毕业设计-再生纸废水处理

1、.PAGE ：.；摘 要针对传统的再生纸废水处置方法一次性投资高、管理难度大、处置效果不理想的问题，本研讨将超声波技术与催化内电解工艺相结合，并用于实践再生纸废水的降解预处置。经过对废水COD和色度去除率两项实验目的的调查，讨论了铁-沸石比、铁-铜比、初始pH值、反响时间、超声功率等要素程度对超声-催化内电解耦合反响的影响。同时还进展了超声强化催化内电解法与单独催化内电解法处置再生纸废水的对比实验，最后在已得出的最正确影响条件下，进展该耦合体系的循环小试实验，讨论了该实验方案的可行性。研讨结果阐明，超声-催化内电解法可以到达并优于单独催化内电解法对再生纸废水的处置效果。各要素对超声-催化内电解

2、耦合反响的影响按大小次序来说是反响时间 初始pH值 铁-铜质量比 超声功率 铁-沸石质量比。最正确反响条件为铁-铜-沸石比3:1:1、初始pH值4.0、超声功率200W、曝气量为0.4L/min、反响时间90 mins。在最正确反响条件下COD去除率到达64%以上，色度去除率达74%以上。循环小试实验确定超声-催化内电解出水的最正确回流比为50%，经两次循环后，不同反响时间下废水的COD去除率都稳定在52%63%，色度去除率最高可达92%。实验证明，超声协同催化内电解法处置再生纸废水具有可行性。该耦合工艺的设备构造简单、能耗低、操作简便，运用潜力宏大，市场前景非常宽广。关键词：超声，催化内电解

3、，再生纸废水ABSTRACTDue to the problem of the conventional method of recycled paper-making wastewater treatment with high one-time investment, difficult management and unsatisfactory results, the study combines ultrasonic technology with catalyzed internal electrolysis technology and uses the combination

4、as pretreatment to degrade the actually recycled paper-making wastewater. Through inspecting the two indicators of COD removal and color removal, the impact of factors and levels such as iron-zeolite proportion, iron-copper proportion, initial pH, reaction time, ultrasonic power on the us- catalyzed

5、 internal electrolysis coupled reaction is investigated. Meanwhile, the comparative experiments between us-catalyzed internal electrolysis and individually catalyzed internal electrolysis are also tested. Finally, we discuss the feasibility of the program by conducting circulation pilot test under t

6、he optimum conditions. The results showed that the treatment effect of us-catalyzed internal electrolysis can achieve even be superior to that of individually catalyzed internal electrolysis. The impact of various factors on the coupled reaction according to the order is the reaction time, initial p

7、H, the ratio of iron to copper, ultrasonic power and the ratio of iron to zeolite. The optimum condition for the ratio of iron - copper - zeolite is 3:1:1; for the initial pH is 4.0; for ultrasonic power is 200 W; for aeration capacity is 0.4 L / min and for the reaction time is 90 mins. Under the o

8、ptimum conditions COD removal rate is above 64% and color removal rate is above 74%. The best refluent ratio of the circulation is 50%. After twice recycles, the COD removal rates under different reaction times are all stable at 52% 63%, while the highest color removal rate is up to 92%.The experime

9、nts show that the technology that catalyzed internal electrolysis is coordinated by ultrasound is feasible. The coupled process has the advantage of simple equipment, low energy consumption and simple operation. Its application is greatly potential, and the market prospects are very broad.KEY WORDS:

10、 ultrasound, catalyzed internal electrolysis, recycled paper-making wastewater.目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc202118862 摘 要 PAGEREF _Toc202118862 h 1 HYPERLINK l _Toc202118864 ABSTRACT PAGEREF _Toc202118864 h 2 HYPERLINK l _Toc202118865 前 言 PAGEREF _Toc202118865 h 5 HYPERLINK l _Toc202118866 第1

11、章 概述 PAGEREF _Toc202118866 h 6 HYPERLINK l _Toc202118867 1.1 再生纸废水的处置技术现状 PAGEREF _Toc202118867 h 6 HYPERLINK l _Toc202118868 1.1.1 再生纸废水的特性 PAGEREF _Toc202118868 h 6 HYPERLINK l _Toc202118869 1.1.2 再生纸废水处置技术现状 PAGEREF _Toc202118869 h 7 HYPERLINK l _Toc202118870 1.2 催化铁内电解法 PAGEREF _Toc202118870 h 7

12、 HYPERLINK l _Toc202118871 1.2.1 催化铁内电解法处置废水的原理 PAGEREF _Toc202118871 h 7 HYPERLINK l _Toc202118872 1.2.2 催化铁内电解法污水处置技术的研讨现状 PAGEREF _Toc202118872 h 8 HYPERLINK l _Toc202118873 1.2.3 催化内电解法的影响要素 PAGEREF _Toc202118873 h 9 HYPERLINK l _Toc202118874 1.3 超声波降解废水的机理及其在废水处置中的运用 PAGEREF _Toc202118874 h 11

