超声波降解酸性大红B废水的研究

1、盐城纺织职业技术学院 毕业论文（设计）题 目： 超声波降解酸性大红B废水的研究 二 九 年 六 月目 录1、选题申请表2、开题报告3、调查主要内容4、数据整理、分析方法5、指导教师修改意见及评语6、毕业论文（设计）定稿（此部分为主要内容）7、毕业论文（设计）质量评价表8、毕业论文（设计）评审表（成绩）9、材料要求双面打印，装订线在左侧。注：以上18为材料装订顺序。 毕业论文（设计）选题申请表选 题超声波降解酸性大红B废水的研究申请人指导教师姓名指导教师意见指导教师签字： 200 年 月 日教学系部意见 领导签字： 200 年 月 日学院意见 学院答辩委员会主任签字： 200 年 月 日毕业论文

2、（设计）开题报告题目：超声波降解酸性大红B废水的研究 二 九 年 六 月 日说 明 一、开题报告包括下列主要内容：1、论文题目及题目来源2、选题的目的和意义；3、选题的国内外研究概况和趋势4、论文（设计）写作的指导思想及技术方案（研究方法）；5、论文（设计）的基本框架；6、主要参考文献（不少于篇）；7、指导教师意见；8、毕业论文开题报告评议结果；9、学院意见。 二、开题报告在批准选题报告后进行； 三、开题报告由教研室组织评议，并填写“毕业论文开题报告评议结果”。经教研室主任签字，报学院批准后实施。四、此表不够填写时，可另加附页。一、论文(设计)题目超声波降解酸性大红B废水的研究题目来源二、选题

3、的目的和意义染料化工废水属典型的难降解有机工业废水对环境造成了极大危害。染料废水种类繁多，其有机物成分复杂，且废水量大，色度高，毒性大，处理起来有相当的难度。利用超声波直接降解或强化降解染料废水中的污染物，选取染料中用得最多的偶氮染料的废水为实验水样，通过超声波降解法对其进行处理，确定了最佳的工艺条件，以寻求有一定价值的染料废水的治理方法。三、选题的国内、外研究概况和趋势（设计只介绍相应产品的用途、作品的应用信息） 超声波辐照的化学效应是由美国学者Richards于20世纪20年代首次报道的，他们发现超声波有加速二甲基硫酸酯的水解和亚硫酸还原碘化钾反应的作用，但未引起化学家的重视。直到20世纪

4、90年代，超声波的物理化学效应才逐渐为人们所重视，并发展成为一种新型的水污染控制技术成为人们关注的热点之一。胡文容等用超声强化臭氧技术处理偶氮染料，宋爽等也研究超声强化臭氧技术处理分散蓝染料，华彬等研究了超声技术降解酸性大红B废水。 利用超声波降解水中的化学污染物，尤其是难降解的有机污染物，是一项新型水处理技术。它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身，降解条件温和、降解速度快、适用范围广，可以单独或与其它水处理技术联合使用，是一种很有发展潜力和应用前景的技术。近年来利用超声波强化染料废水的降解，或直接利用超声波降解酸性大红B废水的研究报道日益增多。四、论文写作（毕业设

5、计）的指导思想及技术方案（研究方法） 利用超声波降解水中的化学污染物，尤其是难降解的有机物，是近年来发展起来的一项新型水处理技术。超声波降解的原理超生波在溶液中引发的空化效应，当溶液被一定声强的超声波辐射时，空气泡产生高温、高压，使得溶液和其中溶解的02高温裂解，产生·O、·OH等强氧化剂，将水中的有机物氧化分解。该技术降解条件温和、降解速度快、适用范围广、可以单独或与其他水处理技术联合使用，是一种很有发展潜力和应用前景的技术。进一步掌握分析仪器的性能和使用方法，提高自身数据处理，归纳总结能力。实验所用的药品与器材均用自己根据参考文献制备，进一步提高自我查阅文献，运用专业知

6、识指导实践操作，解决实际问题的能力，为当今工作打好基础。五、论文（设计）的基本框架（结构）1 前言 2 实验部分 2.1实验 基本原理2.2实验材料、仪器3 结论与讨论4 结束语5 展望 参考文献致谢六、主要参考文献（5篇以上） 1 InceN , Tezcanli G. Impacts of pH and Molecular Structure on U ltra2sonic Degradation of Azo Dyes J . U ltrasonics, 2004, 42 ( 4 ) : 591一596.2 Vajnhandl S, Le M A. U ltrasound in Text

