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高浓度难降解有机废水的处理是水处理工作者面临的难题之一。光催化氧化作为一种深度氧化技术,具有反应快速、彻底、无二次污染、无选择性、反应条件温和、操作管理简单方便等诸多优点,在处理废水中有机污染物,尤其是高浓度、难降解、有毒的有机废水方面具有广阔的产业化前景,近年来成为国内外的研究热点之一。
本文以液晶显示屏工业清洗剂配制的模拟液晶显示屏清洗废水为研究对象,系统分析研究了UV/Fenton光催化氧化技术处理液晶显示屏清洗废水的影响因素和处理效果及UV/Fenton反应出水的后续处理技术,初步探讨了UV/Fenton技术应用于实际废水处理的可行性。研究表明,不管是模拟废水还是实际废水均取得了良好的处理效果,采用UV/Fenton法处理液晶显示屏清洗废水是可行的,并取得了以下主要研究结论:
(1)在本研究条件下,UV/Fenton光催化氧化技术对初始CODcr1468mg/L左右的废水,在过氧化氢(30%)投加量2.5-3mL/L、七水合硫酸亚铁投加量543.5mg/L,废水初始pH值4.0条件下,反应2h,CODcr、TOC和MBAS去除率可分别达到93%、85%和95%左右,出水CODcr在100mg/L左右,MBAS浓度低于1mg/L,达到排放标准。
(2)在本研究条件下,UV/Fenton光催化氧化技术对初始CODcr2555.2mg/L、初始pH为3.97的实际废水,在双氧水投加量4.31mL/L,七水合硫酸亚铁投加量3g,不调节废水pH条件下,反应4h后,废水CODcr值降至147.6mg/L,CODcr去除率达到94.2%,取得良好处理效果;但由于实际废水初始CODcr浓度较高,反应完全所需时间增长。
(3)UV/Fenton反应中,CODcr去除率随反应时间的延长而增大随后趋于平稳,较低的[H2O2]/[Fe2+]摩尔条件下,CODcr初始去除率明显高于较高摩尔比条件下,此时CODcr去除率在较短时间内接近最大值。
(4)本研究条件下七水合硫酸亚铁的最小投加量为543.5mg/L,双氧水投加量为2.5-3mL/L,增加双氧水投加量有利于有机污染物的降解,但当双氧水投加量达到一定值后,对有机污染物去除率的促进作用变小。
(5)在本实验条件下,[H2O2]/[Fe2+]摩尔比在15:1-5:1范围内都可获得良好的处理效果,随双氧水投加量增加,合适的[H2O2]/[Fe2+]摩尔比范围加宽。
(6)初始pH过低或过高对CODcr去除均不利,初始pH值在3-7.2范围内时均可取得良好的处理效果。
(7)增加紫外光光强对有机污染物的去除有显著促进作用。
(8)加入TiO2能明显提高UV/Fenton体系的光催化氧化效率,在本实验反应前期阶段UV/TiO2/Fenton体系对CODcr的去除率明显高于UV/Fenton体系,但反应后期其降解速率低于UV/Fenton体系,两种体系的2hCODcr去除效果相当。
(9)随废水初始浓度的增加,2hCODcr去除率呈下降趋势。
(10)双氧水一次投加对有机污染物的去除效果好于分次投加。
(11)不同氧化体系降解效率由快到慢次序为:UV/Fe2+/H2O2>Fe2+/H2O2>UV/H2O2>H2O2>UV。UV/Fenton体系对废水的2hCODcr和2hTOC去除率是UV/H2O2和暗Fenton体系的3-4倍,说明Fe2+和UV对过氧化氢的分解存在协同作用,不是简单的加合。
(12)将UV/Fenton反应出水的pH值调到7左右就可满足后续混凝反应对碱度的要求,继续提高碱度意义不大。
(13)投加混凝剂后自然沉淀20-30min可取得良好的沉降效果,满足处理要求。
(14)UV/Fenton反应出水用PAC、PAFC等无机高分子混凝剂和有机高分子助凝剂PAM配合投加可取得理想的处理效果,参考投加量PAC或PAFC为10mg/L左右、PAM为0.2-0.4mg/L左右。单独投加PAM也可取得良好处理效果,参考投加量为0.4mg/L左右。
(15)混凝沉淀后接砂滤处理能进一步降低出水的浊度、色度、CODcr及残余铁离子,但由于UV/Fenton出水经合适的混凝沉淀处理后,已能达到良好的固液分离效果,因此从经济角度考虑本研究范围内废水处理流程中可不设置砂滤工序。