13、HYPERLINK l _Toc202118875 1.3.1 超声波处置废水的原理 PAGEREF _Toc202118875 h 11 HYPERLINK l _Toc202118876 1.3.2 超声波与其它技术的联用 PAGEREF _Toc202118876 h 11 HYPERLINK l _Toc202118877 1.4 研讨背景、提出及研讨内容 PAGEREF _Toc202118877 h 12 HYPERLINK l _Toc202118878 1.4.1 课题研讨背景和提出 PAGEREF _Toc202118878 h 12 HYPERLINK l _Toc2021

14、18879 1.4.2 课题的研讨内容 PAGEREF _Toc202118879 h 13 HYPERLINK l _Toc202118880 1.4.3 特征及创新 PAGEREF _Toc202118880 h 13 HYPERLINK l _Toc202118881 第2章 实验设计与研讨方法 PAGEREF _Toc202118881 h 14 HYPERLINK l _Toc202118882 2.1 实验仪器和方法 PAGEREF _Toc202118882 h 14 HYPERLINK l _Toc202118883 2.1.1 实验资料及仪器 PAGEREF _Toc2021

15、18883 h 14 HYPERLINK l _Toc202118884 2.1.2 实验方法 PAGEREF _Toc202118884 h 14 HYPERLINK l _Toc202118885 2.2 实验分析测试工程及分析方法 PAGEREF _Toc202118885 h 17 HYPERLINK l _Toc202118886 2.2.1 实验分析测试工程 PAGEREF _Toc202118886 h 17 HYPERLINK l _Toc202118887 2.2.2 分析方法 PAGEREF _Toc202118887 h 18 HYPERLINK l _Toc202118

16、888 第3章 实验结果与讨论 PAGEREF _Toc202118888 h 19 HYPERLINK l _Toc202118889 3.1 超声-催化内电解耦合联用途置再生纸废水的实验研讨 PAGEREF _Toc202118889 h 19 HYPERLINK l _Toc202118890 3.1.1 正交实验与结果讨论 PAGEREF _Toc202118890 h 19 HYPERLINK l _Toc202118891 3.1.2 单要素影响实验 PAGEREF _Toc202118891 h 20 HYPERLINK l _Toc202118892 3.2 超声-催化内电解法

17、与单独催化内电解法处置效果对比 PAGEREF _Toc202118892 h 27 HYPERLINK l _Toc202118893 3.2.1 超声-催化内电解法与单独催化内电解处置再生纸废水的实验 PAGEREF _Toc202118893 h 27 HYPERLINK l _Toc202118894 3.2.2 结果讨论 PAGEREF _Toc202118894 h 29 HYPERLINK l _Toc202118895 3.3 超声-催化内电解法处置再生纸废水的循环小试实验 PAGEREF _Toc202118895 h 29 HYPERLINK l _Toc202118896

18、 3.3.1 超声-催化内电解循环实验流程确实定 PAGEREF _Toc202118896 h 29 HYPERLINK l _Toc202118897 3.3.2 循环回流比确实定 PAGEREF _Toc202118897 h 30 HYPERLINK l _Toc202118898 3.3.3 实验结果与讨论 PAGEREF _Toc202118898 h 31 HYPERLINK l _Toc202118899 3.4 本章小结 PAGEREF _Toc202118899 h 32 HYPERLINK l _Toc202118900 第4章 催化内电解反响器的设计 PAGEREF _

19、Toc202118900 h 34 HYPERLINK l _Toc202118901 4.1 催化内电解反响安装模型的建立 PAGEREF _Toc202118901 h 34 HYPERLINK l _Toc202118902 4.2 催化内电解反响器各参数的设计计算 PAGEREF _Toc202118902 h 34 HYPERLINK l _Toc202118903 4.3 反响区筒体 PAGEREF _Toc202118903 h 35 HYPERLINK l _Toc202118904 4.4 反响器配水、配气及排水 PAGEREF _Toc202118904 h 35 HYPE

20、RLINK l _Toc202118905 4.5反响器总装图 PAGEREF _Toc202118905 h 36 HYPERLINK l _Toc202118906 结论与建议 PAGEREF _Toc202118906 h 37 HYPERLINK l _Toc202118907 附录1 实验数据 PAGEREF _Toc202118907 h 38 HYPERLINK l _Toc202118908 附录2 反响器总装图 PAGEREF _Toc202118908 h 43 HYPERLINK l _Toc202118909 附录3 反响器实物图 PAGEREF _Toc2021189

21、09 h 44 HYPERLINK l _Toc202118910 参考文献 PAGEREF _Toc202118910 h 45 HYPERLINK l _Toc202118911 致 谢 PAGEREF _Toc202118911 h 46前 言由于废纸再生造纸能有效地利用资源、维护生态环境,因此越来越遭到人们的注重。然而废纸再生造纸的过程会产生大量含有细微纤维油墨、树脂、色料、化学药品和机械杂质等污染物的废水。与直接利用植物纤维制浆的工艺相比,废纸再生造纸废水的污染负荷相对较轻,但仍远远超越排放规范,假设不加处置而直接排放,将对环境带来污染和危害。催化内电解工艺作为一种预处置工艺已在各种

