毕业设计-再生纸废水处理

第-1-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟摘要-铜比、初始pH值、反应时间、超声功率等因素水平对超声-催化内电解耦合反应的的对研究结果表明，超声-催化内电解法能够达到并优于单独催化内电解法对再生纸废水的处理效果。各因素对超声-催化内电解耦合反应的影响按大小次序来说是反应pH应条件为环小试试验确定超声-催化内电解出水的最佳回流比为50%，经两次循环后，不同反第-2-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟ABSTRACTDuetotheproblemoftheconventionalmethodofrecycledpaper-makingwastewatertreatmentwithhighone-timeinvestment,difficultmanagementandunsatisfactoryresults,thestudycombinesultrasonictechnologywithcatalyzedinternalelectrolysistechnologyandusesthecombinationaspretreatmenttodegradetheactuallyrecycledpaper-makingwastewater.ThroughinspectingthetwoindicatorsofCODremovalandcolorremoval,theimpactoffactorsandlevelssuchasiron-zeoliteproportion,iron-copperproportion,initialpH,reactiontime,ultrasonicpowerontheus-catalyzedinternalelectrolysiscoupledreactionisinvestigated.Meanwhile,thecomparativeexperimentsbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandindividuallycatalyzedinternalelectrolysisarealsotested.Finally,wediscussthefeasibilityoftheprogrambyconductingcirculationpilottestundertheoptimumconditions.Theresultsshowedthatthetreatmenteffectofus-catalyzedinternalelectrolysiscanachieveevenbesuperiortothatofindividuallycatalyzedinternalelectrolysis.Theimpactofvariousfactorsonthecoupledreactionaccordingtotheorderisthereactiontime,initialpH,theratioofirontocopper,ultrasonicpowerandtheratioofirontozeolite.Theoptimumconditionfortheratioofiron-copper-zeoliteis3:1:1;fortheinitialpHis4.0;forultrasonicpoweris200W;foraerationcapacityis0.4L/minandforthereactiontimeis90mins.UndertheoptimumconditionsCODremovalrateisabove64%andcolorremovalrateisabove74%.Thebestrefluentratioofthecirculationis50%.Aftertwicerecycles,theCODremovalratesunderdifferentreactiontimesareallstableat52%~63%,whilethehighestcolorremovalrateisupto92%.Theexperimentsshowthatthetechnologythatcatalyzedinternalelectrolysisiscoordinatedbyultrasoundisfeasible.Thecoupledprocesshastheadvantageofsimpleequipment,lowenergyconsumptionandsimpleoperation.Itsapplicationisgreatlypotential,andthemarketprospectsareverybroad.第-3-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟KEYWORDS:ultrasound,catalyzedinternalelectrolysis,recycledpaper-makingwastewater.第-4-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟 第-5-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟 第-6-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟 前言药品的废水。与直接利用植物纤维制浆的工艺相比,废纸再生造纸废轻,但仍远远超过排放标准,若不加处理而直接排放,将对环境带种预处理工艺已在各种企业回用水处理中收到良好的效果。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理创造了条件。空化效应、机械效应以及自由基效应可以起到辅助强化作用，提高去除效率。因此，第-7-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟洗有所不同，其污染物含量大致为：COD600~2400mg/L，BOD5125~585mg/L，SS650~2400mg/L，色度450~900倍，外观呈黑灰色。洗涤废水量为100~200t/t纸；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用综合处理技术[1]。第-8-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟要包括纸浆回收、物化处理。