7、ile DyeingandDecolouration /M ineralization of Textile Dyes J . D yes and Pigments, 2005, 65( 2) : 89一101.3 蒋建华，周明，许春建.超声降解水体中化学污染物的研究现状J.环JA科学进展,1998,6(6):2一93 4 程云，周启星，马奇英，王颖慧.染料废水处理技术的研究与进展J.环境污染治理技术与设备，2003，(6):56一60.5 胡文容，钱梦禄，高廷耀超声强化臭氧氧化偶氮染料的脱色性能中国给水排水，1999，15(11)：l一46 宋爽，金红丽，何志桥超声强化臭氧氧化分散蓝染料废水

8、的研究浙江工业大学学报，2006，34(3)：3063097 华彬，陆永生，唐舂燕，等超声技术降解酸性大红B废水环境科学，2000，21(2)：88一90 8 王健龙，柳萍，施汉昌，等声化学在水污染控制中的应用研究现状J.化学通报，1997，7：35389 蒋建华，等超声降解水中化学污染物的研究现状J.环境科学进展，1998，6(6)：29310 Suslick K S，Doktye SAdvancee in SonochemistryJ. Science，1990，247；14391440七、指导教师意见 指导教师签字： 200 年 月 日八、毕业论文（设计）开题报告评议意见 教研室主任签字

9、： 200 年 月 日九、学院意见 学院答辩委员会主任签字： 200 年 月 日调查的主要内容 填写与论文题目相关的调查材料或设计的相似品种的技术规格、风格特征、用途等。随着纺织工业的迅速发展染料的品种和数量日益增加染料生产和印染废水已成为水环境的重点污染源之一。染料废水具有有机物浓度高色度高无机盐含量高成份复杂可生化性差脱色困难等特点难以采用常规方法进行治理且含有多种具有生物毒性或导致三致(致癌、致畸、致突变)性能的有机物一直是工业污水处理中的难点也是当前国内外水污染控制领域急需解决的一大难题。废水中残存的染料组分即使浓度很低排入水体亦会造成水体透光率的降低而最终将导致水体生态系统的破坏对此

10、，国内外采用了化学法、物理化学法、生物法进行处理，各种处理方法对染料废水都有一定的处理效率，各有优缺点.90年代以来，声化学技术在污染物净化方面取得了显著进展，被认为是一种清洁、高效的具有产业前景的新型处理方法.其中已对硝基化合物、有机磷农药、氯苯等有机物利用超声波进行了降解研究.超声波具有特殊的物理效应，特别是超声波空化效应在空化泡中能产生高温、高压，能够促进一些在常规条件下无法产生的反应，它集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身，且操作简单方便，降解速度快，是一种新型有效的水处理手段，特别是用于处理难以降解的有机物、饮用水中的有害有机物本文探索和研究了超声波降解酸性大红B

11、染料废水的影响因素及工艺条件。 数据整理、分析方法（设计思想、原则）超声系统包括频率和声强或声功率。研究表明，高频超声波有助于提高超声降解速度，这是由于轻基自由基的产率随声源频率的增加而增加，但频率还与超声波的衰减有关。增加声强强度，有利于氧化反应，增大降解速度。如利用探头式超声波发生器降解农药甲胺磷水溶液时，随着声强的增加，空化程度增加，甲胺磷的降解率增大，但声能太大，空化泡会在声波的负相长得很大而形成声屏蔽，系统可利用的声场能量反而降低，降解速度也随之下降。通过单因素实验考察了溶液加酸量，超声时间，染料初始浓度，反应温度，处理时间对染料降解效率的影响。在此基础上，通过正交试验，得出了各因素

