难降解芳环类化合物的预臭氧化处理工艺研究（应用化学优秀毕业论文答辩PPT模板）

难降解芳环类化合物的预臭氧化处理工艺研究 A Study on The Process of Pre-ozonation of Refractory Aromatic Compounds,答辩人：高燕 导 师：童少平教授 专 业：应用化学 浙江工业大学化学工程学院,目录,文献综述,实验分析,酸性条件下Ti(IV)催化O3/H2O2降解邻苯二甲酸二甲酯,预臭氧化过程水样可生化性的简易评估方法,氧化度在废水预臭氧化处理中的应用,第一章 文献综述,1.1 研究背景,1.2 臭氧类高级氧化技术的应用,Akmehmet Balcolu, et al.用O3/H2O2预处理抗生素废水，当臭氧投加量为2.96 gL-1时可生化性（BOD/COD）的值从0.077升高到了0.38。,Wu, et al.对垃圾渗滤液进行臭氧化处理，1.2 gL-1臭氧投加量可以使水样的BOD/COD从0.06提升至0.5。,Lu, et al.用臭氧含有偶氮染料活性艳红X-3B的废水时，当臭氧投加量为34.08 mgL-1时，BOD/COD从0.102升高到了0.406。,1.预臭氧化处理提升废水的可生化性。2.不同的废水，其最优臭氧投加量不同，相互之间的借鉴参考作用不大。3. 在应用预臭氧化处理时需进行繁琐的优化试验，特别还涉及测试周期过长的生物需氧量（BOD），在实际生产中不利于推广应用。,存在问题：BOD测定繁琐复杂，亟需新的废水综合指标代替BOD/COD。,常见的催化臭氧化技术有O3/H2O2、UV/O3、UV/H2O2/O3、金属氧化物/O3等，一般应用于中性或偏碱性条件。,一般化工厂排放的废水均属酸性废水,酸度保留,1.实验室已经证明Ti()/O3/H2O2体系属于以羟基自由基为主的间接氧化体系，且适用于酸性条件。2.对其催化性能和动力学等都进行了研究，但是对其降解有机物的途径还没有做相应的研究。,研究目的,（1）研究Ti()/ O3/H2O2体系对含不饱和键有机物的降解途径。（2）提出一个新的概念氧化度，来代替在废水的预处理中常使用的可生化性BOD/COD表征废水的特性。,1.4 研究目的和主要任务,主要任务,（1）酸性环境中，研究Ti(IV)/O3/H2O2对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的降解效果，分析中间产物并提出其降解所经历的可能途径。（2）提出氧化度的概念，研究水样的氧化度与BOD/COD的关联情况，以期用氧化度大小来判断水样可生化性的高低。（3）将氧化度推广应用于实际废水的预处理中。,第二章 实验分析,图2-1 实验装置与工艺流程图Fig. 2-1 Diagram of the experimental setup,2.1 实验装置,2.2 实验分析,第三章 酸性条件下Ti(IV)催化O3/H2O2降解邻苯二甲酸二甲酯,3.1 不同体系对邻苯二甲酸二甲酯的降解效率,表3-1 不同氧化体系降解DMP的表观速率常数Table 3-1 Apparent rate constants of DMP degradation by different oxidative systems,矿化率：60min时TOC去除率Ti(IV)/O3/H2O2 62.1%单独臭氧化体系 23.4%。,Ti(IV)能与H2O2络合产生黄色的络合物（Ti2O52+），引发羟基自由基产生,3.2 钛离子浓度和H2O2浓度对DMP矿化效果的影响,图3-1 钛浓度对DMP的TOC去除率的影响Fig. 3-1 Effect of Ti() concentration on the TOC removal rate of DMP,图3-2过氧化氢浓度对DMP的TOC去除率的影响Fig.3-2 Effect of H2O2 concentration on the TOC removal rate of DMP,最佳Ti()浓度为1.4 mgL-1, 浓度太高，会淬灭OH。以下实验Ti(IV)离子浓度均定为1.4mgL-1。