22、企业回用水处置中收到良好的效果。它在很大程度上提高了废水的可生化性，为废水的进一步生化处置发明了条件。另外，该工艺的运用寿命长、本钱低廉且操作维护方便，因其运用废铁屑和铜屑为原料，不需耗费电力资源，故还具有“以废治废的特点。但是，单独运用内电解法处置有机物污染物时，反响物易在电极上构成聚合物层，改动电极外表的性质，从而影响降解效率。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，是近年开展起来的一项新型水处置技术。当超声与其它技术协同处置废水时，超声波产生的空化效应、机械效应以及自在基效应可以起到辅助强化作用，提高去除效率。因此，本实验拟将催化内电解系统与超声波辐射耦合联用，以期研讨

23、一种可行高效的再生纸废水预处置方法，为造纸废水的处置提供一条新的思绪。第1章 概述1.1 再生纸废水的处置技术现状1.1.1 再生纸废水的特性废纸再生造纸工艺可分为制浆和抄纸两大部分。在制浆部分的除渣、洗浆、漂洗等过程中，产生大量的洗涤废水。根据废纸来源和消费工艺的差别，洗涤废水的特性有所不同，其污染物含量大致为：COD 6002400 mg/ L，BOD5 125585mg/ L，SS 6502400 mg/ L，色度450900倍，外观呈黑灰色。洗涤废水量为100200 t/ t纸；与通常的抄纸工艺一样，在废纸再生造纸的抄纸部分，也产生含有纤维、填料和化学药品的“白水。对该废水常采用气浮法

24、进展处置,回收纤维和填料，并使处置后的“白水得以循环运用。在我国，“白水处置技术已趋成熟。由此可知，废纸再生造纸的废水主要来源于制浆部分的洗涤废水。该废水不仅SS 含量高、色度大，而且还含有大量成分复杂的COD物质。这些COD物质由可溶性的浆料、化学添加剂及不溶的纤维等有机物组成。在可溶性的COD成分中，根本由分子量低于1000的低分子量组分(如废纸浆料中的可溶物)和分子量高达10万以上的高分子量组分(如化学药品、树脂等)构成，分子量居中的组分甚少。由于废纸造纸废水中COD组分间的分子量差别较大，采用单一的处置方法只能去除其中一部分COD物质，难以获得称心的效果，所以必需采用综合处置技术1。1

25、.1.2 再生纸废水处置技术现状目前，废纸造纸废水普通采用一级物化预处置和二级生化处置2。废纸造纸消费废水的预处置是保证系统达标的前提，预处置的主要目的：回收废水中的纤维、降低生化系统负荷。预处置主要包括纸浆回收、物化处置。董海山3引见了采用过滤+混凝沉淀处置再生纸废水的技术和工程实例，实验结果阐明：在最正确滤网目数为50目的条件下，过滤单元可以回收纸浆，但COD去除率仅为42.5%。物化处置主要包括沉淀法和气浮法。用混凝沉淀法处置废纸造纸废水时，只能去除大部分COD物质，COD去除率在6074%左右，BOD去除率在6070%左右，各项目的根本可到达国家二级排放规范，但较难到达国家一级排放规范

26、4。水处置工程中大多采用的辐流式沉淀池，虽具有构造简单、管理方便、单元运转费用低及有一定的水解酸化作用的优点，但它占地大，产生的大量污泥必需脱水、外运填埋，污泥处置费用也很高5。超效气浮安装虽然防止了这些缺陷，但是它并不适宜去除废纸制浆造纸废水中的污染物，且所需的设备投资也较大，有研讨阐明：气浮处置方法难以去除废水中可溶性COD，对可溶性COD的去除率只需4%和5%。废纸造纸废水经一级处置后， BOD/COD=0.40.7时，才适宜于生化处置。生化处置是废纸造纸消费废水处置的关键部分，目前广泛采用“厌氧+好氧工艺。厌氧处置普通采用水解酸化或完全厌氧反响器；好氧处置普通采用活性污泥法、接触氧化法

27、或氧化塘，目前，废纸造纸废水的二级生化处置多以接触氧化法为主。1.2 催化铁内电解法1.2.1 催化铁内电解法处置废水的原理传统的内电解法又称铁炭法,它通常是以颗粒料炭、煤矿渣或其他导电惰性物质为阴极,铁屑为阳极,废水中的导电电解质起导电作用构成原电池，并经过电化学的氧化复原作用、电化学电对对絮体的电附集和对反响的催化作用，以及电化学反响产物的凝聚、新生絮体吸附的综协作用来处置废水。铁炭内电解法虽然有不少优点，但长期运转后，铁屑容易结块板结，效果大幅度下降，甚至无法运转6。催化铁内电解法是在传统内电解法的根底上进展改良后的方法。它是指在铁屑中参与一定量的催化资料，并以金属铜替代铁炭法中的炭，与

