濕式催化氧化技術(shù)是處理高濃度難降解有機(jī)廢水的有效方法。但因其需要較高的操作條件(高溫、高壓),給設(shè)備建造和安全運(yùn)行等帶來(lái)諸多問(wèn)題,在很大程度上限制了該工藝的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)此,本論文采用一種新的工藝——通過(guò)微波輔助在(相對(duì)于傳統(tǒng)的濕式催化氧化條件)低溫(＜200℃)低壓(＜2.0 MPa)條件下,以活性炭為催化劑,氧氣或過(guò)氧化氫為氧化劑,在固定床微波反應(yīng)器內(nèi)間歇式的處理高濃度有毒有害難降解的有機(jī)廢水,如苯酚溶液、煉油廢水和制藥廢水,來(lái)考察這種新工藝的實(shí)用性與可行性。獲得的主要結(jié)果如下: 在微波輔助催化濕式氧化處理苯酚溶液的實(shí)驗(yàn)中,考察了濃度為20000 mg/L的苯酚溶液的處理情況,通過(guò)對(duì)反應(yīng)溫度、氧分壓、活性炭用量和微波功率等不同工藝參數(shù)的考察得出了反應(yīng)最佳實(shí)驗(yàn)條件。結(jié)果表明,在反應(yīng)溫度為150℃,氧分壓為0.8 MPa,GAC催化劑投加量為5wt.%,660 W微波功率的條件下,91.5%的苯酚能夠被降解,TOC總?cè)コ蔬_(dá)到73.3%,可生化性(BOD_5/COD)由最初的0.04提高到0.36。產(chǎn)物分析結(jié)果表明,在微波輔助催化濕式氧化降解苯酚過(guò)程中,對(duì)二苯酚、鄰二苯酚、苯醌和馬來(lái)酸能是主要降解產(chǎn)物,微波高溫?zé)峤夂脱趸纸庾饔猛瑫r(shí)存在于苯酚的降解反應(yīng)過(guò)程中。 在處理煉油廢水的實(shí)驗(yàn)中,增加了一步帶壓曝氣工藝。實(shí)驗(yàn)表明,向溶液內(nèi)部施加曝氣,增加了氧氣由氣相向液相傳質(zhì)的速率,使得煉油廢水中COD的去除率有進(jìn)一步的提高。當(dāng)曝氣流量為0.02 m~3/h,反應(yīng)溫度為150℃,氧分壓為0.8 MPa,GAC催化劑投加量為5wt.%,660 W微波功率的條件下,煉油廢水中COD的去除率達(dá)到91.8%,可生化性由最初的0.08提高到0.47。其中反應(yīng)溫度、氧分壓、GAC催化劑的投加量以及微波功率都對(duì)COD的去除率有一定影響。 水和活性炭的微波升溫實(shí)驗(yàn)表明,微波輻照下活性炭的快速升溫使其與周?chē)嘀g產(chǎn)生溫度梯度,致使水升溫速度加快。活性炭在微波輻射下快速升溫的性能為其在催化過(guò)程中局部達(dá)到高溫提供可能,而高溫是濕式催化氧化中·OH產(chǎn)生的必需條件。 在研究溶液蒸發(fā)量的實(shí)驗(yàn)中,分別考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力以及微波功率對(duì)溶液蒸發(fā)量的影響。由于反應(yīng)裝置是一密閉容器,并且外界所施加的壓力大于溶液的飽和蒸汽壓,因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液的蒸發(fā)量很少。在采用優(yōu)化的工藝參數(shù)對(duì)溶液處理后,溶液內(nèi)部的蒸發(fā)量小于5%,而且這部分蒸發(fā)量基本保留在反應(yīng)器內(nèi)部。 對(duì)于COD濃度更大(80254 mg/L)、更難降解的制藥廢水,本文采用了過(guò)氧化氫微波輔助濕式催化氧化法。即向反應(yīng)體系中加入一定量的過(guò)氧化氫作為氧化劑,并通過(guò)微波輔助進(jìn)行濕式催化氧化。結(jié)果表明,當(dāng)過(guò)氧化氫的投加量為0.3 mol/L,反應(yīng)溫度為160℃,氧分壓為0.8 MPa,GAC催化劑投加量為5wt.%,660 W微波功率的條件下,經(jīng)過(guò)30 min的處理,其COD的去除率可達(dá)到85.2%,可生化性由最初的0.06提高到0.42。 能量衡算表明,微波輔助催化濕式氧化工藝適用于高濃度有機(jī)廢水的處理,如果能將微波能和熱交換系統(tǒng)有效的結(jié)合可顯著降低經(jīng)濟(jì)成本,增強(qiáng)其實(shí)際應(yīng)用的可行性。 通過(guò)對(duì)微波輔助濕式催化氧化的研究證明,該工藝能在較溫和的反應(yīng)條件下有效的處理高濃度難降解有機(jī)廢水,使得這種工藝可以在比較安全、方便的條件下高效運(yùn)行,提供了一種能在低溫(＜200℃)、低壓(＜0.8MPa)的反應(yīng)條件下處理難降解有機(jī)廢水的新途徑。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類(lèi)】：X703
【部分圖文】：

