【摘要】：論文首先對新合成的無機高分子復(fù)合混凝劑(PPFS)進行了制備和表征,分析了PPFS的形貌結(jié)構(gòu)和混凝機理。之后以直接深棕印染廢水和微污染原水為研究對象,在單因素試驗設(shè)計、正交試驗設(shè)計、Box-Behnken設(shè)計和中心組合設(shè)計等試驗設(shè)計的基礎(chǔ)上,并結(jié)合響應(yīng)面分析,研究了超聲波促進類Fenton氧化工藝對直接深棕印染廢水的降解效果、試驗條件優(yōu)化及降解機理;同時研究了PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工藝對直接深棕印染廢水和微污染原水的降解效果、試驗條件優(yōu)化及降解機理。旨在探索廢水降解的新途徑,拓寬高級氧化組合工藝在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍,從而為豐富、深化氧化組合工藝的理論研究提供一定的數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)。 論文的主要研究結(jié)論如下: (1)采用紅外(FTIR)、X-衍射(XRD),確定了聚磷硫酸鐵(PPFS)的結(jié)構(gòu)組成,PPFS是一種高電荷的多羥基多核絡(luò)合物,電鏡掃描(SEM)表征分析,PPFS具有簇狀類珊瑚礁立體網(wǎng)狀的形貌結(jié)構(gòu);混凝燒杯試驗說明,PPFS在混凝時不是以電中和機理為主,吸附、架橋和混凝沉淀等作用才是它具有優(yōu)異混凝效果的主要原因,Zeta電位值證實了該推測;逐時絡(luò)合比色法顯示PPFS混凝劑中Fe(c)形態(tài)較多,Fe(a)和Fe(b)含量相對較少,表明PPFS主要以鐵磷高聚物形式存在;紫外可見光譜顯示,不同pH條件下PPFS混凝劑的光譜曲線變化與其混凝形態(tài)有一定的對應(yīng)關(guān)系。PPFS的混凝機理可能是:電中和作用能有效地降低水中膠體的ζ電位致使膠體脫穩(wěn),之后PPFS發(fā)揮吸附、架橋、混凝沉淀等作用最終有效地去除污水中的各種物質(zhì),所以PPFS是電中和、吸附、架橋和混凝沉淀等幾種作用的綜合體現(xiàn)。 (2)超聲波促進類Fenton氧化工藝:以模擬直接深棕印染廢水為對象,采用低頻超聲技術(shù),探討初始pH、H_2O_2投加量及催化劑用量對直接深棕印染廢水降解率的影響。應(yīng)用Box-Behnken中心組合試驗和響應(yīng)面分析法,建立了類Fenton試劑對處理直接深棕印染廢水的二次多項式數(shù)學(xué)模型,確定了超聲降解直接深棕印染廢水的優(yōu)化條件:取初始濃度為100.0 mg/L直接深棕印染廢水250.0 mL,超聲功率為250 W,頻率28 kHz,降解150 min,初始pH、H_2O_2投加量及催化劑用量分別為3.79、1.74 mM、1.65 g/L。經(jīng)試驗驗證,實際值與模型預(yù)測值擬合性良好,偏差僅為1.35%。通過分析降解前后的紫外-可見光譜圖,初步推斷在超聲-Fenton反應(yīng)下,直接深棕并沒有完全降解為CO_2和H_2O,而僅僅是生色基團受到自由基攻擊而被破壞。 (3)直接深棕印染廢水的PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工藝:從單因素試驗分析可知,選擇合適的投加量和合適的nPO_4~(3-)/nFe~(3+),可以提高PPFS對直接深棕色度去除率,在此基礎(chǔ)上投加適量H_2O_2,使其與混凝后水體中殘余的Fe~(3+)構(gòu)成高級氧化體系(類Fenton試劑),進一步降低混凝反應(yīng)后殘余的有機物,達到更好的處理效果,pH的應(yīng)用范圍很寬。正交試驗分析得出:對于直接深棕印染廢水的去除率影響效能較大是H_2O_2的投加量和混凝劑的投加量。分析該工藝機理:在酸性環(huán)境中,類Fenton反應(yīng)機理占主導(dǎo)地位;在堿性環(huán)境中,PPFS的混凝作用占主導(dǎo)地位。由此推之,無機高分子混凝劑與H_2O_2的聯(lián)合使用,可以大大拓寬它們的pH值的應(yīng)用范圍。 (4)微污染原水中的UV_(254)、COD和TOC的PPFS/H_2O_2混凝-氧化耦合工藝:從單因素試驗對微污染原水中的UV_(254)去除效果分析中可知,選擇合適的nPO_4~(3-)/nFe~(3+)和nOH-/nFe~(3+),可以提高PPFS對UV_(254)的去除效果,在此基礎(chǔ)上投加適量H_2O_2可進一步降低混凝反應(yīng)后殘余的有機物,達到更好的處理效果。微污染原水宏觀指標(biāo)的正交試驗分析得出:對于原水中UV_(254)、COD和TOC的去除率影響效能較大的是混凝劑和H_2O_2的投加量。 (5)微污染原水中的鄰苯二甲酸酯類(PAEs)和多環(huán)芳烴(PAHs)檢測結(jié)果分析:PPFS與H_2O_2耦合使用,鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)和鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)的去除率均達到90.0%以上,而鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)和鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)的去除率相對較低,去除率一般在70.0%-80.0%;菲和芘的去除率基本達到90.0%以上,而萘和熒蒽的去除率分別在60.0%和40.0%左右。
【圖文】：

染原水降解具有明顯效果；采用 FTIR、XRD、SEM 等手段，分析混凝劑 PPFS 的結(jié)構(gòu)形態(tài)；采用紫外光譜、Ferron 絡(luò)合比色法等手段，進一步對其優(yōu)勢混凝形態(tài)分布及其水解形態(tài)等進行分析，得出了優(yōu)勢混凝形態(tài)下的混凝劑的混凝作用機理。② 在高級氧化降解印染廢水和微污染原水的過程中，引入超聲波，混凝技術(shù)，設(shè)計兩種高級氧化組合工藝：超聲波促進類 Fenton 氧化工藝和 PPFS/H2O2混凝-氧化耦合工藝，分別討論超聲波作用時間、Fenton 試劑用量、混凝劑投加量及其配比和 H2O2投加量等因素對其降解效果的影響，得出其兩種工藝最佳降解條件。③ 分析研究高級氧化組合工藝的協(xié)同作用機理。通過試驗研究高級氧化方法與混凝之間的協(xié)同作用，結(jié)合高級氧化的降解機理（自由基反應(yīng)、超聲波的熱解和空化效應(yīng)等）和混凝作用機理（電中和、吸附、架橋作用等）進行綜合分析，深化高級氧化與混凝之間的協(xié)同作用機理的分析研究。1.5.3 技術(shù)路線論文以試驗研究為主，同時輔以理論探索和推導(dǎo)。試驗設(shè)計路線如圖 1.1 所示。

光譜與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，，是研究表征分子結(jié)構(gòu)的一種有效手相比，紅外光譜由于對樣品沒有任何限制，它是公認(rèn)的一種重要子構(gòu)型和構(gòu)象研究、化學(xué)化工、物理、能源、材料、天文、氣象質(zhì)、生物、醫(yī)學(xué)、藥物、農(nóng)業(yè)、食品、法庭鑒定和工業(yè)過程控制測定中都有十分廣泛的應(yīng)用。光譜可以研究分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，如力常數(shù)的測定和分子對稱光譜方法可測定分子的鍵長和鍵角，并由此推測分子的立體構(gòu)型基團或化學(xué)鍵在不同化合物中所對應(yīng)的譜帶波數(shù)基本上是固定的圍內(nèi)變化，因此許多有機官能團例如甲基、亞甲基、羰基等在紅征吸收，通過紅外光譜測定，人們就可以判定未知樣品中存在哪這為最終確定未知物的化學(xué)結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。利用紅外光譜圖對PFS和PPFS進行研究，得到它們的官能團信息PPFS中的結(jié)構(gòu)構(gòu)成有一定的意義。紅外光譜分析
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2594866