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丙烯腈废水是一种含盐量高、毒性强的废水,目前国内外主要采用加入燃料油焚烧的方法处理,余热利用和废气治理有待改进,亟待探索更为先进的丙烯腈废水处理方法。本文采用电渗析分离回收丙烯腈废水中的硫酸铵,减少了SOx和NOx的排放;高压放电降解丙烯腈废水中的高毒性物质,降低废水中的BOD和COD,并提高BOD/COD值,达到可生化降解要求。同时还研究了丙烯腈废水中的主要有机物的降解路线,建立了放电反应器的数学模型。主要研究成果如下:
1.利用硫酸铵溶液模拟废水优化电渗析参数,优选出DF120和CM001作为电渗析器的阴、阳离子交换膜,获得了较高的脱盐率。采用电渗析分离丙烯腈废水中的硫酸铵,既回收了硫酸铵,又可以使废水在焚烧的过程中减少SOx和NOx的排放,具有重要的实际意义。
2.在线筒式放电反应器内考察高压放电降解苯酚废水,结果显示本实验高压放电降解苯酚的结果优于点板式高压脉冲放电,能量利用率提高了16.22%。工业丙烯腈废水经过高压放电降解后COD、BOD分别降低了62%和47%,BOD/COD由降解前的0.37升高到了0.52,达到了工业上可生化降解的要求。说明高压放电这种方法比较适合于高毒性废水的处理,使其达到可生化降解的要求。
3.采用色质联用确认了丙烯腈废水中的主要有机物及其含量,丙烯腈、乙腈、丁二腈和二(2-氰乙基)胺,其含量分别为:0.303%、0.06%、0.9%和0.248%。分别研究了这四种有机物在高压放电降解时的降解路线,丙烯脂的主要降解路线为丙烯腈的氰基首先被破坏生成丙烯酸,丙烯酸进一步被氧化生成乙酸,乙酸降解为甲酸,最后生成CO2。丁二腈的主要降解路线是首先降解为丁二酸,丁二酸再生成丙酸,并且逐步降解为乙酸、甲酸,最后生成CO2。二(2-氰乙基)胺的主要降解路线是依次生成丙腈、丙酸、乙酸和甲酸,最后生成CO2。通过研究还发现,有机氰降解快于羧酸,例如丙烯腈降解快于丙烯酸,乙腈降解比乙酸快,甲酸的降解速率最快。考察了四种主要有机物同时存在时降解的难易,其顺序为:丙烯腈>乙腈>丁二腈>二胺。
4.首先建立气相高压放电过程数学模型,模拟预测反应器内主要活性物质(氧自由基和臭氧)的分布情况。在放电电极附近,活性物质浓度较高,活性物质浓度沿放电反应器径向逐渐降低,氧自由基的浓度总体上高于臭氧的浓度。在地极、气体流量发生变化时,活性物质分布也会发生变化。本文还建立反应器的稳态层流模型和臭氧-苯酚溶液的传递反应模型,获得了地极表面液体厚度与地极直径、溶液流量的关系。模拟结果与实验值对比差异不大,表明建立的模型合理。