董海山[3]介绍了采用过滤+混凝沉淀处理再生纸废水的技术和工程实例，实验结果表明：在最佳难以去化废水中的导电电解质起导电作用构成原电池，并通过电化学的氧化块板结，效果大幅度下降，甚至无法运行[6]。极，铜作阴极。铜的加入扩大了两极的电位差，电化学反应的效率得到进一步提高，第-9-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟和铁炭法提高了不少[7]。该方法利用单质铁还原难于生物降解的含有硝基、亚硝基、后生成的亚铁、三价铁还有很好的混凝作用；废水经此方法处理后铁离子浓度增大，(1)阳极：Fe-2e→Fe2+E0(Fe2+/Fe)=-0.44V(1-1)(2)阴极：酸性条件下，2H++2e→H2E0(H+/H2)=0.00V(1-2)OOHeHOE0(O2)=1.23(1-3)(3)电解质中反应为：大分子有机物(铜表面)+ne→小分子有机物(1-5)Fe2++2H2O→Fe(OH)2+2H+(1-6)FeOHOHOFeOH(1-7)E氧条件下电极反应的E0最大。该条件下废水中的H+被不断消耗，导致其pH值上升。pH低、酸度大时，氧的电极电位提高，现状酚类高廷耀等[6]进行了催化铁内电解法处理难降解有机废水(石油废水、焦化废水、中催化；该法适用的Ph范围较大(Ph4~11)，反应可在中性和弱碱性条件(处理后出水的Ph标第-10-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟准)下进行；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理效果和速孙必鑫等[10]研究了曝气对催化铁内电解法处理有机废水的作用，实验结果表明，OD及铜与铁表面的接触面积是提高催化反应速率的两个主要因素。但实验结果[11]表明，触面积，不仅能大大提高反应速率，提高反应动力，废水的可生化性提高也较大。因此，一般低pH值时，因有大量的H+，而会使反应快速地进行，但也不是pH值越低越好，pH降低会改变产物的存在形式，例如破坏反应后生成的絮体而产生有色的可能，以印染废水为例，当进水pH值大于7.0时，加入铜能明显提高反应速h为碱性时，停留时间最好不要低于3.0h，否则废水性要受到影响；当废水pH值大于9.0时，铁铜法对印染废水的处理效果才会pH，当然，第-11-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟的影响处理难降解有机废水的研究。在传统的铁炭内Fe2++H2O2→Fe3++OH-+HO•(1-8)Fe2++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)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[8]的接触时间，使去除率降低。在中性条件下，通过曝气，一方面提供更充足的氧气，第-12-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟效应。超声降解水体中有机污染物是物理-化学降解过程，主能量可高达1900~5200K，压力超过50MPa，并伴有强烈的冲击波和微射流等现象。进气在高温高压下发生如下分裂及链式反应[13]：OHOHO22O·(1-15)OHHOO(1-17)OHHOO(1-18)HOHOHH(1-20)HO机污染物蒸气也可发生类似燃烧的热分解可经HO·氧化、气泡内燃烧分解、超临界水氧化3种途径进行时对污第-13-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟oneHOHOUSHO2-FeSO4工艺处理造纸黑液4h，废液的废纸的回收利用不仅有利于环境的保护、资源的综合利用与经济的可持续发展，第-14-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟消耗总量为5992万t，其中废纸浆为3380万t，占总浆量的56.4%，废纸回收持续增械杂质等污染物的废水生成，每生产1t废纸脱墨浆将产生100m3传统的废水处理方法一次性投资高，管理难度大，处理效果并不理想；近年来，催化内电解耦合工艺降解再生纸废水的可行性，并探索其本研究以实际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2.比较超声-催化内电解法与单独催化内电解法处理再生纸废水的效果，研究超Fe+对再生纸废水的预絮凝效果，确定最佳一次投加量，并在此条件下进一步确定超声-催化内电解反应的最佳回流比，对再生纸废水进行循环小试试验，研第-15-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟新合工艺的可行性，并探索了该组合工艺处理再生纸废水的最器和方法材料及仪器废水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、2实验方法1.铁刨花的处理：首先用10%的NaOH溶液浸泡并不断搅拌约10min除油，再用1%山有路勤为径，学海无涯苦作舟的盐酸浸泡约30min使铁屑具有活性，收集废酸液并在大烧杯中用蒸馏水漂洗铁刨花花置于烘箱内在40oC的条件下烘干30min。4.将再生纸废水置于锥形瓶中，超声清洗反应2h，间隔一定时间均匀取样，并因水平ABCDEFe-沸石upH值(W)11213141L果TableTheOrthodoxydesignlayoutanddateaccordingtoL16(45)因实素实第-16-页共51页验号第-17-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟123456789K1AFe-沸石BuCpH值DE超声功率(W)去除率 )色度去除率 从左到右两列依次是各因素在COD去除率和色度去除率指标下的总和；第-18-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟k1kk两列依次是各率和色度去除率指标下的总和的平均k4kWWW时进行实验，测试项目及分析方法.2.1实验分析测试项目第-19-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟质指标mgL原水水质指标766~17115.964：设备一览表仪器(设备)KQ0DE型数控超声波清洗器YP3000电子天平pH分析方法物一起沉淀,从而使废水得到净化。