28、铁构成原电池，即铁作阳极，铜作阴极。铜的参与扩展了两极的电位差，电化学反响的效率得到进一步提高，使更多的重金属离子及难降解的有机污染物在电极上反响得到去除，其效果比铁屑法和铁炭法提高了不少7。该方法利用单质铁复原难于生物降解的含有硝基、亚硝基、偶氮基的化合物及一些卤代、碳双键化合物，大大提高了它们的可生物降解性；复原后生成的亚铁、三价铁还有很好的混凝作用；废水经此方法处置后铁离子浓度增大，pH值提高，可沉淀废水中的磷酸根，故还能大大提高除磷效果。催化内电解的根本电极反响如下所示8：1阳极：Fe - 2e Fe2+ E0(Fe2+/ Fe)=-0.44V 1-1 2阴极：酸性条件下，2H+ +

29、2e H2 E0(H+/ H2)=0.00V 1-2 酸性有O2条件下，O2+ 4H+ + 4e2H2O E0(O2)=1.23 1-3 中性或碱性条件下，O2 + 2H2O + 4e 4OH- E0(O2 / OH- )=0.40V 1-43电解质中反响为： 大分子有机物(铜外表) + ne 小分子有机物 1-5 Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+ 1-64Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 1-7由上述反响的规范电极电位E0可知，酸性充氧条件下电极反响的E0最大。该条件下废水中的H+被不断耗费，导致其pH值上升。pH低、酸度大时，氧的电极电位提高，原电

30、池的电位差加大，促进了电极反响的进展。这从实际上解释了酸性废水催化内电解反响效果较好的缘由。1.2.2 催化铁内电解法污水处置技术的研讨现状卢永等9采用镀铜铁内电解法对焦化含酚废水进展预处置，其酚类去除率比传统的铁炭内电解高，60min去除率可达7145%；他们还讨论了pH 值、镀铜量、镀铜铁的投加量以及处置时间对处置效果的影响；延续进水小试实验出水水质稳定，酚类去除率在50%左右，且不会引起板结问题。高廷耀等6进展了催化铁内电解法处置难降解有机废水石油废水、焦化废水、化工废水、印染废水、板材废水和印刷废水的实验，在传统的铁炭内电解反响器中参与了一定量的无机催化剂铜及溴化十六烷基三甲胺改性的沸

31、石。其结果阐明：催化铁内电解法对处置难降解有机废水尤其有效，且有极好的脱色效果，脱色率普通在90%以上；与传统的铁炭法相比，泡沫产生量要小得多，这对于工程运转也非常有利；该法适用的Ph范围较大Ph411，反响可在中性和弱碱性条件处置后出水的Ph规范下进展；溴化十六烷基三甲胺改性的沸石的吸附富集作用更提高了处置效果和速度。孙必鑫等10研讨了曝气对催化铁内电解法处置有机废水的作用，实验结果阐明，采用催化铁内电解法，假设不思索反色景象，无曝气条件下对有机废水色度的去除率到达88%，高于曝气条件下的去除率69%，在无曝气条件下色度的去除主要是由于染料分子被复原，而曝气条件下色度的去除主要是由于铁离子的

32、絮凝作用；但对于COD的去除率，曝气条件下为41%，高于无曝气条件下的22%。1.2.3 催化内电解法的影响要素 1.铜电极对催化内电解反响的影响从反响机理上看，铁作为阳极不断被耗费，铜屑是不耗费的，铜在客观上起到聚集难降解物质的作用，从而提高了复原反响的速率。可见，提高反响器中铜的含量以及铜与铁外表的接触面积是提高催化反响速率的两个主要要素。但实验结果11阐明，添加铜屑质量客观上能添加构成原电池的数量及有机物聚集的载体，确实能提高处置效果，但铜屑含量添加一倍，处置效果的添加却与此并不成比例；而添加铁铜接触面积，不仅能大大提高反响速率，提高反响动力，废水的可生化性提高也较大。因此，添加铁铜接触

33、面积是提高反响速率的关键要素，添加铜片在反响器中的质量不是决议要素，提高铁铜的接触面积要比仅仅添加铜的含量更为重要。 2.pH值的影响通常pH值是一个比较关键的要素，它直接影响了铁铜内电解法对废水的处置效果。普通低pH值时，因有大量的H+，而会使反响快速地进展，但也不是pH 值越低越好，由于pH值的降低会改动产物的存在方式，例如破坏反响后生成的絮体而产生有色的Fe2+，使处置效果变差。催化剂铜的参与，使内电解反响在中性或碱性条件下顺利地发生成为能够，以印染废水为例，当进水pH值大于7.0时，参与铜能明显提高反响速率，色度的去除率高，废水的可生化性提高显著；当进水为酸性时，催化铁内电解反响池停留