12、对降解率影响程度的主次，依次是：染料初始浓度，加酸量，超声时间，反应温度。指导教师对毕业论文（设计）修改意见及评语第一次 年 月 日第二次 年 月 日第三次 年 月 日指导教师对论文（设计）的评语及评分： 200 年 月 日毕业论文（设计）质量评价表题 目超声波降解酸性大红B废水的研究班级611学生姓名张小飞指导教师姓名朱驯职称讲师指导教师评定的成绩评 价 项 目ABCDE选题质量1选题符合综合训练基本要求2题目难易度3题目工作量4题目与科研、生产等实际的结合程度指导及答辩情况5综合运用知识的能力6应用文献知识的能力7设计（实验）能力、计算能力8语言表达能力、应变能力9计算机应用能力10技术经

13、济分析能力11图纸（或插图）质量12设计说明书（或论文）撰写水平13规范化程度（栏目齐全合理）答辩组评定成绩： 签名： 年 月 日评定成绩分为优、良好、中、及格、不及格四等。毕业论文（设计）评审表论文（设计）题目答辩组对论文（设计）的评定：委托评阅人： 组长签字： 200 年 月 日答辩组对论文（设计）答辩的评定： 组长签字： 200 年 月 日答辩组综合成绩评定：综合评分： 等级 组长签字： 200 年 月 日学院论文（设计）答辩委员会意见：论文（设计）等级 学院答辩委员会主任签字： 200 年 月 日摘要利用超声波降解法对偶氮染料废水进行处理，通过实验确定其最佳工艺条件。以酸性大红B染料配

14、制水为研究对象，考察了加酸量、超声作用时间、初始浓度、温度等因素对化学耗氧量( COD )去除率的影响。实验结果表明:随着加酸量的增大，COD去除率先增大后减少，在pH= 6.3附近的COD去除率最高;最佳反应时间为15min;初始浓度越低，COD的去除率越高；温度越高COD去除率下降。关键词:超声波; 偶氮染料;染料废水处理;酸性大红B;COD1前 言1.1 印染废水对环境的危害纺织印染工业是最大的污染源和水资源消耗者之一。随着染料合成、印染等工业废水的不断排放和各种染料的不断使用,排入环境的染料数量和种类不断增加,造成环境污染日趋严重。据报道,全世界每年以废物形式排入环境的染料约6万吨。含

15、染料污水具有水量大、分布面广、水质变化大、有机毒物含量高、组分复杂以及难降解等特点。所以,染料废水的净化一直是水处理的难点和热点之一。1.2 印染废水治理的方法当前 ，水资源污染问题在世界上是急需解决的问题之一。同样，我国的水资源也面临严重的污染问题，水中的污染物尤其是难降解有机污染物的处理，一直是环保领域的一个重要研究课题。当前治理废水的方法较多，有物理法、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、等离子体法、超临界水氧化法（SCWO）、深度化学氧化法（AOP）、光催化氧化法、电化学法以及传统生物法和混凝法等方法。在物理处理法中应用最多的是吸附法。目前，国外主要采用活性炭吸

16、附法，该法对去除水中溶解性有机物非常有效，但它不能去除水中的胶体和疏水性染料，对阳离子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料具有较好的吸附性能。氧化法是利用臭氧、氯及其含氧化合物等氧化剂将染料的发色基团氧化破坏而脱色。臭氧氧化法在国外应用较多，研究发现，臭氧氧化法对多数染料能获得良好的脱色效果，但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差。好氧生物处理技术因其原理简单、效果较好而受到广泛应用。相对于厌氧处理法而言，该法不产生臭味，使人乐于接受。但是，好氧处理法虽然对COD 的去除率较高，对色度的去除率却不太理想。而且好氧处理法因为要通气而耗能较多，污泥产量也较大，给后处理造成麻烦。

17、超声波降解法作为一种新的能量形式在化学化工领域中的应用研究，获得了许多有价值的成果。超声波对化学反应所产生的独特作用以及它的良好的应用前景正越来越引人注目。本文选用难降解污染物之一 酸性大红B染料作为研究对象，利用超声波空化作用所产生的瞬时的局部高温(4000k)和高压(500atm)使之降解.为其它难降解物质的降解提供了技术支持。2实验部分2.1基本原理超声波由一系列疏密相间的纵波构成，通过液体介质向四周传播。当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空核。空核的寿命约为0.1 Ks，其爆炸瞬间可以产生大约4000K和100MPa的局部高温高压环境，并产生速度为110

