畢業(yè)設(shè)計-再生紙廢水處理

第-1-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟摘要-銅比、初始pH值、反應(yīng)時間、超聲功率等因素水平對超聲-催化內(nèi)電解耦合反應(yīng)的的對研究結(jié)果表明，超聲-催化內(nèi)電解法能夠達(dá)到并優(yōu)于單獨催化內(nèi)電解法對再生紙廢水的處理效果。各因素對超聲-催化內(nèi)電解耦合反應(yīng)的影響按大小次序來說是反應(yīng)pH應(yīng)條件為環(huán)小試試驗確定超聲-催化內(nèi)電解出水的最佳回流比為50%，經(jīng)兩次循環(huán)后，不同反第-2-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟ABSTRACTDuetotheproblemoftheconventionalmethodofrecycledpaper-makingwastewatertreatmentwithhighone-timeinvestment,difficultmanagementandunsatisfactoryresults,thestudycombinesultrasonictechnologywithcatalyzedinternalelectrolysistechnologyandusesthecombinationaspretreatmenttodegradetheactuallyrecycledpaper-makingwastewater.ThroughinspectingthetwoindicatorsofCODremovalandcolorremoval,theimpactoffactorsandlevelssuchasiron-zeoliteproportion,iron-copperproportion,initialpH,reactiontime,ultrasonicpowerontheus-catalyzedinternalelectrolysiscoupledreactionisinvestigated.Meanwhile,thecomparativeexperimentsbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandindividuallycatalyzedinternalelectrolysisarealsotested.Finally,wediscussthefeasibilityoftheprogrambyconductingcirculationpilottestundertheoptimumconditions.Theresultsshowedthatthetreatmenteffectofus-catalyzedinternalelectrolysiscanachieveevenbesuperiortothatofindividuallycatalyzedinternalelectrolysis.Theimpactofvariousfactorsonthecoupledreactionaccordingtotheorderisthereactiontime,initialpH,theratioofirontocopper,ultrasonicpowerandtheratioofirontozeolite.Theoptimumconditionfortheratioofiron-copper-zeoliteis3:1:1;fortheinitialpHis4.0;forultrasonicpoweris200W;foraerationcapacityis0.4L/minandforthereactiontimeis90mins.UndertheoptimumconditionsCODremovalrateisabove64%andcolorremovalrateisabove74%.Thebestrefluentratioofthecirculationis50%.Aftertwicerecycles,theCODremovalratesunderdifferentreactiontimesareallstableat52%~63%,whilethehighestcolorremovalrateisupto92%.Theexperimentsshowthatthetechnologythatcatalyzedinternalelectrolysisiscoordinatedbyultrasoundisfeasible.Thecoupledprocesshastheadvantageofsimpleequipment,lowenergyconsumptionandsimpleoperation.Itsapplicationisgreatlypotential,andthemarketprospectsareverybroad.第-3-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟KEYWORDS:ultrasound,catalyzedinternalelectrolysis,recycledpaper-makingwastewater.第-4-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟 第-5-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟 第-6-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟 前言藥品的廢水。與直接利用植物纖維制漿的工藝相比,廢紙再生造紙廢輕,但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放標(biāo)準(zhǔn),若不加處理而直接排放,將對環(huán)境帶種預(yù)處理工藝已在各種企業(yè)回用水處理中收到良好的效果。它在很大程度上提高了廢水的可生化性，為廢水的進(jìn)一步生化處理創(chuàng)造了條件。