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1、染料废水处理工艺设计摘要本文首先论述了含染料废水处理方法的现状和进展，尤其是在化学法、生化法以及物理化学法中的新技术，其中包括膜、超声波、等离子体、超临界水氧化法(SCWO)、光催化氧化法、电化学氧化法等方法的研究现状，并对各种方法和技术进行了评价和分析。其次，介绍了固体超强酸光催化剂的制备、光催化性能等，总结了国内外关于固体超强酸光催化剂的研究。并展望了固体超强酸催化剂的研究和应用前景。然后，介绍了二氧化钛光催化降解活性染料废水的研究成果，对影响二氧化钛光催化降解活性染料废水的各种因素，如催化剂的形态、溶液的pH值、光源与光照强度和溶液中其它物质等,并提出了今后的开展方向。最后，在实验中通过
2、自制SO2-4/TiO2固体超强酸催化剂，确定了影响其光催化性能的因素，并将其应用在光催化处理染料废水中。通过改变各种实验参数，确定了处理染料废水的最正确条件，并评价和分析了SO2-4/TiO2固体超强酸催化剂对染料废水的降解能力。结果说明：SO2-4/TiO2固体超强酸催化剂在光催化处理染料废水方面是大有开展前途的催化剂。关键词：印染废水 固体超强酸 光催化降解 TiO2AbstractThe present status and progress of treatment methods of waste water containing dyestuffs are reviewed fi
3、rstly in the paper. The recent development of advanced techniques such as membrane, ultrasonic wave, super-critical water oxidation process (SCWO)，plasma, photochemical degradation and electrochemical oxi-dation , are introduced and analyzed.Secondly，the present situation and progress on the area of
4、 solid super acid photocatalysis were reviewed briefly，including the performance of solid super acid photocatalysis，preparation of solid super acid photocatalystsFinally the prospects of the research and applications of super acid catalysts were predicted.Then，the thesis summarized the development o
5、f photocatalytic degradation of reactive dyes waste water with titanium dioxide. Various factors of the catalyst of shape, pH value of the solution , the photosource , the strength and the solution other matters on photocatalytic degradation of reactive dyes waste water with titanium dioxide were in
6、vestigated , and proposed the next research direction.Finally，the factor affecting of the solid super acids photocatalysis functions has been ascertained in the experiment by self-restraint. The solid super acid SO2-4/TiO2 has been applied to catalyzing the dyestuff waste water. The optimum conditio
7、ns treated dyestuff waste water are confirmed by the methods of experiment. And dyestuff waste water treatment effect are introduced and analyzed.As a result, it has been found that solid super acid catalyst SO42-/TiO2 is future development prospect in the photocatalysis degradation of dyestuff wast
8、e water.Key word：printing waste water solid ultra strong acid photocatalysis degradation TiO2绪论1 随着轻工和化工行业的快速开展，城市化进程的加快，我国的环境问题也日益突出，其中的水环境问题首当其冲。水中的各种有机物不但对环境和人体有害，而且某些有机污染物在自然条件下或用微生物法都很难降解，其中印染废水已成为水系环境的重点污染源之一。印染废水产生于印染行业，是一种色度高、有机污染物含量高，且组分复杂、化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)高的废水，其水质变动范围大2。印染废水除含有染料、助剂和大量
