无极光催化臭氧氧化降解塑化剂废水工艺与装置说明书

无极光催化臭氧氧化降解塑化剂废水工艺与装置作品说明设计者：贾贺，常舰，周缘缘指导教师：王利平，王少莽(环境与安全工程学院)摘要：针对塑化剂有机废水致畸和致突变的潜在危害性，本项目提出利用自制陶粒为催化剂载体，通过无极光催化臭氧氧化降解塑化剂有机废水，设计出完整工艺，并形成装置。在此基础上深入分析光强、臭氧浓度、离子等多种因素对于该降解过程的影响，并探讨其降解机理。关键字：DOP有机废水无极光催化臭氧粉煤灰陶粒作品内容简介随着化工、染料、医药等行业的发展，高浓度难生化降解废水越来越多。目前O/HO,UV/HO,UV/TiO以及多相催化臭氧化的应用更为广泛，光催322' 22' 2化-臭氧联用技术在有机废水治理方面显示了广阔的应用前景。邻苯二甲酸二辛酯(dioctylphthalate，DOP)，隶属于邻苯二甲酸酯类化合物(简称PAEs)，是目前产量及消费量最大的一种通用型增塑剂。本研究基于自制的金属氧化物催化剂，以自制陶粒为催化剂载体，探讨无极光催化臭氧氧化(O3/TiO2/UV)工艺降解塑化剂有机废水的工艺，并制作实物装置，解决高浓度有机废水难降解问题。该装置上方为无极光催化的反应器，包括微波发生器、无极灯管、排热扇。下方为放置塑化剂有机废水的玻璃容器。该玻璃容器为双层，外层通循环冷却水。臭氧通过外加导管插入有机废水中。装置上下层通过中间的固定板固定。利用粉煤灰制备陶粒。粉煤灰陶粒产品比表面积大，吸附性能良好，可用于水处理。将TiO2，铁和锰作为催化剂的活性组分，将其负载至陶粒上，制备出一种新型的用于无极光催化臭氧的复合材料，并将其置于有机废水中做固体催化剂。在此基础上深入分析光强、臭氧浓度、离子等多种因素对于该降解过程的影响，并探讨其降解机理。利用设计出的这一套无极光催化臭氧氧化降解塑化剂有机废水的装置，团队成员进行大量实验，得出数据。并用DesignExpert软件建立的响应面数学模型，优化无极光催化臭氧氧化实验，确定实验最佳分案，设计出完整装置并为实际应用提供依据。1实验部分1.1原料及原水质本实验以粉煤灰为主要原料，添加粘土和硅酸钠为辅料烧制陶粒。实验所用的粉煤灰为常州市某发电厂产生的细灰，粉煤灰中SiO2含量较高，同时含有AlO和FeO。23 23邻苯二甲酸二辛酯（DOP），是目前产量及消费量最大的一种通用型增塑剂，也是环境污染物潜在的主要来源之一。原水水质采用模拟DOP废水：取0.1ml邻苯二甲酸二辛脂溶于100ml无水乙醇中，水质指标COD为1000~1200mg/L。1.2试验装置将粉煤灰、粘土和一定量的硅酸钠由不同比例混合，人工制成5~12mm的料球，然后将制成的料球放入烘箱中干燥2h，随后进入高温阶段进行焙烧，最后冷却至室温制得陶粒。选取合适的催化剂活性组分铁锰及TiO2负载于陶粒，运用无极光催化臭氧氧化法降解塑化剂DOP有机废水。以COD为指标，考察无机光强度、臭氧流量、催化剂投加量、pH和反应时间等影响因素，开展多相催化臭氧氧化降解塑化剂DOP有机污染物的研究。2.结果与讨论2.1负载比的确定本实验催化剂采用浸渍法制备。把载体放到活性组分的可溶性盐溶液中浸渍后加热使之干燥，再分解硫酸盐，催化剂组分就沉积在载体的外表面以及载体的内表面。此阶段主要考察不同铁锰比对DOP废水COD去除率的影响。706070605040302010 20 30 40 50 60时间(min)图1不同铁锰比对COD去除率的影响由图1可知，随着时间的增加，不同铁锰比对COD的去除率逐渐增加，显然当Fe：Mn为1:2时，污染物的去除效果最高。2.1不同光强的影响1.201.000.80率余0.60剩0.400.200.00不同光强1.201.000.80率余0.60剩0.400.200.00不同光强10 15 202530时间图2光强对DOP的去除率影响由图2可知，光强强度明显的影响着DOP的去除效果。