不銹鋼作為反應(yīng)器的材料。文實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，核心的裝置為微波發(fā)射器、微波反應(yīng)釜和測(cè)溫、測(cè)發(fā)射裝置是由南京凱樂(lè)電氣微波設(shè)備有限公司提供的一臺(tái)最大工、功率連續(xù)可調(diào)的微波發(fā)射器(2450MHz)。我們知道，家用微波爐用調(diào)節(jié)磁控管陽(yáng)極高壓的方法，就可使微波爐的輸出功率連續(xù)可調(diào)中串聯(lián)一電流表，以電流值來(lái)顯示磁控管輸出功率的大小，因?yàn)殛?yáng)線(xiàn)性正比關(guān)系。需要注意的是，磁控管的輸出功率、頻率都隨爐腔因此負(fù)載阻抗特性需在磁控管的正常工作區(qū)域內(nèi)，以免發(fā)生跳�；驂�。中溫度的測(cè)定一般選用光纖測(cè)溫系統(tǒng)或紅外高溫計(jì)，因?yàn)橐话愕慕鹣聲?huì)被高溫熔斷，但光纖測(cè)溫系統(tǒng)價(jià)格昂貴、紅外高溫計(jì)又需要異等[’451報(bào)道了紅外高溫計(jì)和愷裝K一型熱電偶在微波場(chǎng)中的測(cè)溫比較，輻照下溫度的測(cè)定。由于愷裝K一型熱電偶廉價(jià)易購(gòu)，故在實(shí)驗(yàn)中的測(cè)定。

直接影響反應(yīng)速率的快慢。圖2.8顯示出溶液中溶解氧含量隨氧分壓的變化關(guān)系，從中可以看出，在204℃和160℃之間溶液中的溶解氧含量變化不大;超過(guò)260℃時(shí)溶解氧有明顯的增加。但考慮到體系中飽和蒸汽壓(參見(jiàn)圖2.7)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中反應(yīng)溫度以及反應(yīng)壓力不易過(guò)高。筆者根據(jù)已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(圖2.8)結(jié)合亨利定律以及克拉伯隆方程，對(duì)本研究中主要氧分壓參數(shù)所對(duì)應(yīng)的溶解氧含量進(jìn)行計(jì)算校合:在氧分壓為 0.8MPa反應(yīng)溫度為160℃和 2MPa、200℃時(shí)，溶液中的溶解氧含量分別為113Om留L和 8876mg/L。在此，筆者特此聲明，由于實(shí)驗(yàn)條件有所限制，這兩個(gè)數(shù)據(jù)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，僅做參考。

為了進(jìn)一步說(shuō)明在微波輔助處理過(guò)程中，苯酚的去除來(lái)自于其本身的降解，而不是由于活性炭的吸附，本研究對(duì)于空白活性炭和己經(jīng)吸附飽和的活性炭進(jìn)行了降解苯酚的效果對(duì)比。圖2.11是59空白活性炭與飽和活性炭對(duì)于苯酚溶液降解的對(duì)比關(guān)系。所選用的實(shí)驗(yàn)條件為:反應(yīng)溫度150℃，氧分壓 0.8MPa，微波功率660W。從圖中可以看出，二者對(duì)于苯酚溶液降解沒(méi)有明顯的區(qū)別，這可能是由于溶液中苯酚含量過(guò)高(20000m歲L)，而所加入的活性炭量相對(duì)較少所導(dǎo)致。在處理過(guò)程中，活性炭表面會(huì)發(fā)生這樣幾種變化—吸附、脫附、降解、再吸附、再脫附、再降解……這些過(guò)程幾乎是在同時(shí)進(jìn)行的。筆者認(rèn)為，由于本研究中采用微波輻射在150℃， 0.8MPa的條件下處理苯酚溶液，此方法對(duì)于有機(jī)污染物的降解速度非常快，其降解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性炭的吸附速率。所以對(duì)于空白活性炭而言
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本文編號(hào)：2853168