9、的浆料外，还含有苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸类等含有苯环、胺基、偶氮等基团的有毒有机污染物，其水质复杂，特点为:水量大、色度高、有机污染物含量高、成分复杂、碱性和pH值变化大、水质变化剧烈，处理难度高.废水的pH值、颜色各不相同，CODCr、BOD5值高，不但难以生物降解，而且多含有致癌物质3，危及人的身体健康。PVA浆料和新型助剂的使用，使难生化降解的有机物在废水中含量大量增加。有毒难降解染色废水的排放，不仅污染环境、影响人体健康，而且日益突出的水环境问题，也制约了社会经济的快速健康开展。因此，对这些用普通生化和物化法难以处理的有毒难降解有机废水的处理，研究开发新的处理技术和工艺，对于保护水环境
10、，促进经济、社会和环境的可持续开展，具有重要的意义。超强酸是指酸强度超过100%硫酸的酸类。它的发现至今已有三十余年的历史。在酸碱催化作用的研究中，超强酸以其不同寻常的酸强度使许多难以进行的化学反响在很温和的条件下进行，甚至有人称之为魔酸4。超强酸的出现应用在质谱上，解决了在碳正离子结构方面的许多争论。在超强酸的作用下，许多原来化学性质不活泼的烷烃可进行聚合、降解、异构化、精细有机合成等反响，从此开辟了化学中的一个新领域。印染废水的处理，降解脱色是要解决的关键问题之一。目前，工业上普遍采用絮凝沉淀或气浮、吸附、膜别离等方法处理染料废水，这些方法一般具有设备简单、操作简便、工艺流程短等优点，但也
11、各有各的缺乏。其中絮凝沉淀或气浮、吸附和膜别离大多是将污染物转移，并没有完全将其消除，如絮凝产生的污泥本身又是一种污染物，存在着二次污染的问题;生物处理法会因染料对生物的毒性作用而不能有效脱色。为更好的解决染色废水对环境的污染问题，保护水环境，研究开发新型高效的水处理新技术和新方法，己经势在必行。本课题将围绕水中染料的降解脱色开展一系列的研究，将固体超强酸应用在光催化处理染料废水中，旨在推动难降解有机废水处理的根底研究、技术开发和应用。1 印染废水处理技术及开展方向51.1物理化学法1.1.1 吸附法在物理化学法中应用最多的是吸附法。吸附法是利用吸附剂外表的活性，将分子态的污染物浓集于其外表而
12、到达去除目的，目前主要采用活性炭吸附法。近年来，活性炭纤维用于对废水中染料的吸附研究取得了一定成果。ClO2氧化与活性炭吸附相结合处理印染废水，与单独用ClO2氧化或活性炭吸附处理相比，COD 去除率和脱色率均有较大提高。粉煤灰由于来源广泛，价格低廉，因而在印染废水处理方面有较大的潜力。阎存仙6研究了粉煤灰对活性染料、酸性染料、阳离子染料等废水的吸附脱色能力。Qodah 7采用页岩油灰处理活性染料废水，效果良好。吸附法处理染料废水具有投资少、周期短等特点,适用于规模较小的企业，但应对吸附染料后的吸附剂再生及废吸附剂的后处理引起重视，以减少二次污染。1.1.2 膜别离技术膜别离技术用于印染废水处
13、理具有能耗低、工艺简单、不污染环境等特点。冯冰凌等8采用壳聚糖超滤膜处理印染废水，COD去除率可达80%左右，脱色率超过95%。吴开芬9那么利用超滤法处理含靛蓝废水，可使染料的浓溶液直接回用，透过液可作为中性水再利用。郭明远等10自制了醋酸纤维素(CA)纳滤膜，结果说明，CA纳滤膜可用于活性染料印染废水的处理和染料回收。活性炭填充共混的改性壳聚糖超滤膜，经适当交联后用于酸性红染料废水的别离脱色, 最大脱色截留率达98. 8%11。Soma等12采用氧化铝微滤膜，对不溶性染料废水，膜的截留率高达98 %。但是膜别离技术由于浓差极化、膜污染及膜的价格较贵，更换频率较快，使处理本钱较高, 从而严重阻
14、碍了膜别离技术的更大规模的工业应用。1.1.3 萃取技术萃取技术是利用不溶或难溶于水的溶剂将染料分子从水中萃取出来。实验证明，电泳萃取技术是一种很好的染料回收技术。近年来液膜技术开展较快，利用液膜技术萃取含染料废水中的染料物质，具有明显的经济效益和环境效益。1.2 化学法1.2.1 混凝法混凝法工艺流程简单,操作管理方便，设备投资省，占地面积小，对疏水性染料脱色效果很高。但该法运行费用较高，泥渣量多且脱水困难，对亲水性染料以及对水体中其他可溶性N、P化合物去除率差，需开发新型高效混凝剂。1.2.2 Fenton 法用Fenton试剂对含染料废水进行混凝前的预处理，脱色率可达96.77%，而直接
15、混凝法脱色率仅为10%30%。随着人们对Fenton工艺研究的深入，近年来又把紫外光(UV)、草酸盐引入Fenton工艺中，使Fenton工艺的氧化能力大大增强。Pigllatello13研究说明，当用少量紫外光的可见光照射时降解作用明显增强，降解时间缩短。Fenton试剂作为一种强氧化剂处理水中有机污染物反响条件温和，设备简单，但处理本钱高。在处理毒性大、一般氧化剂难氧化或生物难降解的有机废水方面，与其他方法如与混凝沉降法、活性炭法、生物法等联用，可降低处理本钱，拓宽Fenton试剂的应用范围。1.2.3 光催化氧化法光催化氧化法具有明显的节能高效、污染物降解彻底等特点，常用的催化剂有二氧化
16、钛、过氧化氢、草酸铁等无机试剂。以载铂二氧化钛半导体为催化剂，对3B艳红的光催化降解研究说明，过氧化氢对3B艳红的载铂二氧化钛光催化降解具有明显的助催化作用，脱色率和COD去除率分别为97.9%和92.3%14。Fe3+及其络合物在近紫外及可见光区有强的配体，能催化或充当光化学反响的媒介，紫外光照射下草酸铁/过氧化氢复合体系对染料活性艳红X-3B水溶液脱色和降低COD有明显效果，处理24min后，脱色率达90%以上，COD去除率为33%70%15。利用太阳能进行光催化氧化有机染料技术，在节约能源、维持生态平衡、实现可持续开展等方面具有突出的优点。程沧沧等16采用TiO2-Fe3+体系，太阳光照射0.5h，浓度25mg/L，直接耐酸大红4BS染料分子降解率达85%。在探索光催化技术的过程中，光催化还出现了一个