空化效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及自由基效應(yīng)可以起到輔助強化作用，提高去除效率。因此，第-7-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟洗有所不同，其污染物含量大致為：COD600~2400mg/L，BOD5125~585mg/L，SS650~2400mg/L，色度450~900倍，外觀呈黑灰色。洗滌廢水量為100~200t/t紙；子量組分(如廢紙漿料中的可溶物)和分子量高達(dá)10萬以上的高分子量用綜合處理技術(shù)[1]。第-8-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟要包括紙漿回收、物化處理。董海山[3]介紹了采用過濾+混凝沉淀處理再生紙廢水的技術(shù)和工程實例，實驗結(jié)果表明：在最佳難以去化廢水中的導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池，并通過電化學(xué)的氧化塊板結(jié)，效果大幅度下降，甚至無法運行[6]。極，銅作陰極。銅的加入擴(kuò)大了兩極的電位差，電化學(xué)反應(yīng)的效率得到進(jìn)一步提高，第-9-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟和鐵炭法提高了不少[7]。該方法利用單質(zhì)鐵還原難于生物降解的含有硝基、亞硝基、后生成的亞鐵、三價鐵還有很好的混凝作用；廢水經(jīng)此方法處理后鐵離子濃度增大，(1)陽極：Fe-2e→Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V(1-1)(2)陰極：酸性條件下，2H++2e→H2E0(H+/H2)=0.00V(1-2)OOHeHOE0(O2)=1.23(1-3)(3)電解質(zhì)中反應(yīng)為：大分子有機(jī)物(銅表面)+ne→小分子有機(jī)物(1-5)Fe2++2H2O→Fe(OH)2+2H+(1-6)FeOHOHOFeOH(1-7)E氧條件下電極反應(yīng)的E0最大。該條件下廢水中的H+被不斷消耗，導(dǎo)致其pH值上升。pH低、酸度大時，氧的電極電位提高，現(xiàn)狀酚類高廷耀等[6]進(jìn)行了催化鐵內(nèi)電解法處理難降解有機(jī)廢水(石油廢水、焦化廢水、中催化；該法適用的Ph范圍較大(Ph4~11)，反應(yīng)可在中性和弱堿性條件(處理后出水的Ph標(biāo)第-10-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟準(zhǔn))下進(jìn)行；溴化十六烷基三甲胺改性的沸石的吸附富集作用更提高了處理效果和速孫必鑫等[10]研究了曝氣對催化鐵內(nèi)電解法處理有機(jī)廢水的作用，實驗結(jié)果表明，OD及銅與鐵表面的接觸面積是提高催化反應(yīng)速率的兩個主要因素。但實驗結(jié)果[11]表明，觸面積，不僅能大大提高反應(yīng)速率，提高反應(yīng)動力，廢水的可生化性提高也較大。因此，一般低pH值時，因有大量的H+，而會使反應(yīng)快速地進(jìn)行，但也不是pH值越低越好，pH降低會改變產(chǎn)物的存在形式，例如破壞反應(yīng)后生成的絮體而產(chǎn)生有色的可能，以印染廢水為例，當(dāng)進(jìn)水pH值大于7.0時，加入銅能明顯提高反應(yīng)速h為堿性時，停留時間最好不要低于3.0h，否則廢水性要受到影響；當(dāng)廢水pH值大于9.0時，鐵銅法對印染廢水的處理效果才會pH，當(dāng)然，第-11-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟的影響處理難降解有機(jī)廢水的研究。在傳統(tǒng)的鐵炭內(nèi)Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO?(1-8)Fe2++HO?→Fe3++OH￣(1-9)Fe3++H2O2→Fe2++H++HO?(1-10)RH+HO?→R?+H2O(1-11)R?+H2O2→ROH+HO?(1-12)R?+O2→RO2￣→CO2+H2O(1-13)與水有很強的水解-聚合-沉降趨勢，部分污染物會在水解過程中被混凝吸附除去；同[8]的接觸時間，使去除率降低。在中性條件下，通過曝氣，一方面提供更充足的氧氣，第-12-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟效應(yīng)。超聲降解水體中有機(jī)污染物是物理-化學(xué)降解過程，主能量可高達(dá)1900~5200K，壓力超過50MPa，并伴有強烈的沖擊波和微射流等現(xiàn)象。進(jìn)氣在高溫高壓下發(fā)生如下分裂及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[13]：OHOHO22O·(1-15)OHHOO(1-17)OHHOO(1-18)HOHOHH(1-20)HO機(jī)污染物蒸氣也可發(fā)生類似燃燒的熱分解可經(jīng)HO·氧化、氣泡內(nèi)燃燒分解、超臨界水氧化3種途徑進(jìn)行時對污第-13-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟oneHOHOUSHO2-FeSO4工藝處理造紙黑液4h，廢液的廢紙的回收利用不僅有利于環(huán)境的保護(hù)、資源的綜合利用與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，第-14-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟消耗總量為5992萬t，其中廢紙漿為3380萬t，占總漿量的56.4%，廢紙回收持續(xù)增械雜質(zhì)等污染物的廢水生成，每生產(chǎn)1t廢紙脫墨漿將產(chǎn)生100m3傳統(tǒng)的廢水處理方法一次性投資高，管理難度大，處理效果并不理想；近年來，催化內(nèi)電解耦合工藝降解再生紙廢水的可行性，并探索其本研究以實際再生紙廢水作為實驗水樣，選用超聲-催化內(nèi)電解法作為廢水降解2.