因此需要用CaO调节处理后废水的pH到8.0~9.0，a.COD的测定COD去除率=原水CO水COD100%(3-1)b.色度的测定DD山有路勤为径，学海无涯苦作舟A0—原水的初始吸光度；At—t时刻水样的吸光度；η—废水的吸光度(色度)去除率。解耦合联用处理再生纸废水的实验研究实验与结果讨论-20-页-20-40第-21-页共51页去除率(%)Fe去除率(%)Fe-沸石比Fe-Cu比反应时间超声功率山有路勤为径，学海无涯苦作舟0初始pH值因素水平响实验第-22-页共51页 3:1:3 3:1:3山有路勤为径，学海无涯苦作舟80757065605550454035302520151050 3:1:1.5 3:1:1 3:1:0.750153045607590105120Time(min)Fig(a)ChangeofCODremovalrateundertheconditionofdifferentratiosofiron-copper-zeolite1009080706050403020100. 3:1:3. 3:1:15.75 3:1:1.75 3:1:00153045607590105120Time(min)b度去除率随时间的变化情况Fig3(b)Changeofcolorremovalrateundertheconditionofdifferent第-23-页共51页DegradationrateofCOD(%) 4 6DegradationrateofCOD(%) 4 6山有路勤为径，学海无涯苦作舟ratiosofiron-copper-zeolitelFeH选用3:1:1的铁-铜-沸石混合体系，将三者的组合达到最优化，从而进一步提高超pH解耦合反应的影响沸石(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值分别调节至： 8 100153045607590105120n第-24-页共51页Degradationrateofcolor(%) 4 6Degradationrateofcolor(%) 4 6山有路勤为径，学海无涯苦作舟HCODFig(a)EffectofinitialpHvalueonCODremovalrate400 8 100153045607590105120Time(min)bpHFig4(b)EffectofinitialpHvalueoncolorremovalrate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pH90min处理后COD和色度的去除率分别达54.72%、第-25-页共51页DegradationrateofCOD(%) 200WDegradationrateofCOD(%) 200W山有路勤为径，学海无涯苦作舟pH效果。因此，考虑到再生纸废水本身就呈弱酸性(pH值约为6)，在实际工程中若不调节pH值，直接进行该预处理，既能达到满意的处理效影响超声作为一种辅助手段，协同催化内电解法处理再生纸废水。本实验中向250ml屑和6g沸石(铁-铜-沸石质量比为3:1:1)，混合摇匀。放入超声清洗器中，设定不同的超声功率(超声频率一定)，分别为120W、160W和200W。在不曝气的情况下常温反应2h，每隔15min取一次水样，考察不同超声功率下废水的COD和色度去除率随40 120W 160W0153045607590105120Time(min)CODFig5(a)EffectofultrasonicpoweronCODremovalrate第-26-页共51页 200W 200W山有路勤为径，学海无涯苦作舟0090807060504030200 120W 160W0153045607590105120Time(min)b影响Fig(b)Effectofultrasonicpoweroncolorremoval。中的有机化合物主要源于空化作用——液体中空腔的H激发下，会产生更多的·OH，它也能促进反应速率。设定了三档功率值(120W、160W和200W)，且COD和色度的去除率均随功率的提高呈依次增大的趋势，此实验结果与上述讨论并不矛盾，故从经济实用的角度考虑，第-27-页共51页 0L/min 02L/minminmin 0L/min 02L/minminmin山有路勤为径，学海无涯苦作舟催化内电解耦合反应的影响2h，每隔15min取一次水样，考察不同曝气量下废水的COD和色度去除率随时间的变80706050403020.. 0.4L/ 0.6L/0153045607590105120Time(min)ODFig-6(a)EffectofaerationonCODremovalrate第-28-页共51页Degradationrateofcolor(%) 0L/min 02L/minDegradationrateofcolor(%) 0L/min 02L/min山有路勤为径，学海无涯苦作舟50505050.. 0.4L/m 0.6L/m0153045607590105120Time(min)b响Fig6(b)Effectofaerationoncolorremovalrate增加至0.4L/min)，COD去除率相应地增大(不曝气时，对COD的去除率为平均为45.43%；在曝气条件下对COD的去除率>52.50%，最大可达去除率为80.91%，而在曝气条件下，最大为76.88%。当曝气量继续增加时(增至0.6LminCOD去除率又略微降低，色度去除率变化缓慢，基本保持稳定。这说明对第-29-页共51页DegradationrateofCOD(%) 超声-催化内解DegradationrateofCOD(%) 超声-催化内解山有路勤为径，学海无涯苦作舟高了对COD的去除率，同时，系统中的三价铁离子浓度比之缺氧情况有一定的提高，FeOH去除部分有机物，也提高了对COD的去除效果。