34、时间为2.0h即可；当进水为碱性时，停留时间最好不要低于3.0h，否那么废水的可生化性要遭到影响；当废水pH值大于9.0时，铁铜法对印染废水的处置效果才会变得比较差。因此，进展催化内电解反响时，普通要控制pH值为偏酸性条件下，当然，这也会根据实践废水的性质而改动。3.反响时间的影响8反响时间也是催化内电解法的一个主要影响要素，反响时间的长短决议了氧化复原等作用时间的长短。反响时间越长，氧化复原等作用也进展得越彻底，但由于反响时间过长，会使铁的耗费量添加，从而使溶出的Fe2+大量添加，并氧化成为Fe3+，呵斥色度的添加及后续处置的种种问题。所以反响时间并非越长越好，而且对各种不同的废水，因其成分

35、不同，最正确反响时间也不一样。 4.外加催化剂的影响周荣丰7等进展了催化铁内电解法处置难降解有机废水的研讨。在传统的铁炭内电解反响器中参与一定量的无机催化剂铜及溴化十六烷基三甲胺改性的沸石，扩展了两极之间的电位差，电化学反响的速率进一步提高，使更多种类的重金属及有机污染物能在电极上得到复原，而溴化十六烷基三甲胺改性的沸石对重金属和有机污染物的吸附富集作用，亦加速了这些污染物向电极外表的传质过程，进一步提高了处置效果。 5.外加氧化剂的影响在催化内电解中引入H2O211，H2O2与Fe2+发生Fenton反响，反响式如下：Fe2+ + H2O2 Fe3+ + OH- + HO (1-8)Fe2+

36、 + HO Fe3+ + OH (1-9)Fe3+ + H2O2 Fe2+ + H + HO (1-10)RH + HO R + H2O (1-11)R + H2O2 ROH + HO (1-12)R + O2 RO2 CO2 + H2O (1-13)H2O2在Fe2+的催化下释放出氧化性极强的HO，HO迅速将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+与水有很强的水解-聚合-沉降趋势，部分污染物会在水解过程中被混凝吸附除去；同时，HO分别有机化合物构造中的H、填充不饱合键，将有机物转化为R，最终分解成CO2和H2O等简单氧化产物，从而起到进一步降低废水COD的作用。6.曝气量的影响8对铁铜体系进展曝气，

37、能添加对铁屑、铜屑的搅动，且进展摩擦后，利于去除铁屑外表堆积的钝化膜，还可以添加出水的絮凝效果，但曝气量过大也影响废水与铁屑的接触时间，使去除率降低。在中性条件下，经过曝气，一方面提供更充足的氧气，促进阳极反响的进展。另一方面也起到搅拌、振荡的作用，减弱浓差极化，加速电极反响的进展。1.3 超声波降解废水的机理及其在废水处置中的运用1.3.1 超声波处置废水的原理超声波(US)是指频率为201000kHZ的弹性波12。低频超声波能量集中，经过媒质时会产生一系列化学效应。超声降解水体中有机污染物是物理-化学降解过程，主要是由于超声空化效应而引起的物理和化学变化，液体的超声空化过程是集中声场能量并

38、迅速释放的过程，即液体在超声辐射下产生空化气泡，这些空化气泡吸收声场能量并在极短的时间内解体释能。空化气泡相当于一个具有极端物化条件和含有高能量的微反响器。在空化气泡解体的瞬间在其周围极小空间范围内，产生高温高压，温度可高达19005200 K，压力超越50 MPa ，并伴有剧烈的冲击波和微射流等景象。进入空化气泡中的水蒸气在高温高压下发生如下分裂及链式反响13：H2O HO + H (1-14)O2 2O (1-15)O+ H2O HO + HO (1-16)O2 + H HOO (1-17)O2 + H HO + O (1-18)HO + HO H2O2 (1-19)2H H2 (1-20

39、)产生HO等自在基；而进入气泡内的有机污染物蒸气也可发生类似熄灭的热分解反响，在空化气泡外表层的水分子那么可构成超临界水，超临界水具有低介电常数、高分散性及高传输才干等特性，是一种理想的反响介质，有利于大多数化学反响速率的添加，因此有机污染物可经HO氧化、气泡内熄灭分解、超临界水氧化3种途径进展降解。1.3.2 超声波与其它技术的联用国内外多项研讨发现1%超声波与其他技术结合可处理单独超声波作用时对污染物降解率较低，费用较高的问题，在充分发扬超声波化学效应的同时也使其机械效应经过对其他过程的强化得到发扬，从而产生协同作用。1.3.2.1 超声波/Fenton试剂联用技术Fenton反响是指在酸

40、性条件下Fe2+催化分解H2O2，产生活性很高的羟基自在基。H2O2与Fe2+构成的氧化体系通常称为Fenton试剂。Fe2+与H2O2反响使H2O2减少，反响活性降低。引人超声波，Fenton试剂的氧化才干得到加强，Fe2+的用量较低，可坚持较高的H2O2利用率。周珊等13用超声(US)-H2O2-FeSO4工艺处置造纸黑液4h，废液的COD去除率达47.9%，TOC去除率达45.8%，较用单独H2O2-FeSO4工艺处置效果分别提高了14.3%、7.3%。1.3.2.2 超声波/内电解联用技术超声波结合内电解处置有机废水，并不是简单的加合反响，而是经过很多复杂的联络和加强后，使得处置效果提

