[6]，其中苯酚是污染最严重的一种。处理含酚废水已经是当代治理环境污染的迫切工作。

1.2含酚废水的处理现状

含酚废水的处理方法通常有三大类，分别为：物化处理法、化学处理法、生物处理法。

1.2.1物理化学法

物理化学法处理方法较多，包括盐析法、离子交换法等，硫酸钠或氯化钠等盐析法可用于高浓度的含酚废水，这种方法可实现废物回收；汽提法也可以处理高浓度含酚废水，不过要将把挥发出来的气体收集起来，不然会造成二次污染^[7]。用活性炭作吸附剂对酚进行吸附脱除，此方法为吸附法，但考虑到活性炭的再生费较为昂贵，难大规模应用；有些可用离子交换法地进行回收。

1.2.2生物处理法

可生物降解法处理含酚废水的效果一般。含酚废水排入水体，要先经过预处理，去除一些对水体微生物不利的物质。确定最佳的生长条件，能够加强微生物的可生化性，主要的方法有：固定化酶技术、SBR法、氧化塘法等。含酚量较小的状况下，应使用生化处理，负荷过大，对生物产生毒性，负荷过小，则供能。但是，生化法也有局限性，无法处理到排放标准，后续还需物化处理后才能排放。

1.2.3化学处理法

主要包括化学沉淀法和化学氧化法。其中化学氧化法主要是通过具有氧化性物质对酚进行分解氧化，但是在氯化处理含酚废水过程中要严格控制溶液的pH、反应时间和投加量，不然会产生氛酚恶臭：二氧化氯尽管氧化能力较氯强，可在酸性或碱性和高达95℃的条件下使用，过氧化物氧化法也能有效将酚降解，但较昂贵，有研究用Fenton试剂的联合氧化剂来处理酚类物质，但与纯双氧水相比，效果相对增强。在化学法中臭氧处理有很多优点：响应速度快，不会再次污染，污泥量少和效益高。多种不同的处理方法中，苯酚废水预处理过程的降解程度不同，但臭氧预处理过程，投资少，响应速度快，并以不高含量的情况下在水中持续发生反应，化合物不产生剩余、无污染等优点而受到重视。

1.3臭氧氧化处理含酚废水

1.3.1臭氧的特性及制备方法

1、臭氧的特性臭氧的分子式为O₃。常温条件下，臭氧是一种没有颜色具有刺激性的气味的气体。其主要物化特性如下：a、氧化能力。臭氧是强氧化剂，不会产生二次污染^[8]，电极电位仅次于OF₂。b、在水中溶解度。纯臭氧在水中的溶解度，空气比它小25倍，氧气比其小10倍，c、臭氧的分解。它在水中的分解速度快于在空气中。pH值和温度与臭氧分解速度成正相关，故在废水处理中，需控制水温和水体pH值^[9]。d、臭氧属于有毒气体，对感官系统有刺激，可能引起头部不舒服以及造成呼吸困难，更甚者可能致死。故使用臭氧时，必须做好尾气处理，以减少对人身体的危害。另外，臭氧能氧化所有的金属非金属材料，除了金和铂之外，因此要考虑臭氧反应器制作材料的选取。2、臭氧的制备目前，臭氧可以通过多方法得到。如紫外线法，产生量低，用于空气除臭；电解法可产生高纯度的臭氧，但耗资大，而且设备繁琐，很难运用到现实工艺中；等离子射流法生产成本高，生产的臭氧浓度低，目前还在开发；放射法激发氧气变成臭氧，速度快，不过设备繁琐，适合大量需要臭氧的地方；水处理工程实践一般使用无声放电法，用以产生浓度合适的臭氧。本实验使用臭氧发生器制备臭氧，由纯氧气产生。

1.3.2臭氧氧化机理及特征

1.3.2.1碱性条件下的自由基反应

碱性条件下，臭氧是作为一种强氧化剂发挥作用的，反应的公式如下：