因此，高溶解解法与单独催化内电解法处理效果对比3.2.1超声-催化内电解法与单独催化内电解处理再生纸废水的实验向两个250ml的锥形瓶中分别倒入80m1待处理的再生纸废水，将其pH值均调至4.0，各都加入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，其中一个于常温下振荡反应2h，另一个置于超声清洗器(设定超声功率为200W)中常温反应2h，均隔15min取一次水样，考察两种处理工艺下废水的COD和色度去除率09080706050403020 单独催化内电解电0153045607590105120Time(min)a内电解法对COD降解效果对比Fig.3-7(a)ComparisonofCODremovaleffectbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandviduallycatalyzedinternalelectrolysis第-30-页共51页 超声-催化内解 超声-催化内解山有路勤为径，学海无涯苦作舟009080706050403020 单独催化内电解电 0153045607590105120Time(min)b内电解法对色度去除效果对比Fig.3-7(b)Comparisonofcolorremovaleffectbetweenus-catalyzedinternalelectrolysisandviduallycatalyzedinternalelectrolysis果讨论bO有机第-31-页共51页 排水 排水山有路勤为径，学海无涯苦作舟解法处理再生纸废水的循环小试试验3.3.1超声-催化内电解循环试验流程的确定的Fe2+先对废水进行混凝沉淀，然后让上清液再进入到内电解反应器中，一方面，经沉淀后的废水的浊度有所降低，减轻了后续内电解处理的负荷；絮凝剂又是自产自消，从实际角度考虑，经济有效。另外，超声作用主要产生H2O2，Fe好能与超声产生的H2O2组成Fenton试剂，进而产生氧化活性很高应，降低去除效率[21]，所以，Fe2+量(回流比)存在最佳值。.2循环回流比的确定O在进行第一轮循环反应前，先以FeSO4溶液(20%的质量分数)作絮凝剂，考察第-32-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟不同FeSO4(Fe2+)投加量条件下废水的初沉淀情况，确定最佳投加值。具体实验方FeSO件下废水COD和色度的去除率比较FeSO4投加量COD去除率(%)色度去除率(%)LCOD将不同量的超声-催化内电解出水(R分别为10%、20%、30%、40%、50%和60%)，加Ca(OH)2调节pH值为8.0~9.0，静置30min后，取上清液测CODA回流比对原水混凝沉淀效果的影响，试验结果见表3-2。回流比(R)条件下废水COD和色度的去除率比较RR%)标COD去除率(%)色度去除率(%)685第-33-页共51页Degradationofrate(%)Degradationofrate(%)山有路勤为径，学海无涯苦作舟由表中数据可知，回流比越大，相应的COD和色度去除率也越高。经综合比较，3试验结果与讨论n90807060504030 COD去除率色度去除率0153045607590105120Time(min)Fig9Theeffectofcirculationpilottest第-34-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟本章主要研究超声波对催化内电解法产生的强化作用。在超声清洗器中进行催理效果比较，得到以下结论:2.在确定的最优条件下处理再生纸废水，反应在90min时，COD去除率可以达到达到87.05%。pH性条件下(pH值为4.0和6.0时)，废超声频率已确定，为40KHZ)，最佳超声功率为200W。6.在回流比为50%的条件下，经两次超声-催化内电解循环反应后，废水的COD前第-35-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟催化内电解反应装置模型的建立第-36-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟催化内电解反应器各参数的设计计算(0.16)2H=0.015;H=0.75m0.05+0.1+0.75+0.15+0.05=1.1m.3反应区筒体第-37-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟反应器配水、配气及排水布气、布水，支撑板孔径3.0mm，空间距5mm。考虑填料重量，孔板厚度设计为第-38-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟第-39-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟AFe-沸石BCDEuCOD色度pH值(W)(%)(%)21:129.9647.88第-40-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟3456789K1k1kk1:13:18.0901:14:110.01202:11:16.0902:12:14.01202:13:110.0302:14:18.0603:11:18.01203:12:110.0903:13:14.0603:14:16.0304:11:110.0604:12:18.0304:13:16.01204:14:14.09011727471.025819432558.234..32.568.72.4.283296119279113.271123278116255..48.1272.24.76.16.460168293170.31494.276174320..88.1664.3672.88.844498.280149.91.246304.28315592.440868.968029.68.17.764.48.81.14.58.73364768603258429.69.28.467.30.69.29.63.98778381945410042.73.42.678.23.69.43.80.1222965968227114113254.4272.72298.302.63.6068.1874.512153.5888.8977.4970.7992.3371.3658.6866.5566.9885.7159.8861.0564.0368.4186.94从左到右两列依次是各因素在COD去除率和色度去除率指标下的总和；到右两列依次是各率和色度去除率指标下的总和的平均第-41-页共51页山有路勤为径，学海无涯苦作舟kk424.70.37.270.22.73117759261.7438.76.243.6750975.5417.4.624.813.25.19.29.21.722.611.9495991685813384优方案A3A3B3B3C1C1D3D3E4E4声-催化内电解耦合反应的影响比时min)间例3:1:1.575AAAA(%)(%)(%)(%)7837.5535.444331.6510.005439.5837.3736.6913.516742.3771.625944.1072.6339.2570.281242.0471.9345.0671.931443.1875.44564