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MWUV-PMR反应器构建与模拟染料废水处理实验研究

作　者: 王立军
导　师: 曾庆福
学　校: 武汉纺织大学
专　业: 环境工程
关键词: 印染废水微波光催化膜分离深度处理
分类号: X791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

印染废水在我国的工业废水中占的比例较大,而且近年来各种新型染料、PVA浆料、新型助剂等难生化降解的有机物大量进入印染废水,使得传统处理方法已经不能满足现今印染废水处理的需要,同时为了缓解印染废水的排放对环境水体的压力,国家及各级地方政府也制定了更为严格的排放标准。在这种情况下,寻求继生化处理后适合印染废水深度处理的高效物化处理技术显得更为紧迫。微波无极紫外光催化氧化技术是一种新型废水处理技术,对降解物质没有选择性,效率高。但是作为光催化剂的二氧化钛在处理过程中存在流失问题,这影响了该技术的实际应用。而膜分离技术可以对废水中的微粒起到很好的过滤作用,因此考虑将膜分离技术与微波无极紫外光催化氧化技术联用,以解决催化剂流失的问题,保证光催化反应的催化效率。本文将微波无极紫外光催化氧化技术与膜分离技术耦合形成微波无极紫外光催化-膜分离反应器(Microwave electrodeless UV lamp-photocatalytic membrane reactor,MWUV-PMR)。首先在分析微波无极紫外光源特征及膜组建特性分析的基础上构建了一种处理印染废水的MWUV-PMR反应器;其次在临界通量条件下运行,考察了pH、通量、催化剂浓度、曝气量等影响膜分离的因素,并确定了膜分离的主要运行工艺参数及其清洗方法;再次,在归纳总结现有膜污染模型的基础上,建立了适应MWUV-PMR反应器的膜污染模型,并对模型中各影响因子进行了分析;最后以活性艳红X-3B模拟废水为对象,对光催化-膜分离反应器的膜分离过程和处理效果进行了研究。研究结果表明:(1)内置式的光催化-膜分离反应器是本实验设计的最佳的两种技术的耦合方式,膜孔径为0.1-0.2μm的聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维帘式膜组件是适合本实验需要的膜组件。(2)通过恒通量法和恒压力对膜临界通量测定,对比分析两种方法的测定结果,得到本实验最佳膜运行通量为34L/(m~2·h)。(3)通过对膜的运行参数进行研究,得到本实验用膜最佳运行条件:膜通量34L/(m~2·h)、pH=7、曝气量2.4m~3/h、二氧化钛浓度为2g/L以及运行13min空曝2min的运行方式。在本实验的处理条件下,膜污染后可采用水洗+碱洗的方式来恢复膜通量。(4)通过对光催化-膜分离处理工艺运行过程中的膜阻力分析,建立起膜污染的数学模型,将膜污染与膜通量、曝气量以及催化剂浓度之间形成函数关系,可更加直观地分析和控制膜污染。同时对膜通量、曝气量、催化剂浓度等因素在理论上与实际运行过程中对膜阻力上升速率的影响进行分析,对建立的膜污染模型进行了验证,该模型较为准确的反映了实际情况中膜污染阻力的变化。(5)在光催化-膜分离工艺处理活性艳红X-3B的研究中,单独光催化-膜反应器的脱色处理效果可以达到23%,COD去除率达到19%,并且膜组件完全拦截了二氧化钛保证光催化反应的连续进行。当光催化-膜分离反应器中分别投加6ml/L次氯酸钠、2ml/L双氧水、3.2g/h臭氧时,处理两小时后,活性艳红X-3B的脱色率分别达到100%、71%、100%。论文将微波无极紫外光催化技术同膜分离技术结合,解决了悬浮态催化剂易流失的问题,并对运行过程中的膜污染问题进行了研究,为光催化-膜分离工艺进一步的工程应用提供了基础技术支持。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-21
  1.1 印染废水及其处理方法  11-13
    1.1.1 印染废水概况  11
    1.1.2 印染废水常见处理方法简介  11-13
  1.2 光催化氧化技术  13-15
    1.2.1 光催化技术原理及特点  13-14
    1.2.2 微波无极紫外光催化技术研究进展  14-15
  1.3 膜分离技术  15-18
    1.3.1 膜分离技术原理及特点  15-16
    1.3.2 膜分离技术在水处理中的应用  16
    1.3.3 膜污染  16-17
    1.3.4 膜清洗  17-18
  1.4 光催化-膜分离反应器  18-19
    1.4.1 光催化-膜分离反应器分类  18
    1.4.2 光催化-膜分离反应器的应用研究  18-19
  1.5 本课题的研究方案  19-21
    1.5.1 课题的研究背景及意义  19
    1.5.2 课题的研究思路  19-20
    1.5.3 本课题的研究内容  20-21
2 光催化-膜分离反应器构建及运行研究  21-38
  2.1 光催化-膜分离反应器的构建  21-26
    2.1.1 设计理念  21
    2.1.2 反应器处理工艺原理及实验装置  21-24
    2.1.3 膜组件的选择  24-26
    2.1.4 小结  26
  2.2 光催化-膜分离反应器膜分离运行工艺参数研究  26-35
    2.2.1 实验仪器及药品  27
    2.2.2 实验方法  27-28
    2.2.3 光催化-膜分离反应器膜临界运行通量  28-30
    2.2.4 催化剂浓度对膜运行的影响  30-32
    2.2.5 曝气量对膜运行的影响  32-33
    2.2.6 pH 对膜运行的影响  33-34
    2.2.7 运行方式影响  34-35
    2.2.8 小结  35
  2.3 膜清洗  35-37
    2.3.1 清水冲洗  36
    2.3.2 清水+酸洗  36
    2.3.3 清水+碱洗  36
    2.3.4 三种清洗方式的比较  36-37
  2.4 结论  37-38
3 光催化-膜分离反应器膜污染模型  38-47
  3.1 膜污染分析  38-40
    3.1.1 膜阻力的分类  38-39
    3.1.2 膜阻力计算方法  39
    3.1.3 膜阻力上升速率计算  39-40
  3.2 膜污染模型的建立  40-44
    3.2.1 膜污染模型假设  40-41
    3.2.2 膜污染模型的确定  41
    3.2.3 膜污染模型验证  41-44
  3.3 膜污染控制  44-45
    3.3.1 膜通量影响  44-45
    3.3.2 曝气量的影响  45
    3.3.3 二氧化钛浓度的影响  45
    3.3.4 运行方式的影响  45
  3.4 结论  45-47
4 光催化-膜反应器处理活性艳红X-3B 效果研究  47-55
  4.1 实验仪器及药品  47
  4.2 实验方法  47-48
    4.2.1 实验步骤  47-48
    4.2.2 实验测试方法  48
  4.3 光催化-膜反应器处理活性艳红X-3B 效果研究  48-51
    4.3.1 光催化-膜反应器处理效果实验  48-49
    4.3.2 催化剂浓度对光催化效果的影响  49-50
    4.3.3 小结  50-51
  4.4 外加氧化剂对光催化-膜分离的强化技术研究  51-54
    4.4.1 次氯酸钠的加入对光催化效果的影响  51
    4.4.2 双氧水的加入对光催化效果的影响  51-52
    4.4.3 臭氧的加入对光催化效果的影响  52-53
    4.4.4 小结  53-54
  4.5 结论  54-55
5 总结与建议  55-57
  5.1 总结  55-56
  5.2 建议  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
附录  62

MWUV-PMR反应器构建与模拟染料废水处理实验研究

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