Fenton体系联用生物流化床处理酚类废水研究

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酚类化合物毒性大、具有"三致"效应和遗传毒性,是一种难生物降解的有机污染物。本文采用Fenton体系.生物流化床联合工艺处理酚类废水,探索:Fenton体系中中间产物和氧气的作用机理并建立动力学,从污染物结构的变化揭示两个工艺的匹配,为酚类废水的治理提供基础数据和理论指导。 考察了Fenton体系处理4-CP(对氯苯酚)的各种因素--Fe<2+>、H<,2>O<,2>、4-CP初始浓度,pH值,温度和载气对降解的影响;通过Fe<2+>和H<,2>O<,2>的浓度变化揭示影响的原因。 深入研究了Fenton体系/类Fenton体系处理酚类过程中中间产物的作用机理。Fenton体系处理4-CP产生的对苯二酚、邻苯二酚、氯代邻苯二酚等二酚类中间产物能够快速地还原Fe<3+>,同时氧化为醌。中间产物的作用能促进酚类在Fenton和类Fenton体系中的降解。类Fenton体系降解4-CP、4-NP(对硝基苯酚)和苯酚的过程都分为三个阶段:启动阶段,快速阶段和结束阶段。由于启动阶段产生的二酚类中间产物促进了Fe<2+>的生成,从而产生了快速降解阶段。 研究了O<,2>在4-CP的Fenton氧化中的参与机理。O<,2>促进了4-CP的降解和COD<,Cr>的去除;达到同样的COD<,Cr>去除效果时,O<,2>的作用可使H<,2>O<,2>的投加量减少46%。通过对中间产物的分析,推测了O<,2>的促进机理。溶解氧和氯代二羟基环己烯基反应生成氯代二羟基环己烯过氧自由基,过氧自由基发生环化和电子转移,使得苯环破裂,促进了脂肪族有机酸的产生,也阻碍了氯代邻苯二酚的产生。 根据反应机理建立了Fenton体系中4一-CP降解的动力学模型,模型考虑了中间产物和O<,2>的作用。模型能很好预测不同的Fe<2+>、H<,2>O<,2>、4-CP初始浓度下4-CP的降解和H<,2>O<,2>的消耗;也能较好预测O<,2>对4-CP降解和苯环类中间产物的影响。 考察了不同Fenton处理程度时污染物的结构变化,结合出水的可生化性,确定合适的Fenton体系预处理程度。采用生物流化床处理酚类经Fenton反应后的出水,考察了流化床连续运行阶段HRT、pH的影响及抗冲击能力。考察了污染物在Fenton-生物流化床联用工艺中的结构变化:当4-CP的初始浓度在1~2mM时,通过Fenton体系使得83%的苯环破裂,转化成小分子有机酸;微生物作用使得剩余的苯环类物质和大部分的有机酸被降解,出水的COD<,Cr><100 mg/L。 建立了生物流化床降解污染物的模型。通过实验数据拟合,得到出水浓度和进水浓度、进水量之间的关系式。拟合数据表明活性炭孔隙中微生物有很好的降解作用;反应器传质效果很好,污染物降解的控制步骤在于生物膜内污染物的扩散一反应作用。
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