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H_2O_2/O_3高级氧化控制黄河水臭氧化过程中溴酸盐的研究

作　者: 吕淼
导　师: 杨宏伟
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 臭氧 黄河 溴酸盐 反应动力学 H2O2/O3高级氧化
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 163次
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内容摘要


臭氧-生物活性炭（O3-BAC）是一种广泛应用的饮用水深度处理技术,但水源水中如果有溴离子存在,臭氧处理会生成致癌物溴酸盐,目前已成为O3-BAC技术亟待解决的问题。本研究探讨了黄河水的臭氧消耗特性与溴酸盐生成特性,提出了黄河水臭氧化过程中溴酸盐的生成机理,在此基础上采用H2O2/O3高级氧化技术（AOPs）对黄河水进行溴酸盐生成控制,揭示了H2O2/O3高级氧化技术抑制溴酸盐生成的机理,并考察了不同水质条件和处理条件对溴酸盐控制效果的影响。研究结果表明:去离子水配水（溴离子浓度145μg/L,不含有机物）中臭氧衰减符合一级反应动力学模型;黄河水中臭氧衰减过程可通过两阶段一级反应动力学模型进行较好描述。通过对溴酸盐生成的动力学研究,提出黄河水中溴酸盐产生的主要途径为,65%左右的溴酸盐通过此途径产生。静态实验发现,H2O2/O3高级氧化对黄河水中溴酸盐的生成具有良好的抑制效果,在臭氧投量24mg/L时,溴酸盐的平均抑制率可达3060%,溴酸盐的抑制效果在H2O2/O3摩尔比为1.5时达到最佳。H2O2/O3高级氧化抑制溴酸盐生成的机理为:投加H2O2后,O3被大量转化为·OH,从而极大抑制了Br-经O3氧化的途径生成BrO3-;与此同时,增加的·OH更多地起到氧化有机物的作用,并未明显促进Br-经·OH氧化的途径生成BrO3-。动态实验发现,当臭氧投量为2.884.30mg/L时,H2O2/O3高级氧化可以有效抑制溴酸盐的产生,平均抑制率在70%左右。控制溴酸盐的最佳H2O2/O3摩尔比仍为1.5,当臭氧投量低于3.72mg/L时,采用这一摩尔比可以将溴酸盐浓度控制在10μg/L以下,达到现行的饮用水标准。H2O2/O3高级氧化对UV254的去除具有强化作用,去除率可达50%以上。从成本核算考虑,相比单独臭氧氧化,采用H2O2/O3高级氧化工艺处理1 m3水所增加的直接成本仅为0.015元,因此在现有O3-BAC工艺基础上采用H2O2/O3高级氧化工艺在经济上是可行的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-24
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-21
    1.2.1 高级氧化技术（AOPs）  9-12
    1.2.2 溴酸盐生成的机理  12-13
    1.2.3 溴酸盐生成的影响因素  13-15
    1.2.4 溴酸盐的控制方法  15-21
  1.3 研究目的和内容  21-24
第2章 实验材料与方法  24-32
  2.1 仪器设备  24
  2.2 试剂药品  24-25
  2.3 原水水质  25-26
  2.4 实验装置  26-28
    2.4.1 静态实验装置  26-27
    2.4.2 动态实验装置  27-28
  2.5 检测项目及方法  28-32
    2.5.1 液相中臭氧浓度的检测  28-29
    2.5.2 气相中臭氧浓度的检测  29
    2.5.3 溴酸盐和溴离子的检测  29-30
    2.5.4 羟基自由基的检测  30
    2.5.5 有机指标的检测  30-32
第3章 黄河水臭氧消耗特性与溴酸盐生成特性研究  32-50
  3.1 含溴水的臭氧消耗特性  32-38
    3.1.1 去离子水配水的臭氧消耗特性  32-34
    3.1.2 黄河水的臭氧消耗特性  34-38
  3.2 含溴水的溴酸盐生成特性  38-42
    3.2.1 去离子水配水的溴酸盐生成特性  38-40
    3.2.2 黄河水的溴酸盐生成特性  40-42
  3.3 黄河水的溴酸盐生成机理  42-48
    3.3.1 臭氧化过程中羟基自由基与臭氧浓度比  42-44
    3.3.2 黄河水的溴酸盐生成途径  44-48
  3.4 小结  48-50
第4章 H_20_2/0_3高级氧化抑制溴酸盐生成的机理研究  50-60
  4.1 不同H_20_2/0_3 比例对溴酸盐抑制效果的影响  50-52
  4.2 H_20_2/0_3 高级氧化抑制溴酸盐生成的机理  52-59
    4.2.1 反应结束后溴离子剩余量的变化  52
    4.2.2 反应过程中Rct 的变化  52-55
    4.2.3 反应过程中溴酸盐生成路径的变化  55-57
    4.2.4 反应过程中CODMn 的变化  57-58
    4.2.5 H_20_2/0_3 存在最佳比例的原因  58-59
  4.3 小结  59-60
第5章 H_20_2/0_3高级氧化抑制溴酸盐生成的动态实验研究  60-70
  5.1 操作条件  60-62
  5.2 不同臭氧投量对溴酸盐抑制效果的影响  62-63
  5.3 不同水力停留时间对溴酸盐抑制效果的影响  63-64
  5.4 有机物的去除  64-66
    5.4.1 COD_(Mn) 的去除  64-65
    5.4.2 UV_(254) 的去除  65-66
  5.5 H_20_2/0_3 高级氧化工艺的成本核算  66-67
  5.6 小结  67-70
第6章 结论和建议  70-72
  6.1 结论  70-71
  6.2 建议  71-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  78

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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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