,降解DMP的最佳H2O2浓度为10mgL-1,图3-4臭氧消耗量与TOC去除率的关系Fig.3-4 The relationship between TOC removal rate with ozone dose,3.3 不同体系的臭氧利用率,Ti(IV)/O3/H2O2提高了臭氧的利用率,图3-5 气相色谱的分析结果Fig.3-5 The analysis results of gas chromatography,3.4 Ti(IV)/O3/H2O2体系降解DMP的机理,表3-2 GC/MS分析检测的DMP降解过程的中间产物Table 3-2 Intermediates in degradation of DMP analyzed by GC/MS,图3-6 Ti(IV)催化臭氧化降解DMP的可能途径Fig. 3-6 Possible pathway of DMP degradation by Ti(IV)-Catalyzed O3/H2O2,（1）Ti(IV)/O3/H2O2体系对DMP的降解速率明显快于其他三种体系，TOC的分析结果也表明其具有更高的矿化率。（2）与单独臭氧化相比，Ti(IV)/O3/H2O2体系降解DMP过程中具有更高的臭氧利用率，该结果对臭氧化水处理技术的实际应用意义非常突出。（3）利用GC/MS和IC检测分析了Ti(IV)/O3/H2O2体系降解DMP的主要中间产物，提出了可能的降解途径。,3.5 本章小结,第四章 预臭氧化过程水样可生化性的简易评估方法,氧化度：代表有机物的氧化程度。公式推导： 饱和烷烃CnH2n+2结构不含氧原子，处于饱和状态，规定其氧化度为“0”1mmol的CnH2n+2其理论的COD为： COD=MO(3n+1)=16(3n+1) =(48n+16) mg/L其相应的TOC为： TOC=MCn=12n mg/L忽略COD中常数16，则COD=4TOC,定义：氧化度=,(暂不考虑硫、氮等杂原子的影响),4.1 氧化度概念的提出,图4-1臭氧化硝基苯过程中CODt/COD0, TOCt/TOC0 和氧化度随时间的变化Fig.4-1 Variations of CODt/COD0, TOCt/TOC0 and oxidative degree with timein the process of ozonation of NB,图4-2臭氧化硝基苯过程中BOD/COD与氧化度之间的关联Fig.4-2 Relationship between biodegradability with oxidative degree in the process of ozonation of NB,4.2 硝基苯模拟废水的预臭氧化处理,氧化度：0.712B/C：0.407,结果初步表明，在预臭氧化处理过程中也许可以根据氧化度的值来大概判断水样的可生化性。,图4-3 臭氧化磺基水杨酸过程中CODt/COD0, TOCt/TOC0 和氧化度随时间的变化Fig.4-3 Variations of CODt/COD0, TOCt/TOC0 and oxidative degree with time in the process of ozonation of SSal,图4-4臭氧化磺基水杨酸过程中BOD/COD与氧化度之间的关联Fig.4-4 Relationship between biodegradability with oxidative degree in the process of ozonation of SSal,4.3 磺基水杨酸模拟废水的预臭氧化处理,实验结果与硝基苯相似。,图4-5 臭氧化邻苯二甲酸二甲酯过程中CODt/COD0, TOCt/TOC0 和氧化度随时间的变化Fig.4-5 Variations of CODt/COD0, TOCt/TOC0 and oxidative degree with time in the process of ozonation of DMP,图4-6 臭氧化邻苯二甲酸二甲酯过程中BOD/COD与氧化度之间的关联Fig.4-6 Relationship between biodegradability with oxidative degree in the process of ozonation of DMP,4.4 邻苯二甲酸二甲酯模拟废水的预臭氧化处理,氧化度：0.629B/C：0.273,三种模拟废水实验结果吻合，说明可以通过氧化度的高低大致判断水样的可生化性。,（1）提出氧化度概念，以表征化合物的氧化程度，一般情况下臭氧化时间越长，水样的氧化度也越高。（2）几种典型有机物的试验结果表明，当体系氧化度大于0.65时，水样的BOD/COD一般均在0.25以上，具有较好的可生化性。（3）初步关联结果表明，水样氧化度与BOD/COD存在一定的正相关性。