【摘要】：隨著工業(yè)生產的飛速發(fā)展和對化學用品的不斷需求,大量含酚廢水被排放到水體環(huán)境中,此外,化學物質的泄漏事故進一步增加了酚類物質的排放量。而目前的傳統(tǒng)水處理工藝弊端很多,如光催化技術中光催化劑易脫落、難回收問題。生物技術難降解高濃度酚類廢水等問題制約著對酚類廢水的處理。因此很有必要尋找一種新型工藝高效率的處理工業(yè)廢水。針對這些問題。本文提出了一種新型處理技術:一種光催化-生物膜-過濾一體化工藝。即使用預處理后的玻璃纖維布(GFC)分別負載制備出的納米片狀二氧化鈦光催化劑(TiO_2)和氮摻雜的納米片狀黑色二氧化鈦可見光光催化劑(N-B-TiO_2),得到TiO_2/GFC載體和N-B-TiO_2/GFC載體。兩個載體經過微生物的接種、培養(yǎng)和馴化在表面分別長出一定厚度的生物膜。利用光催化與微生物的協(xié)同作用和玻璃纖維布的過濾作用,實現了三種工藝的一體化。此工藝對酚類廢水降解效果優(yōu)良,同時對水中懸浮物具有良好的過濾效果,彌補了傳統(tǒng)水處理工藝的不足。然后對光催化-生物膜-過濾一體化工藝的性能進行實驗并分析實驗結果。實驗結果的分析主要分為如下兩個方面:(1)TiO_2/GFC作為載體時,此工藝紫外光為最佳光源,載體量最佳為35%,最佳有效深度為1cm,最佳pH=7。在這些條件下,當苯酚與2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)的濃度分別為100mg/L和20mg/L,反應時間分別為5h和6h,反應溫度為21℃、曝氣量為4L·min~(-1),此工藝對苯酚和2,4-二氯苯酚的降解率分別為78.6%和75.5%,光催化-生物膜-過濾一體化工藝對SS(固體懸浮物)的去除率最高為61.68%。并提出了光催化-生物膜-過濾一體化工藝的降解機理與降解動力學。(2)N-B-TiO_2/GFC作為載體時,光催化-生物膜-過濾一體化體系在處理酚類污染物與固體懸浮物時,可見光作為光源,最佳載體量為35%,最佳pH=6,SS濃度為20mg/L,最佳有效深度為1cm,經過5h的降解后,光催化-生物膜-過濾一體化體系對100mg/L的苯酚和20mg/L的SS的去除率分別高達94.81%和61.68%,6h降解后對2,4-二氯苯酚的降解率為84%,很好的證明了光催化-生物膜-過濾一體化體系中光催化與微生物的協(xié)同作用,導致體系對污染物具有很好的去除性能。之后的使用循環(huán)周期實驗也證明了光催化-生物膜-過濾一體化體系良好的穩(wěn)定性與較長的使用壽命。并提出了光催化-生物膜-過濾一體化工藝的降解機理與降解動力學。
【學位授予單位】：黑龍江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X703
【圖文】：

第 2 章 實驗材料與實驗方法2.5 光催化-生物膜-過濾一體化反應器設計本課題光催化-生物膜-過濾一體化反應器是實驗室規(guī)模，外部容器為石英玻璃，呈正方體狀，長寬高均為 15cm，容積約為 3.4L，采用小型循環(huán)泵（流速可控），底部抽水，上部進水，通過細鐵絲固定玻璃纖維布在反應器中的位置（高度可控），反應器底部曝氣維持生物膜生長與保持反應器的流化狀態(tài)。采用紫外光與可見光作為光源，位于反應器的正上方。

圖 3-1 納米片 TiO2的 SEM 圖像(a)、(b)，XRD 圖譜(c)，UV-Vis 吸收光譜(d)Fig.3-1 SEM image (a), (b), XRD(c) and uv-vis absorption spectrum (d) of nanosheet TiO23.2 TiO2/GFC 載體的制備3.2.1 GFC 的預處理玻璃纖維布(GFC)在生產制作過程中玻璃纖維束會摻雜許多雜質，并且長時間暴露于環(huán)境中灰塵等非常容易落入玻璃纖維束表面，因此在制備 TiO2/GFC 載體之前，對玻璃纖維布的清潔預處理是非常必要的。有文獻指出玻璃纖維布的極好的耐高溫性，并且高溫處理對玻璃纖維結構無破壞[53-55]。本實驗采用高溫煅燒法在 400℃下煅燒 1h 對玻璃纖維布進行除雜預處理，得到無雜質的潔凈玻

iO2在載體的負載方法可分為物理和化學兩類[56]，光催化劑的固定化劑牢固負載，可防止 TiO2粉末的流失便于回收利用，增加了比表 TiO2的利用率[57]。本實驗使用粘結劑法來對 TiO2進行固定，選取結劑。具體操作如下：將所制得的 TiO2粉末溶入乙醇中進行超聲TiO2懸漿液。將磷酸鋁溶于硝酸中進行超聲震蕩作為膠體分散液，玻璃纖維布浸入膠體分散液中 30min，使玻璃纖維布表面對 TiO2隨后迅速將浸過膠體分散液的玻璃纖維布取出轉移至制備的 TiO2漬 30min，取出放入烘箱于 100℃干燥后，記錄其質量。接著重復到干燥后玻璃纖維布質量保持不變?yōu)橹�，這時 TiO2在玻璃纖維布，得到 TiO2/GFC 載體，圖 3-2（b）為 TiO2/GFC 載體的 SEM 圖TiO2光催化劑均勻的牢固的負載在玻璃纖維束上，此時 TiO2/GFC。

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