18、m/s具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化气这些条件足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应。这些自由基会引发有机分子断链、自由基转移以及发生氧化还原反应。只要降解条件合适，反应时间足够长，超声降解的最终产物都是热力学稳定的单质或矿物质。这表明，在理论上，超声法可能成为一种新颖的、无污染的污水处理方法。2.2实验材料、仪器及废水2.2.1实验材料染料酸性大红B、K2Cr2O7掩蔽剂、专用催化剂、专用氧化剂、28.6%硫酸。酸性大红B分子结构如下: 2.2.2实验仪器SK250一LH(40W)型脉冲调制式超声清洗器(天津旗美科技)；电子天平（岛津公司）；YH

19、CA-100A COD快速测定仪（江苏银河仪器厂）；YH-16型消解装置（江苏银河仪器厂）。2.2.3实验废水实验用水：以成品染料酸性大红B配制的模拟废水作为水样,用蒸馏水配制。2.2.4实验及分析方法 配制浓度为0.0625g/L 、0.125g/L、0.225 g/L、0.325 g/L、0.425 g/L的溶液作为实验的模拟废水，取100ml酸性大红B染料废水于容量瓶中，放置于超声清洗器中，超声结束后，各取3ml混合均匀的水样于洗净的具塞刻度消解管中，依次加入专用氧化剂1ml、1至2滴掩蔽剂和分析用催化剂液体5ml，摇匀。将反应管插入恒温加热孔中（严禁加盖消解)，待温度重新回到设定值（方

20、法规定为160）按启动键，仪器自动进入消解，40分钟后，取出试管放在试管架上自然冷却2分钟，再用冷水冷却至室温。然后用水定容至12ml刻度线，加盖摇匀，冷却至室温,静置沉淀后,吸取上层清液测定样品COD值。COD的去除率公式:COD%=C0-CC0C0：原始CODC：处理后COD3实验结论与讨论3.1 处理废水的初始浓度对去除率的影响实验条件为废水的初始浓度不同，加酸量，温度反应时间相同，测定不同初始浓度废的水质指标，考察初始浓度不同对COD去除率的影响。实验结果见图1。图1 初始浓度对去除率的影响由以上实验数据可以看出，在废水的初始浓度值较低时，去除率随初始浓度值的增加而减小，去除率随初始浓

21、度值的变化不大。随着废水的初始浓度值的继续增加，去除效果不明显。3.2 反应体系加酸量对处理效果的影响实验条件为0.225 g/L浓度的酸性大红B模拟废水，测定不同加酸量废水的水质指标，考察加酸量不同对COD去除率的影响。实验结果见图2。图2 加酸量对处理效果的影响控制实验温度为20，反应时间为15min。由图2可以看出，随着加酸量的增加，COD的去除率降低，这可能是由于加酸量影响酸性大红B分子在水溶液中的电子形态;当酸性较低时，有机污染物以分子形式存在，更容易挥发进人空化泡内参与高温热解过程，有利于污染物的降解. 酸性也影响有机物中间体在水中的存在形式，造成有机物各种形态分配比例发生变化，导

22、致降解机理的改变，进而影响有机物降解效率.3.3 反应时间对处理效果的影响实验条件为0.225 g/L酸性大红B模拟废水，加酸量和浓度不变，调节不同的超声时间，反应温度控制在20左右，反应终止后测定出水的水质指标，并计算其COD去除率。实验结果见图3.图3 反应时间对处理效果的影响根据图3。可以看出，反应时间也是处理效果的一个重要影响因素，考虑到反应时间增加会增加用电等处理成本，再结合去除率，15min可以作为最佳反应时间。3.4 温度对去除率的影响实验表明，在超声辐照下，尽管在液相反应中，提高温度有利于加快反应速度，但超声诱导降解主要由于空化效应而引发的反应，温度过高时，在声波负压半周期会使

23、水沸腾而减小空化产生的高压，同时空化泡会立即充满水汽而降低空化产生的高压，因而降低了降解效率. 根据实验结果，最合适的反应温度在20左右。对酸性大红B废水降解的影响不大。图4 温度对去除率的影响3.5 实例分析 笔者利用该工艺在盐城某厂进行了小试，由上述最佳工艺参数进行的实验，其COD。最终去除率达85%以上，具体数据见表1.表1 10d的CODCr监测数据L时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10原水 1208 1194 1170 1185 1200 1186 1215 1223 1189 1197出水 173 162 155 145 175 168 178 180 167 153由表