比較超聲-催化內(nèi)電解法與單獨催化內(nèi)電解法處理再生紙廢水的效果，研究超F(xiàn)e+對再生紙廢水的預(yù)絮凝效果，確定最佳一次投加量，并在此條件下進(jìn)一步確定超聲-催化內(nèi)電解反應(yīng)的最佳回流比，對再生紙廢水進(jìn)行循環(huán)小試試驗，研第-15-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟新合工藝的可行性，并探索了該組合工藝處理再生紙廢水的最器和方法材料及儀器廢水V-1100可見分光光度計、KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器、250ml磨口錐形瓶、2實驗方法1.鐵刨花的處理：首先用10%的NaOH溶液浸泡并不斷攪拌約10min除油，再用1%山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟的鹽酸浸泡約30min使鐵屑具有活性，收集廢酸液并在大燒杯中用蒸餾水漂洗鐵刨花花置于烘箱內(nèi)在40oC的條件下烘干30min。4.將再生紙廢水置于錐形瓶中，超聲清洗反應(yīng)2h，間隔一定時間均勻取樣，并因水平ABCDEFe-沸石upH值(W)11213141L果TableTheOrthodoxydesignlayoutanddateaccordingtoL16(45)因?qū)嵥貙嵉?16-頁共51頁驗號第-17-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟123456789K1AFe-沸石BuCpH值DE超聲功率(W)去除率 )色度去除率 從左到右兩列依次是各因素在COD去除率和色度去除率指標(biāo)下的總和；第-18-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟k1kk兩列依次是各率和色度去除率指標(biāo)下的總和的平均k4kWWW時進(jìn)行實驗，測試項目及分析方法.2.1實驗分析測試項目第-19-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟質(zhì)指標(biāo)mgL原水水質(zhì)指標(biāo)766~17115.964：設(shè)備一覽表儀器(設(shè)備)KQ0DE型數(shù)控超聲波清洗器YP3000電子天平pH分析方法物一起沉淀,從而使廢水得到凈化。因此需要用CaO調(diào)節(jié)處理后廢水的pH到8.0~9.0，a.COD的測定COD去除率=原水CO水COD100%(3-1)b.色度的測定DD山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟A0—原水的初始吸光度；At—t時刻水樣的吸光度；η—廢水的吸光度(色度)去除率。解耦合聯(lián)用處理再生紙廢水的實驗研究實驗與結(jié)果討論-20-頁-20-40第-21-頁共51頁去除率(%)Fe去除率(%)Fe-沸石比Fe-Cu比反應(yīng)時間超聲功率山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟0初始pH值因素水平響實驗第-22-頁共51頁 3:1:3 3:1:3山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟80757065605550454035302520151050 3:1:1.5 3:1:1 3:1:0.750153045607590105120Time(min)Fig(a)ChangeofCODremovalrateundertheconditionofdifferentratiosofiron-copper-zeolite1009080706050403020100. 3:1:3. 3:1:15.75 3:1:1.75 3:1:00153045607590105120Time(min)b度去除率隨時間的變化情況Fig3(b)Changeofcolorremovalrateundertheconditionofdifferent第-23-頁共51頁DegradationrateofCOD(%) 4 6DegradationrateofCOD(%) 4 6山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟ratiosofiron-copper-zeolitelFeH選用3:1:1的鐵-銅-沸石混合體系，將三者的組合達(dá)到最優(yōu)化，從而進(jìn)一步提高超pH解耦合反應(yīng)的影響沸石(鐵-銅-沸石質(zhì)量比為3:1:1)，混合搖勻。將再生紙廢水的初始pH值分別調(diào)節(jié)至： 8 100153045607590105120n第-24-頁共51頁Degradationrateofcolor(%) 4 6Degradationrateofcolor(%) 4 6山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟HCODFig(a)EffectofinitialpHvalueonCODremovalrate400 8 100153045607590105120Time(min)bpHFig4(b)EffectofinitialpHvalueoncolorremovalrate從圖中還可看出，初始pH值越低(酸度越大)，相應(yīng)的COD(色度)去除率也pH90min處理后COD和色度的去除率分別達(dá)54.72%、第-25-頁共51頁DegradationrateofCOD(%) 200WDegradationrateofCOD(%) 200W山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟pH效果。