水中酚类污染物的多能场协同降解研究

随着石油化工、塑料、合成纤维、焦化等工业的迅速发展,排向环境的各类含酚废水也相应增加。由于酚的毒性大,并具有致癌、致畸,致突变的潜在毒性,近年来引起了环境研究者的重视。鉴于清除或降解水中的酚类污染物,不仅涉及水生生物及陆生植物的生长繁殖,更涉及到人类及陆生动物的食品饮水安全,因此,研究含酚废水的高效处理技术,对保护环境具有极为重要的意义。 对于许多含酚废水而言,采用现有常规方法处理,很难达到污水综合排放标准。本课题旨在研究一种对此类污染物具有特效的处理方法。而声、光、磁、电等高级氧化技术具有彻底氧化降解有机污染物,易于控制且无二次污染等优点,故研究其对含酚废水的处理具有重要的理论价值和实际价值。 本文主要探索和研究超声波、紫外光催化和电化学场及其组合技术用于酚类污染物处理的可行性及其规律,并选取酚类化合物中毒性最大,且在环境中最稳定,而常规水处理方法又难于降解的典型物质苯酚为研究对象。通过对苯酚模拟废水的处理,系统地探索了各个物理能场之间及H2O2的协同效应,初步总结出声/光、声/电、光/电、声/光/电等组合体系处理含酚废水的一般规律,并通过正交实验获得降解模拟废水的最佳组合条件。 实验研究结果表明:单一能场对苯酚溶液的降解率都很低,分别加入H2O2后降解率有不同程度的提高。在酸性条件下苯酚的去除效果较好,碱性条件下降解率很低。在各个单能场相互结合的双能场体系中,相同条件下降解率都有所提高,在超声和光催化结合的体系中,对于20mg/L的苯酚溶液降解反应120min后,降解率可达77.48%;在超声和电场结合的体系中,相同条件下苯酚降解率为51.78%;在光催化和电场体系中,降解率为54.32%;在各个双能场中加入H2O2,降解率也有不同程度的提高。在声、光、电三能场体系中降解苯酚溶液的实验中,使用负载型TiO2作光催化剂时,三能场对苯酚溶液的去除效果不太理想,体系中加入H2O2后,降解率大幅度提高,H2O2至3mL/L以上时的降解率几乎为100%;使用悬浮态的光催化剂时,三能场对苯酚溶液的去除效果较好。设计正交实验研究声、光、电三能场协同降解苯酚溶液的规律,结果发现,反应时间是影响降解效果的最大因素,其次依次为H2O2加入量、初始浓度和TiO2加入量。同时,通过正交实验可以确定,在超声波频率40KHz、声能密度0.1W/cm3、电场输出电压为30V、光催化使用波长365nm的160W的高压贡灯的前提下,声、光、电降解苯酚溶液的最佳条件为TiO2=1g、H2O2=3ml、C0=20mg/L、反应时间t=120min,在该条件下,苯酚溶液的降解率可达94.19%,效果比较理想。