24、1数据可见，超声降解该厂废水取得了不错的效果，出水已达国家行业标准纺织染工业水污染物排放标准(GB4287-1992)二级标准。若想达到一级标准，仅用超声法可能还有一定的距离，可与其他方法配合使用。3.6 结论根据上述实验和分析，可得出如下结论: (1) 40KHz的超声波降解低浓度酸性大红染料废水的最佳工艺条件为:加酸量宜少;辐照时间为30min;反应最佳温度控制在1520。(2) 由于酸性大红B染料分子是极性难挥发有机物，超声波对低浓度酸性大红B染料废水的降解有良好的效果，而对高浓度废水，超声波的空化效应大为减弱，处理效果不明显。(3)超声降解技术对染料污染物处理具有易操作，成本低的特点。

25、而且可以与其他水处理技术联合应用，理论上超声波可以将有机物可彻底降解为二氧化碳等无机物，具有良好的发展和应用前景。4展 望声化学自身具有低能耗、少污染和污染等特点，且声解能使水体中有毒有机物转变为CO2、H2O、无机离子或比原有机物毒性小的有机物。声解可以单独使用或联用另一技术，如光解。 利用超声技术控制可氧化的水中痕量污染物与其他传统技术相比有着竞争潜力。例如，在能耗方面，远低于光解，处理含有卤代烃化合物的水，消耗总功率为0.1kW;在处理效果方面，超声辐照破坏有机化合物优于碳吸附和膜萃取，不会造成再污染;在原水要求方面，超声降解有机物的浓度范围很宽，达几个数量级，不受相对低的有机质浓度的限

26、制;超声空化几乎不受pH值变化的影响。它的简单、可流动性且高效降解表明:声化处理技术可以与其他深度水处理技术展示竞争力，显示其声解有机物的强大生命力和广阔前景，是一项很有前途的水处理技术。声化学作为一门边缘学科，而超声空化降解水体中有毒有机物正在逐渐形成该研究领域的一个分支，但目前仍处于基础研究阶段，要使该技术工程化和产业化还需要进行大量的工作。具体讲: (1) 研究不同频率的声化效应及两种不同频率协同效应，拓宽声化应用范围。不同频率有不同的声化效应，当高低频率同时空化可以获得比单一频率更令人满意的结果，频率在MHz范围工作的换能器产生的超声场能有效传质，而频率在kHz范围工作的更高能量的换能

27、器可增强它的机械和功率空化效应，可见频率效应的研究是很重要的;(2) 揭示声化学的反应机理，寻求提高其空化效率的有效途径等。(3) 研究超声降解有机物的机理和动力学，为最优设计反应器、最优操作超声空化过程提供理论参数。除理论研究之外，还需解决技术性问题，如寻求长期耐腐蚀、耐高温和耐高压的反应器材料。超声波应用于废水处理的技术通过化学、冶金、声学、环境、物理等领域的科学家协同合作、联合攻关，最终会成为一种新型有效的水处理手段，以处理难降解的废水、饮用和地下水中有机物。对于获得有利于人类健康优质水和消除环境污染具有重大的意义。（4）超声强度和频率之间可能有一个最佳匹配问题，并不是在所有情况下高频超

28、声波都是有利于降解的。既要提高声能的利用效率，又要避免有毒中间体或产物的产生，是超声降解技术今后需要解决的主要问题。 参考文献1. 张宇峰,滕洁,张雪英,王晓军,徐炎华. 印染废水处理技术的研究进展J. 工业水处理, 2003, (4) : 23 - 27.2. 程云,周启星,马奇英,王颖慧. 染料废水处理技术的研究与进展J. 环境污染治理技术与设备, 2003, (6) : 56 - 60. 明银安,陆晓华. 印染废水处理技术进展J. 工业安全与环保,2003, (8) : 16 -19. ByJin Gawtin,Ying Shih Ms.Oxidation of2- Chloorphenolin waterbyu lrtasound/Fenton methodJ.1 .E nviorn.Eng.,2000,126 (2) :13 0-137.