即时分离型光催化反应器处理水中有机污染物的研究

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水体的有机污染问题已成为全球关注的焦点,以水中有机污染物为对象的各种水处理技术不断涌现。光催化氧化技术是一种新兴的绿色环境治理技术,尤其对于饮用水中的微量有机污染物,具有去除彻底、矿化完全且无二次污染等特点,因此被誉为去除有机物的"杀手锏"。另外,它还可以将高浓度的有毒、有害的难降解大分子有机物分解无毒、无害、易降解的小分子有机物,大大提高废水的可生化性,因而还可以作为高浓度难降解有机废水的预处理工艺。本文针对长期困扰光催化氧化研究工作的、反应完成后悬浮相光催化剂与水分离困难的问题,设计了一种新型的"即时分离型"光催化氧化反应器,成功解决了悬浮相光催化反应完成后光催化剂与水的即时分离问题,并研究了即时分离型光催化反应器对水中有机污染物的去除效果及其影响因素。本文主要研究结论如下:(1)即时分离型光催化反应器对光催化剂的分离效果良好,出水水质清澈透明,反应器出水浊度在0.4Ntu以下。(2)即时分离型光催化反应器能有效去除水中的有机污染物。在Ⅰ型二氧化钛光催化剂投加量为1g/L的条件下处理自来水,自来水3hCODMn、3hTOC和3hUV254的去除率分别为17.3%、29.9%和67.4%。同样条件下处理初始浓度为4.34mg/L的苯酚水溶液,3h苯酚去除率为93.8%,3hTOC去除率接近50%。在Ⅰ型二氧化钛光催化剂投加量为0.1g/L的条件下处理初始浓度为220μg/L左右的四种典型内分泌干扰物阿特拉津、双酚A、三氯甲烷和六氯苯,反应1h后,这四种内分泌干扰物的去除率分别为94.9%、98.7%、84.4%和74.7%。(3)采用Langmuir-Hinshelwood.动力学方程对光催化反应过程进行描述,发现苯酚、阿特拉津、双酚A、三氯甲烷和六氯苯的光催化氧化降解过程均符合一级反应动力学规律。(4)足够的反应时间是保证光催化氧化降解有机污染物效果的一个重要条件。光催化反应时间越长,有机污染物去除率越高,但其光催化氧化矿化速率低于其光催化氧化降解速率。(5)不同的光催化剂对自来水中有机污染物的去除效果不同。在五种光催化剂投加量均为1g/L的条件下处理自来水,结果表明,Ⅰ型和V型二氧化钛光催化效果最优。(6)光催化剂投加量须有合适的范围。本研究条件下,采用UV/TiO2体系处理自来水时,合适的光催化剂投加量为1g/L左右。(7)辐照度也是影响光催化氧化有机污染物效果的重要因素。随紫外灯只数的减少,光催化氧化有机污染物的效果降低,但也受紫外灯均布与否的影响。(8)有机物初始浓度越高,光催化氧化降解及矿化有机物水溶液的速率越慢,有机物的去除效果越差。自来水中所含的其它微量有机物、金属离子以及无机阴离子对光催化氧化有机污染物的效果的总体影响是负效应大于正效应,不利于有机污染物的光催化氧化。(9)在本文设计的光催化反应器中,加压的循环水对反应液的搅拌效果良好,悬浮相光催化剂在水中的分布均匀,在一定范围内改变循环流量大小没有对光催化效果产生影响。(10)外加氧化剂H2O2或O3可以显著提高光催化氧化有机污染物的速率和效率。但在UV/TinO2体系中同时添加双氧水和臭氧比单独添加双氧水或臭氧的协同效应更加显著,取得相同的有机污染物降解或矿化效果所需的光催化反应时间可以大大缩短。本研究条件下,不同反应体系表观速率常数的大小次序依次为:UV/H2O2/O3/TiO2>UV/O3/TiO2>UV/H2O2/TiO2>UV/O3>UV/H2O2>UV/TiO2
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