因此，考慮到再生紙廢水本身就呈弱酸性(pH值約為6)，在實際工程中若不調(diào)節(jié)pH值，直接進(jìn)行該預(yù)處理，既能達(dá)到滿意的處理效影響超聲作為一種輔助手段，協(xié)同催化內(nèi)電解法處理再生紙廢水。本實驗中向250ml屑和6g沸石(鐵-銅-沸石質(zhì)量比為3:1:1)，混合搖勻。放入超聲清洗器中，設(shè)定不同的超聲功率(超聲頻率一定)，分別為120W、160W和200W。在不曝氣的情況下常溫反應(yīng)2h，每隔15min取一次水樣，考察不同超聲功率下廢水的COD和色度去除率隨40 120W 160W0153045607590105120Time(min)CODFig5(a)EffectofultrasonicpoweronCODremovalrate第-26-頁共51頁 200W 200W山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟0090807060504030200 120W 160W0153045607590105120Time(min)b影響Fig(b)Effectofultrasonicpoweroncolorremoval。中的有機(jī)化合物主要源于空化作用——液體中空腔的H激發(fā)下，會產(chǎn)生更多的·OH，它也能促進(jìn)反應(yīng)速率。設(shè)定了三檔功率值(120W、160W和200W)，且COD和色度的去除率均隨功率的提高呈依次增大的趨勢，此實驗結(jié)果與上述討論并不矛盾，故從經(jīng)濟(jì)實用的角度考慮，第-27-頁共51頁 0L/min 02L/minminmin 0L/min 02L/minminmin山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟催化內(nèi)電解耦合反應(yīng)的影響2h，每隔15min取一次水樣，考察不同曝氣量下廢水的COD和色度去除率隨時間的變80706050403020.. 0.4L/ 0.6L/0153045607590105120Time(min)ODFig-6(a)EffectofaerationonCODremovalrate第-28-頁共51頁Degradationrateofcolor(%) 0L/min 02L/minDegradationrateofcolor(%) 0L/min 02L/min山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟50505050.. 0.4L/m 0.6L/m0153045607590105120Time(min)b響Fig6(b)Effectofaerationoncolorremovalrate增加至0.4L/min)，COD去除率相應(yīng)地增大(不曝氣時，對COD的去除率為平均為45.43%；在曝氣條件下對COD的去除率>52.50%，最大可達(dá)去除率為80.91%，而在曝氣條件下，最大為76.88%。當(dāng)曝氣量繼續(xù)增加時(增至0.6LminCOD去除率又略微降低，色度去除率變化緩慢，基本保持穩(wěn)定。這說明對第-29-頁共51頁DegradationrateofCOD(%) 超聲-催化內(nèi)解DegradationrateofCOD(%) 超聲-催化內(nèi)解山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟高了對COD的去除率，同時，系統(tǒng)中的三價鐵離子濃度比之缺氧情況有一定的提高，F(xiàn)eOH去除部分有機(jī)物，也提高了對COD的去除效果。因此，高溶解解法與單獨催化內(nèi)電解法處理效果對比3.2.1超聲-催化內(nèi)電解法與單獨催化內(nèi)電解處理再生紙廢水的實驗向兩個250ml的錐形瓶中分別倒入80m1待處理的再生紙廢水，將其pH值均調(diào)至4.0，各都加入18g鐵屑、6g銅屑和6g沸石(鐵-銅-沸石質(zhì)量比為3:1:1)，混合搖勻，其中一個于常溫下振蕩反應(yīng)2h，另一個置于超聲清洗器(設(shè)定超聲功率為200W)中常溫反應(yīng)2h，均隔15min取一次水樣，考察兩種處理工藝下廢水的COD和色度去除率09080706050403020 單獨催化內(nèi)電解電0153045607590105120Time(min)a內(nèi)電解法對COD降解效果對比Fig.3-7(a)ComparisonofCODremovaleffectbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandviduallycatalyzedinternalelectrolysis第-30-頁共51頁 超聲-催化內(nèi)解 超聲-催化內(nèi)解山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟009080706050403020 單獨催化內(nèi)電解電 0153045607590105120Time(min)b內(nèi)電解法對色度去除效果對比Fig.3-7(b)Comparisonofcolorremovaleffectbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandviduallycatalyzedinternalelectrolysis果討論bO有機(jī)第-31-頁共51頁 排水 排水山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟解法處理再生紙廢水的循環(huán)小試試驗3.3.1超聲-催化內(nèi)電解循環(huán)試驗流程的確定的Fe2+先對廢水進(jìn)行混凝沉淀，然后讓上清液再進(jìn)入到內(nèi)電解反應(yīng)器中，一方面，經(jīng)沉淀后的廢水的濁度有所降低，減輕了后續(xù)內(nèi)電解處理的負(fù)荷；絮凝劑又是自產(chǎn)自消，從實際角度考慮，經(jīng)濟(jì)有效。