【摘要】：染料廢水處理的主要難題集中在廢水的脫色、難降解物質的礦化及提高廢水的可生化性三方面。超聲-臭氧聯合技術,結合了臭氧的強氧化性和超聲的強化效果,對于高色度、高COD、低可生化性的染料廢水是較好的預處理工藝。針對染料廢水存在的色度高,可生化性差等問題,本研究設計了超聲-臭氧聯合篩板塔(USOP-sieve plate tower)預處理系統(tǒng)。經USOP篩板塔系統(tǒng)處理后,典型芳香類染料的出水可生化性(B/C比)明顯提高:孔雀石綠,莧菜紅和新胭脂紅,茜素紅的出水B/C分別從處理前的0.08,0.08,0和0.11,提高到處理后的0.29,0.25,0.51和0.31,降低了染料廢水排放的環(huán)境風險。經USOP-篩板塔系統(tǒng)處理后,100mg L-1的孔雀石綠、莧菜紅和新胭脂紅溶液分別經過10min,8min和8min處理時間可到達完全脫色(脫色率接近100%)的效果,證明了USOP-篩板塔系統(tǒng)對于三苯基甲烷類染料和偶氮類染料是一種快速、高效的脫色預處理方法。而該對蒽醌類染料的脫色效果甚微。但USOP-篩板塔工藝,在較短的處理時間內(10-20min),對于孔雀石綠的COD去除率為50%;對莧菜紅和新胭脂紅的去除率僅為25%和40%,而對蒽醌類染料茜素和茜素紅幾乎沒有礦化作用。這說明USOP-篩板塔系統(tǒng)對于三類染料的礦化效果一般。研究結果表明,不同化學結構類型的染料在同一處理系統(tǒng)中的脫色程度和降解程度上存在較大差異。針對處理技術和染料處理效果之間缺乏系統(tǒng)性研究的問題,本研究選擇的研究對象為目前使用量最大的染料(偶氮染料、蒽醌染料、三苯基甲烷類染料)中的典型芳香類染料:莧菜紅AR27和新胭脂紅AR18,茜素AR和茜素紅ARS,孔雀石綠MG。旨在探究其在USOP-篩板塔系統(tǒng)中脫色和降解程度存在差異的原因。使用量子化學軟件Gaussian 09計算獲得了染料分子的穩(wěn)定性、與羥基自由基反應的活性位點和活性大小、基元反應活化能(Ea)等量子化學判據:莧菜紅分子軌道能量差為2.97ev,小于新胭脂紅的3.09ev,此結果表明莧菜紅分子的反應活性大于新胭脂紅;莧菜紅分子的反應活性位點為-C18,-C26,-N16=N17-位,而新胭脂紅的反應活性位點為-C23,-C25,-N20=N21-位;茜素反應活性大于茜素紅(3.42ev3.58ev),茜素易與羥基自由基發(fā)生反應的活性位點為C9,C11,C14及H25位,發(fā)生基元反應所需的活化能分別為:30.80、10.74、123.93和0.44kcal·mol-1;其中,·OH與茜素H25的氫抽提反應為無壘過程,極易發(fā)生;而茜素紅的C9位與羥基加成反應的活化能為4.33 kcal·mol-1,遠低于茜素的C9位的30.8 kcal·mol-1,因此,茜素紅的C9與·OH更易發(fā)生加成反應。研究結果揭示了活性位點容易發(fā)生反應的本質原因:反應的活化能Ea極低。從理論上解釋了不同結構類型的染料(偶氮、蒽醌和三苯基甲烷類)、同分異構染料(莧菜紅和新胭脂紅)在USOP-篩板塔系統(tǒng)中脫色速度、降解程度等存在差異的原因:基元反應活化能的高低決定了反應進行的難易。針對染料處理過程中存在的降解路徑不明晰的問題,采用量子化學計算(Gaussian09)與實驗分析鑒定(HPLC-MS)相結合的方法,預測并揭示了典型芳香類染料在USOP-篩板塔系統(tǒng)中的降解路徑。通過HPLC-MS鑒定的中間產物與量子化學計算的活性位點生成的中間產物有較好的一致性:計算預測的活性位點,如莧菜紅的-N16=N17-的雙鍵位置,茜素紅的C9位置,均用HPLC-MS方法檢測到了相應的生成物。在USOP-篩板塔系統(tǒng)中,超聲的引入雖然不能改變染料的三苯基甲烷類染料和偶氮染料的降解路徑,但超聲的引入使莧菜紅和新胭脂紅的出水發(fā)光細菌抑制性降低至10%以下,降低了出水的環(huán)境風險。研究結果為調整染料實際處理過程中的運行條件和控制出水的環(huán)境風險提供了理論依據。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學博士學位論文 不成對電子。臭氧的電子結構（含有不成對電子），使得 O3具有很高的化應活性[62]。O3分子的直接氧化能力很強（水溶液中，氧化還原電位為 2.07V[很低的濃度即可表現出強氧化性，是多種難降解有機廢水處理工藝的首選劑。在染料廢水的處理中，臭氧分子可以選擇性氧化染料中的雙鍵，如偶（-N=N-），使偶氮染料脫色。另外，臭氧可分解生成氧化電位更高的羥基基（·OH，2.80V），間接將染料分子降解。因此，臭氧氧化技術是一項對廢水降解和脫色都很有效的技術。 單純依靠化學法將色度極高（幾千甚至幾萬倍）、COD 極高的染料廢水到符合排放標準，需要極高的處理成本，在實際處理工程中是不可接受的

本文的技術路線

圖 2-1 超聲-臭氧聯合篩板塔反應器 Figure 2-1 Ultrasonic-enhanced-Ozone sieve-plate tower reactor .2 篩板塔設計過程 篩板塔反應器的最主要設計參數包括塔徑、塔板間距、塔板數、篩孔大孔率等等。 根據篩板塔設計流程及常規(guī)經驗參數[115]，確定塔板液流型為最常用的單，假定溢流堰高 hw=8mm，堰長/塔徑=Lw/D=0.7，假定板間距 HT=0.15m d0=3mm，篩孔間距為 9mm，孔心距/孔徑=t/d0=3，液泛百分率=un/un,f=0.已知篩板塔設計依據的基礎物性數據： 1）氣相物性參數： 為 維 持 塔 內 氣 相 流 量 ， 采 用 臭 氧 與 空 氣 混 合 進 氣 ， 氣 相 流8.33×10-3m3·s-1，氣相密度 ρv=1.20kg·m-3（20oC）。由于 O3在混合氣中的小，近似取空氣的密度； 2）液相物性參數： 初步估計液體在塔內的停留時間為 20min，待處理的染料體積 4L。則待

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3 張曄;馮春楊;黃駿;;臭氧處理生活污水的應用[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

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6 武明亮;周連泉;王旭東;張文俊;楊麗華;張曉文;;臭氧處理泡沫去污廢液中有機質的初步研究[A];中國核學會核化工分會成立三十周年慶祝大會暨全國核化工學術交流年會會議論文集[C];2010年

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8 于瑞海;孔令鋒;王昭萍;田傳遠;王如才;;臭氧處理海水對扇貝卵的孵化及幼蟲生長的影響[A];中國動物學會、中國海洋湖沼學會貝類學分會第十次學術討論會論文集[C];2001年

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5 焦旭;用臭氧處理水力壓裂廢水[N];中國能源報;2012年

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9 本報記者 白晶;壓裂廢水如何處理？[N];中國能源報;2012年

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本文編號：2749540