41、高的方法。其强化作用主要表达在：(1)协同作用：张惠灵等14研讨了超声波强化内电解对对硝基苯酚的处置，得出结论，在一样处置率的条件下，超声波内电解结合处置可以大大缩短处置时间。单纯内电解处置10mg/L的P-NP处置率90%时需求30min，而参与超声波后只需求不到10min。(2)振荡破碎作用：超声波是一种能量极强的纵波，在液体中传播时会使其中的固体相互碰撞，对颗粒有破碎作用。催化剂沸石参与到超声波辐射中会变成细小颗粒，从而能增大比外表积，维持高的去除率。(3)搅拌作用：超声波的振荡波会推进水流向容器内各个角落，会使铁铜颗粒均匀地分布在处置液中而不会产生死角。(4)再生作用：单独运用内电解法

42、处置有机物时，反响物易在电极上构成聚合物层，改动电极外表的性质，从而影响电极效率。超声波空化作用可以活化再生电极外表，促进固液间的传质，间接提高反响效率。1.4 研讨背景、提出及研讨内容1.4.1 课题研讨背景和提出废纸的回收利用不仅有利于环境的维护、资源的综合利用与经济的可继续开展，而且还因清洁消费而降低了本钱，并获得较好的经济效益。2006年中国造纸工业纸浆耗费总量为5 992万t ，其中废纸浆为3 380万t，占总浆量的56. 4 %，废纸回收继续增长，虽然二次纤维的造纸过程不产生“黑液，但仍有大量含细小纤维、油墨、树脂、颜料、化学药品和机械杂质等污染物的废水生成，每消费1t废纸脱墨浆将

43、产生100m3左右的废水，废水污染负荷远超越国家规定的排放要求。这种废水如不加处置而直接排放，将对环境带来污染和危害，故废纸造纸消费废水成了近年来工业废水处置的热点之一15。传统的废水处置方法一次性投资高，管理难度大，处置效果并不理想；近年来，高级氧化技术的研讨开展非常迅速，如超声波技术、催化内电解技术等，都备受国内外研讨者的青睐，而且曾经有处置不同类型工业废水的大量报道。与传统的废水处置技术相比，它们具有设备构造简单、占地小、能耗低、操作简便、反响条件温暖，能有效地将有机污染物矿化为CO2、H2O和简单的无机小分子及不会产生二次污染等突出优点，运用潜力宏大，市场前景宽广。目前国内有关超声协同

44、催化内电解处置再生纸废水的研讨尚无报道，基于以上背景，本课题旨在研讨超生-催化内电解耦合工艺降解再生纸废水的可行性，并探求其处置废水的最正确工艺条件，以期可以到达更加显著的处置效果，从而实现水资源的再生和回用。1.4.2 课题的研讨内容 本研讨以实践再生纸废水作为实验水样，选用超声-催化内电解法作为废水降解的主体工艺，并调查该工艺对再生纸废水的处置效果。 实验内容包括： 1.研讨超声-催化内电解法对再生纸废水的处置效果，并调查Fe-沸石比、Fe-Cu比、初始pH值、反响时间、超声功率的变化对处置效果的影响，确定最正确反响条件。 2.比较超声-催化内电解法与单独催化内电解法处置再生纸废水的效果，

45、研讨超声与催化内电解二者耦合处置再生纸废水的可行性。 3.研讨Fe2+对再生纸废水的预絮凝效果，确定最正确一次投加量，并在此条件下进一步确定超声-催化内电解反响的最正确回流比，对再生纸废水进展循环小试实验，研讨该工艺流程的可行性，并调查废水在反响器内经延续循环处置后各项目的的变化情况。1.4.3 特征及创新1.催化内电解技术虽已被用于处置多种工业废水，但其在再生纸废水方面的运用尚无报道，本研讨那么以实践再生纸废水作为实验水样，并采用催化内电解法作为主体工艺，系统调查了它对再生纸废水的处置效果。2.本项研讨将超声作为一种辅助工艺，协同催化内电解技术处置再生纸废水，研讨了超声-催化内电解耦合工艺的

46、可行性，并探求了该组合工艺处置再生纸废水的最正确影响条件，实现了废水的回收利用，也为高级氧化技术的工业化运用开辟了一条新的途径。第2章 实验设计与研讨方法2.1 实验仪器和方法2.1.1 实验资料及仪器 1.实验资料废铁刨花、铜屑、沸石、再生纸废水 2.实验仪器 V-1100可见分光光度计、KQ5200DE型数控超声波清洗器、250ml磨口锥形瓶、5B-3(c)型COD快速测定仪等2.1.2 实验方法实验中再生纸废水在锥形瓶中与铁刨花、铜屑及沸石的混合物进展反响，反响前取30g上述混合物于250ml锥形瓶中，然后参与80ml再生纸废水，混合摇匀后于超声清洗器中进展实验。1.铁刨花的处置：首先用

