Fenton氧化法降解聚乙烯醇的条件确定及机理初探

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聚乙烯醇,简称PVA,是一种普通微生物难以降解的水溶性有机大分子化合物。近年来由于工业生产对该化合物的使用量越来越大,使得部分含PVA的废水排入水体,导致严重的环境污染问题。因此如何有效处理含PVA的废水,成为当前迫切需要解决的问题。由于PVA属于典型的难降解有机物,可生化性很差,采用传统的生化处理工艺很难达到满意的效果,一般的物化处理技术对其COD的去除率也很低。为了有效降解PVA,提高其可生化性,本论文采用Fenton氧化法处理PVA,详细研究了影响PVA氧化降解的主要因素,并初步探索了PVA的降解机理。主要研究内容及结果如下:⑴从提高PVA的可生化性出发,分别研究了反应时间、溶液的初始pH值、H2O2/COD投加比、H2O2/Fe2+投加比和反应温度对Fenton氧化降解PVA的影响,通过正交优化试验确定了最佳操作条件,即反应时间为30 min,溶液的初始pH=5,H2O2/COD(质量比)=1.3,H2O2/Fe2+(摩尔比)=10,反应温度为40℃。⑵将TOC的测定结果与COD、BOD、pH等参数随时间的变化相结合,根据表观参数的变化推断PVA的Fenton反应途径。通过分析发现,在酸性条件下Fenton反应产生的·OH作用于PVA,使其氧化分解,大约60%的有机碳被氧化生成CO2,剩余的近40%的有机碳一部分被氧化生成酸性物质(如有机酸等),从而使COD去除率达到80%。⑶通过考察Fenton氧化中主要因素的改变对PVA降解途径的影响,发现改变H2O2的投加量,PVA的Fenton氧化产物类型也随之发生变化:当H2O2的投加量较少时,无法完全氧化剩余的近40%的有机碳,使其一部分以醛的形式存在;当H2O2的投加量逐渐增大至一定量以后,可以将生成的醛继续氧化成酸。⑷运用凝胶渗透色谱、紫外光谱、红外光谱和GC-MS技术初步研究了PVA的降解机理,推导出PVA的Fenton氧化假设途径:·OH的攻击使PVA分子发生脱氢反应,产生C=C双键,在·OH的作用下双键断裂,PVA大分子降解,中间产物进一步被氧化成醛(酮)或羧酸,最终彻底降解为CO2和H2O,从而使COD浓度大幅降低。⑸用Fenton氧化法处理不同型号的PVA和不同的模拟废水,均能使其COD浓度降低,COD去除率超过60%,BOD/COD值也从0.10不到升高到0.40以上。用活性污泥法对此进行验证,结果证实经过Fenton氧化处理,PVA降解为容易被微生物利用的物质,可生化性提高,从而为含PVA的废水进行后续生物处理创造了有利条件。
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