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废纸制浆废水成份复杂多样,除了细小纤维、油墨、脱墨剂和填料等污染物之外,还含有氯酚类持久性有机污染物,致使废水的可生化性较差,不能被常规水处理技术有效处理。光-Fenton技术在温和条件下即可将有机污染物降解矿化为无害物质,它为废纸制浆废水中持久性有机污染物的降解指明了方向。
为了研究处理废纸制浆废水的最佳光-Fenton技术,首先研究了废纸制浆废水的特性和Fenton法处理废纸制浆废水的一般规律。然后,分别研究了均相和非均相光-Fenton法处理废纸制浆废水的效果,并对它们进行优化和比较,得出处理废纸制浆废水的最佳光-Fenton技术。最后,建立了光-Fenton技术处理废纸制浆废水的动力学模型。
Fenfon和均相光-Fenton法都能很好地处理废纸制浆废水,并具有很多相似点:废水中芳香族类有机物最先被破环降解,并产生一系列有机酸、烷烃等中间体后才被矿化成CO<,2>和H<,2>O:反应速度非常快,废水TOC的去除主要在前15min内完成;在本论文实验条件下的最佳Fenton试剂比和最佳初始pH值分别为10:1和2.8,但最佳初始pH值受Fenton试剂用量的影响很大;增加H<,2>O<,2>用量可提高处理程度;升高温度可提高反应速度和处理效果。但均相光-Fenton法的处理效果较Fenton法好,且其优越性随着反应时间的延长和H<,2>O<,2>用量的增加越加突出。
对均相光-Fenton法的研究还表明,在H<,2>O<,2>用量相同的条件下,Fenton试剂比决定着TOC的去除速度。H<,2>O<,2>分两次投加,可取得较好的处理效果和大大减少对催化剂的需求。增加S/V和光照强度可有效提高处理效果,适当添加草酸钾对反应有利。使废水和空气有效接触有利于有机氯的脱除,但无需加设动力曝气。对于TOC为370mg.L<-1>左右的废纸制浆废水,无需稀释即可直接进行光-Fenton技术处理。
非均相光-Fenton法也可有效处理废纸制浆废水,且低分子有机物和芳香族有机物上的侧链优先被降解。针铁矿用量存在一个饱和点;添加H<,2>O<,2>可提高处理效果,但过量反而不利;当初始pH值为3.0时处理效果最显著。从针铁矿溶解出的铁离子可忽略,针铁矿可重复使用。
多种光-Fenton技术的处理效果比较表明:亚铁盐催化均相光-Fenton技术的处理效果普遍较三价铁盐的好,但在Fe(NO<,3>)<,3>催化体系中也能取得较好的处理效果;几种催化剂的处理效果顺序为:Fe(NO<,3>)<,3>>Fe<,2>(SO<,4>)<,3>>FeCl<,3>,针铁矿>赤铁矿>TiO<,2>。然而,FeSO<,4>和l/2FeSO<,4>+1/2Fe<,2>(SO<,4>)<,3>复合催化的均相光-Fenton技术最经济有效:在H<,2>O<,2> 1000 mg/L,100 mgFe·L<-1>,pH 3.0和35℃的条件下,这两个体系的TOC去除率经15min反应后可分别达到54%和58%,经120min反应后可分别达到66%和68%,并且可显著提高废水的可生化性。均相光-Fenton技术处理废纸制浆废水的成本在3.7元/吨左右,但如果只是作为生化处理前的预处理,可降至约1.7元/吨。