随着光强强度的降低，对DOP的去除率明显下降，当光强强度分别为450.w・cm-2,304.w・cm-2，150.w・cm-2，56.wcm-2时，去除率分别为86%，85%，50%，42%。所以光强是影响光催化降解的因素。2.3TiO投加量不同TiO2的量1.201.000.80率余0.60剩0.400.20图3TiO2投加量对DOP降解的影响由图3可以看出，随着TiO2的量的增加DOP降解率也逐步提高，当TiO2为0.25mg时反应30min后去除率为38%；当TiO2为4mg时反应30min后去除率为90%。7.005.00B:pH3.00- 7.005.00B:pH3.00- 2.00- 1.501.00 A:陶粒投加量选取在无极光催化最优条件下，用控制变量法，研究臭氧对DOP废水处理效果。当臭氧通量为6g/h时，pH与陶粒投加量对DOP废水COD去除率影响如下图。FactorCoding:ActualCOD去除率DesignpointsabovepredictedvalueDesignpointsbelowpredictedvalue67.732.4X1=A:陶粒投加量X2=B:pHActualFactorC:臭氧投加量=6.0040-202.508.00 -6.00C:臭氧通量 8.00 -6.00C:臭氧通量 4.003.005.007.00B:pH1.000.50图4pH和陶粒投加量对COD去除率的影响图由图4可知，当陶粒投加量一定时，随着pH值的增加，COD去除率先增加，当pH值为5时，COD去除率达到最大。当pH继续增加时，COD去除率却不断下降。从而表明在酸性条件下，更有利于多相催化臭氧工艺降解DOP废水。这可能是因为在弱酸条件下更易于DOP分解为小分子，从而利于臭氧的氧化。当pH为固定值时，随陶粒投加量增加，COD去除率有所增加这主要是因为粉煤灰陶粒投加量增加时吸附位点增多，吸附速率加快。FactorCoding:ActualCOD去除率DesignpointsabovepredictedvalueDesignpointsbelowpredictedvalue67.732.4X1=B:pHX2=C:臭氧通量ActualFactorA:陶粒投加量=1.50",20-9.002.00 1.00图5臭氧通量和pH对COD去除率的影响图608.006.00C:臭氧通量608.006.00C:臭氧通量4.00, 2.001.501.00A:陶粒投加量当陶粒投加量为1.5g时，臭氧通量和pH对DOP废水COD去除率影响如图5。由图可知，COD去除率随臭氧通量增加而增加，因为臭氧量的增加表明了羟基自由基量的增加，氧化降解的效果就越好，且臭氧通量对COD去除率影响较明显。FactorCoding:ActualCOD去除率DesignpointsabovepredictedvalueDesignpointsbelowpredictedvalue67.732.4X1=A:陶粒投加量X2=C:臭氧通量ActualFactorB:pH=5.00402.000.50图6臭氧通量和陶粒投加量对COD去除率的影响当pH为5时，陶粒投加量和臭氧通量对DOP废水COD去除率的影响如图4。从图中可以看出，当陶粒投加量增加时，COD去除率越大。这是因为陶粒投加量增加表明了铁锰负载量的增加，催化臭氧产生更多的羟基自由基。从而使得DOP废水COD去除率越高。最后，试验对多相催化臭氧工艺进行优化，主要是寻找最佳反应条件使得响应值最大化，即寻找处理效果最好的工艺条件。根据响应面二次多项式回归方程，使用DesignExpert软件，求COD去除率的最大值，得到优化条件见下表。

优化方案因素取值范围优化方案COD去除率预测值陶粒投加量0.5~2.52.5pH1~94.8383.9臭氧通量2~1010选取负载陶粒投加量为2.5g,pH为5,臭氧通量为10L/min，处理DOP,COD去除率为81.2%，与预测COD去除率83.9%，比较接近。说明建立的模型能真