47、10%的NaOH溶液浸泡并不断搅拌约10min除油，再用1%的盐酸浸泡约30min使铁屑具有活性，搜集废酸液并在大烧杯中用蒸馏水漂洗铁刨花34次，最后将铁刨花置于烘箱内在40oC的条件下烘干30min。2.铜屑的处置：同铁刨花的处置。3.沸石的处置：用蒸馏水清洗沸石数次后，在40oC的条件于烘箱内烘干1h。4.将再生纸废水置于锥形瓶中，超声清洗反响2h，间隔一定时间均匀取样，并加CaO调理pH到8.09.0，过滤取上清液测其COD值及色度，调查不同反响条件下废水的COD及色度去除率随时间的变化规律。5.进展正交实验，找出最正确反响条件。正交实验设计见表2-1，2-2。表2-1 正交实验要素程度

48、表Table 2-1 Factors and levels of Orthodoxy-Design因素水平AFe-沸石 质量比BFe-Cu 质量比C初始pH值D反响时间(mins)E超声功率W11:11:14.0308022:12:16.06012033:13:18.09016044:14:110.0120200表2-2 按照L1645正交实验方案与结果因素实验号Table 2-2 The Orthodoxy design layout and date according to L16 (45)A Fe-沸石 质量比B Fe-Cu 质量比C初始 pH值D反响时间(min)E超声功率W各目的的

49、实验结果COD 去除率%色度 去除率%11:11:14.03080 21:12:16.06012031:13:18.09016041:14:110.012020052:11:16.09020062:12:14.012016072:13:110.03012082:14:18.0608093:11:18.0120120103:12:110.09080113:13:14.060200123:14:16.030160134:11:110.060160144:12:18.030200154:13:16.012080164:14:14.090120K1注：K1、K2、K3、K4从左到右两列依次是各要素在C

50、OD去除率和色度去除率目的下的总和；k1、k2、k3、k4从左到右两列依次是各要素在COD去除率和色度去除率目的下的总和的平均值。K2K3K4k1k2k3k4极差R优方案6.为找出最正确铁-铜-沸石比，在铁-铜-沸石比分别为3:1:3、3:1:1.5、3:1:1、3:1:0.75时进展实验，讨论处置结果。 7. 为找出最正确pH值，在pH值分别为4.0、6.0、8.0、10.0时进展实验，讨论结果选出最正确pH值。 8.为找出最正确超声功率值，在超声功率分别为120W、160W、200W时进展实验，讨论处置结果。 9.为找出最正确曝气量，在曝气量分别为0L/min、0.2L/min、0.4L/

51、min、0.6L/min时进展实验，讨论处置结果。10.为比较超声-催化内电解法和单独催化内电解法对废水的处置效果，选取研讨超声-催化内电解反响时得到的最正确影响条件进展实验，比较二者的优劣。2.2 实验分析测试工程及分析方法2.2.1 实验分析测试工程本实验研讨废水取自西安市某造纸厂，其水质目的在实验室内完成化验分析，主要目的包括COD、色度、pH，如表2-3所示。表2-3 造纸厂废水水质目的CODmgL色度(以吸光度A表征)PH原水水质目的76617113.2825.96467实验中所需主要仪器设备见表2-4：表2-4 主要实验仪器设备一览表仪器设备测试工程5B-3(c)型COD快速测定仪

52、CODV-1100可见分光光度计吸光度A便携式pH计pHKQ5200DE型数控超声波清洗器SHA-C恒温振荡器YP3000电子天平电热恒温鼓风枯燥箱2.2.2 分析方法 1.试样测定在催化内电解反响过程中，产生的亚铁离子也有较强的复原才干,亦能协助 复原污染物,提高废水的可生化性。当pH为8.09.0时，产生的具有较强絮凝作用的Fe(OH)2与Fe(OH)3可将废水中的悬浮固体和胶体等凝聚沉淀,同时吸附大量可溶性有机污染物一同沉淀,从而使废水得到净化。因此需求用CaO调理处置后废水的pH到8.09.0，过滤，取上层清液测定COD和吸光度A。2.测定原理a. COD的测定实验中采用5B-3(c)

53、型COD快速测定仪兰州连化环保仪器研讨所测定实践废水降解过程中的COD。COD去除率 = (3-1)b.色度的测定实验中以废水的吸光度A的变化率间接表征其色度的去除率，采用V-1100可见分光光度计进展吸光度A的测定。(A0At)/ A0100% (3-2)其中：A0 原水的初始吸光度；At t时辰水样的吸光度； 废水的吸光度色度去除率。第3章 实验结果与讨论3.1 超声-催化内电解耦合联用途置再生纸废水的实验研讨3.1.1 正交实验与结果讨论 根据级差分析表，绘出各要素程度对处置效果的影响趋势图。图3-1 直观分析图1 图3-2 直观分析图2由图3-1、3-2可得各要素对超声-催化内电解耦合