相比BOD/COD值，氧化度的定量更为简便与快速，因此预臭氧化过程利用氧化度来判断水样的可生化性实际意义非常显著。,4.5 本章小结,第五章 氧化度在废水预臭氧化处理中的应用,实验中的医药废水来自浙江康乐药业股份有限公司，该公司主要生产化学原料药、抗生素、植物药等原料药产品，主要品种有对乙酰氨基酚等。主要的水质指标如下表所示：表5-1 医药废水的水质指标Table 5-1 Water quality index of pharmaceutical wastewater,BOD/COD只有0.019，可生化性差,图5-1 医药废水的气相色谱图Fig.5-1 Gas chromatography of pharmaceutical wastewater,表5-2 医药废水中的主要有机组分Table 5-2 Main organic components of pharmaceutical wastewater,图5-2不同氧化体系对废水的COD去除效率Fig.5-2 The COD removal rate of wastewater by different oxidative systems,25.19%,34.34%,5.1 单独O3与催化体系降解效果对比,图5-3 钛离子浓度对废水COD去除率的影响Fig.5-3 Effect of Ti(IV) concentration on the COD removal rate of wastewater,图5-4 H2O2浓度对废水COD去除率的影响Fig.5-4 Effect of H2O2 concentration on the COD removal rate of wastewater,以下实验选取Ti(IV)离子浓度与H2O2浓度分别为10 mgL-1和200 mgL-1。,5.2 钛离子浓度和双氧水浓度对医药废水降解效果的影响,图5-5 pH值对废水COD去除率的影响Fig.5-5 Effect of pH on the COD removal rate of wastewater,39.89%,56.13%,5.3 pH值对医药废水降解效果的影响,图5-6 Ti(IV)/H2O2/O3预处理废水过程中CODt/COD0, TOCt/TOC0 和氧化度随时间的变化Fig.5-6 Variations of CODt/COD0, TOCt/TOC0 and oxidative degree with time in pretreatment of wastewater by Ti(IV)/H2O2/O3,图5-7 Ti(IV)/H2O2/O3预处理废水过程中BOD/COD与氧化度之间的关联Fig.5-7 Relationship between biodegradability with oxidative degree in pretreatment of wastewater by Ti(IV)/H2O2/O3,这与模拟废水的实验结果相似，说明氧化度可以应用于实际的废水处理工作中来大至判断水样的可生化性。,5.4 Ti(IV)/O3/H2O2催化预臭氧化医药废水的过程,实验中的酸性化工废水取自富丽达集团的某印染化工厂，该化工废水含有较多的氯、溴取代的苯胺或硝基苯类化合物，其初始pH为0.1 0.3，COD为4320 4888 mgL-1，BOD/COD约为0.05，属于典型难生物降解废水。 为了规避卤素阴离子对臭氧化效率的影响，将酸性化工废水的pH调至5.00。在催化臭氧化工艺中，Ti(IV)浓度为20mgL-1，H2O2浓度为900 mgL-1，分两次投加。,5.5 Ti(IV)/O3/H2O2催化预臭氧化化工废水的过程,图5-8 Ti(IV)/H2O2/O3预处理化工废水过程中CODt/COD0, TOCt/TOC0 和氧化度随时间的变化Fig.5-8 Variations of CODt/COD0, TOCt/TOC0 and oxidative degree with time in pretreatment of chemical wastewater by Ti(IV)/H2O2/O3,氧化度：0.346升至0.664BOD/COD： 0.05升至0.332,进一步证实了氧化度可以应用于实际的废水处理工作中来大至判断水样的可生化性。,（1）与单独臭氧体系相比，Ti(IV)/H2O2/O3氧化体系对废水的预处理效果更