另外，超聲作用主要產(chǎn)生H2O2，F(xiàn)e好能與超聲產(chǎn)生的H2O2組成Fenton試劑，進(jìn)而產(chǎn)生氧化活性很高應(yīng)，降低去除效率[21]，所以，F(xiàn)e2+量(回流比)存在最佳值。.2循環(huán)回流比的確定O在進(jìn)行第一輪循環(huán)反應(yīng)前，先以FeSO4溶液(20%的質(zhì)量分?jǐn)?shù))作絮凝劑，考察第-32-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟不同F(xiàn)eSO4(Fe2+)投加量條件下廢水的初沉淀情況，確定最佳投加值。具體實驗方FeSO件下廢水COD和色度的去除率比較FeSO4投加量COD去除率(%)色度去除率(%)LCOD將不同量的超聲-催化內(nèi)電解出水(R分別為10%、20%、30%、40%、50%和60%)，加Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH值為8.0~9.0，靜置30min后，取上清液測CODA回流比對原水混凝沉淀效果的影響，試驗結(jié)果見表3-2?；亓鞅?R)條件下廢水COD和色度的去除率比較RR%)標(biāo)COD去除率(%)色度去除率(%)685第-33-頁共51頁Degradationofrate(%)Degradationofrate(%)山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟由表中數(shù)據(jù)可知，回流比越大，相應(yīng)的COD和色度去除率也越高。經(jīng)綜合比較，3試驗結(jié)果與討論n90807060504030 COD去除率色度去除率0153045607590105120Time(min)Fig9Theeffectofcirculationpilottest第-34-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟本章主要研究超聲波對催化內(nèi)電解法產(chǎn)生的強化作用。在超聲清洗器中進(jìn)行催理效果比較，得到以下結(jié)論:2.在確定的最優(yōu)條件下處理再生紙廢水，反應(yīng)在90min時，COD去除率可以達(dá)到達(dá)到87.05%。pH性條件下(pH值為4.0和6.0時)，廢超聲頻率已確定，為40KHZ)，最佳超聲功率為200W。6.在回流比為50%的條件下，經(jīng)兩次超聲-催化內(nèi)電解循環(huán)反應(yīng)后，廢水的COD前第-35-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟催化內(nèi)電解反應(yīng)裝置模型的建立第-36-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟催化內(nèi)電解反應(yīng)器各參數(shù)的設(shè)計計算(0.16)2H=0.015;H=0.75m0.05+0.1+0.75+0.15+0.05=1.1m.3反應(yīng)區(qū)筒體第-37-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟反應(yīng)器配水、配氣及排水布?xì)狻⒉妓?，支撐板孔?.0mm，空間距5mm?？紤]填料重量，孔板厚度設(shè)計為第-38-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟第-39-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟AFe-沸石BCDEuCOD色度pH值(W)(%)(%)21:129.9647.88第-40-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟3456789K1k1kk1:13:18.0901:14:110.01202:11:16.0902:12:14.01202:13:110.0302:14:18.0603:11:18.01203:12:110.0903:13:14.0603:14:16.0304:11:110.0604:12:18.0304:13:16.01204:14:14.09011727471.025819432558.234..32.568.72.4.283296119279113.271123278116255..48.1272.24.76.16.460168293170.31494.276174320..88.1664.3672.88.844498.280149.91.246304.28315592.440868.968029.68.17.764.48.81.14.58.73364768603258429.69.28.467.30.69.29.63.98778381945410042.73.42.678.23.69.43.80.1222965968227114113254.4272.72298.302.63.6068.1874.512153.5888.8977.4970.7992.3371.3658.6866.5566.9885.7159.8861.0564.0368.4186.94從左到右兩列依次是各因素在COD去除率和色度去除率指標(biāo)下的總和；到右兩列依次是各率和色度去除率指標(biāo)下的總和的平均第-41-頁共51頁山有路勤為徑，學(xué)海無涯苦作舟kk424.70.37.270.22.73117759261.7438.76.243.6750975.5417.4.624.813.25.19.29.21.722.611.9495991685813384優(yōu)方案A3A3B3B3C1C1D3D3E4E4聲-催化內(nèi)電解耦合反應(yīng)的影響比時min)間例3:1:1.575AAAA(%)(%)(%)(%)7837.5535.444331.6510.005439.5837.3736.6913.516742.3771.625944.1072.6339.2570.281242.0471.9345.0671.931443.1875.44564