54、反响的影响程度，由主到次为反响时间、初始pH值、Fe-Cu 质量比、超声功率和Fe-沸石质量比。此正交实验得出的最正确条件为，反响时间90min、初始pH值4.0、Fe-Cu质量比3:1、超声功率200W、Fe-沸石质量比3:1。3.1.2 单要素影响实验1.铁-铜-沸石比对超声-催化内电解耦合反响的影响向250ml的锥形瓶中参与废铁刨花、铜屑和沸石的混合物30g，三者质量比分别为3:1:3、3:1:1.5、3:1:1、3:1:0.75。再倒入80m1待处置的再生纸废水，调理pH约为4.0，混合均匀后放入超声清洗器设定超声功率为200W中，在不曝气的情况下常温反响2h，每隔15min取一次水样

55、，调查在不同铁-铜-沸石比条件下废水的COD与色度去除率随时间的变化情况，如图3-3所示：图3-3(a) 不同铁-铜-沸石比条件下，COD去除率随时间的变化情况Fig.3-3(a) Change of COD removal rate under the condition of different ratios of iron - copper - zeolite 图3-3(b) 不同铁-铜-沸石比条件下，色度去除率随时间的变化情况Fig.3-3(b) Change of color removal rate under the condition of different ratios o

56、f iron - copper - zeolite 由图3-3可知，铁-铜-沸石比对催化内电解法处置再生纸废水的影响较大。当铁-铜-沸石比为3:1:1、在反响时间为90min时，废水的COD和色度去除率均最高，分别到达59.08%、 87.05%，处置效果较好。催化剂铜的参与拉大了原电池中阴阳极的电位差，使废水中更多的有机污染物能直接在电极上反响，提高去除效率7。此外，天然沸石具有选择吸附性能，在对造纸废水的净化过程中，首先沸石孔穴、三维通道内的Al3+、Fe3+被释放和交换，沸石内部构成大量的吸附空间，对废水中的无机小分子、离子、色素等进展吸附，同时被释放的Al3+、Fe3+水解，产生的H+

57、使废水中的颗粒物亲水性下降，促使颗粒之间相互吸附、絮凝沉降，从而到达对废水净化的目的16。本研讨选用3:1:1的铁-铜-沸石混合体系，将三者的组合到达最优化，从而进一步提高超声-催化内电解耦合反响的处置效率。 2.初始pH值对超声-催化内电解耦合反响的影响 向250ml的锥形瓶中倒入80m1待处置的再生纸废水，并参与18g铁屑、6g铜屑和6g沸石铁-铜-沸石质量比为3:1:1，混合摇匀。将再生纸废水的初始pH值分别调理至4.0、 6.0、 8.0、10.0，放入超声清洗器设定超声功率为200W中，在不曝气的情况下常温反响2h，每隔15min取一次水样，调查不同初始pH值条件下废水COD和色度去

58、除率随时间的变化情况。结果如图3-4所示： 图3-4(a) 不同初始pH值对COD去除率的影响 Fig.3-4(a) Effect of initial pH value on COD removal rate 图3-4(b) 不同初始pH值对色度去除率的影响 Fig.3-4(b) Effect of initial pH value on color removal rate 由图3-4可以看出，pH值不同，COD和色度去除率随时间的变化趋势也有所差别，但是每条曲线根本都在90min时到达了峰值，而后均有下降的趋势，阐明90min是最正确反响时间。本实验中最正确效果的pH值为4.0，该废水水

59、样经过90min的处置后，COD去除率到达59.08%，颜色由棕褐色变为淡黄色，色度去除率达87.05%。超声和催化内电解法联用在偏酸性条件下效果好的结论与单独催化内电解法的最正确pH范围相吻合，证明了超声波和催化内电解联用途置的可行性。从图中还可看出，初始pH值越低酸度越大，相应的COD色度去除率也越高。这是由于氧的规范电极电位在酸性介质下高，在中性介质里低，降低pH值可以提高氧的电极电位，加大微电池的电位差，促进电极反响速度，并且在酸性越强的环境里，水溶性的新生的H和Fe2+含量越高，能促进氧化复原反响以及后续的絮凝作用的进展，从而提高去除率17。催化剂铜、沸石以及超声波的参与使再生纸废水

60、的脱色降解在各个pH值条件下都能进展，不像铁炭法那样必需求在酸性条件下才干进展，例如初始pH值为6.0的废水水样经90min处置后COD和色度的去除率分别达54.72%、79.05%，略低于pH为4.0时的效果。因此，思索到再生纸废水本身就呈弱酸性pH值约为6，在实践工程中假设不调理pH值，直接进展该预处置，既能到达称心的处置效果，又可以大大节省酸碱用量。3.超声功率对催化内电解反响的影响超声作为一种辅助手段，协同催化内电解法处置再生纸废水。本实验中向250ml的锥形瓶中倒入80m1待处置的再生纸废水，调理其pH值为4.0，并参与18g铁屑、6g铜屑和6g沸石铁-铜-沸石质量比为3:1:1，混