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我国的纺织工业是一项举足轻重的民生产业,上浆和退浆是纺织过程中的两道重要工序,大量含聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)的纺织废水会从这两种工序中排出,该废水的成分复杂,对环境危害严重又不易被降解,处理起来极有难度。近年来的研究结果显示,高级氧化工艺(AOPs)是一种处理难降解有机废水的有效方法,为PVA废水的处理提供一条可行的技术途径。基于O3的AOPs是一类涉及气液两相的反应,影响该类反应进程的关键因素为气液两相间的传质效果,而超重力技术是增加相间接触面积、增强相间传质的有效方法,所以本研究将这两项技术工艺结合,以促进反应体系中O3的吸收,提高PVA废水的处理效果。本论文选用的超重力设备为旋转填充床(RPB),在RPB内利用O3、O3/H2O2、O3/Fe2+和O3/Fenton这四种AOPs对模拟PVA废水进行处理,并对PVA降解的产物结构和动力学进行初步探索,具体的研究成果如下所示:(1)在RPB中利用O3和O3/H2O2工艺对模拟PVA废水进行处理,发现RPB转速和O3浓度的增加使PVA的降解率得到一定程度上的提升;而反应温度和废水流量的增加使PVA的降解率不断下降;随着H2O2浓度的升高,O3/H2O2工艺下PVA的降解率先升高后降低;随着溶液pH值的增加,O3工艺下PVA的降解率持续升高,而在O3/H2O2工艺下PVA的降解率先升高后降低,在pH为10时PVA的降解率达到最佳值83.6%。从红外光谱图的分析结果来看,以上两个工艺降解PVA的产物结构相似,通过反应使原样中的碳碳双键发生了断裂,可能生成了反式烯烃双取代的产物和某些长链烷烃类物质。(2)在RPB中利用O3/Fe2+和O3/Fenton工艺对模拟PVA废水进行处理,两工艺对PVA的降解均在pH为2处达到最好的效果;随着O3浓度的增加,降解率整体呈现升高的趋势。在O3/Fe2+工艺下随着RPB转速和反应温度的增加,PVA的降解效果不断提高;随着Fe2+浓度的增加,PVA的降解率先升高后降低。在O3/Fenton工艺下随着RPB转速和Fe2+/H2O2(摩尔比)的增加,PVA的降解率先升高后下降;随着反应温度的增加,PVA的降解率先升高后基本不变。O3/Fenton工艺对PVA的降解效果最好。当初始pH=5.7;气相O3浓度为30 mg/L;H2O2浓度为35 mg/L;Fe2+浓度为0.8 mmol/L;RPB转速为1000 r/min;液体流量为30L/h;气体流量为90 L/h;反应温度为25℃;初始PVA浓度为200 mg/L时,模拟PVA废水的降解率可以达到94.8%。以上两个工艺降解PVA的产物具有相似的红外光谱图,由分析可知降解产物中有羧酸产生,不能排除醛类物质的存在;另外产物中还可能存在包含甲基支链的烃类物质。(3)针对O3/Fenton工艺降解PVA废水的反应进行动力学研究,判断出该反应为一级反应;计算其表观反应活化能为42.9 kJ/mol,属于较为容易进行的反应;并建立相应的反应动力学模型如下所示:k=1.645 × 106 × e(-42879/R0T0)×[Fe2+]2336[H2O2]2346[PVA0]-0.7017[O3]1.135该模型可以在一定范围内预测表观反应速率常数的大小,从模型中各项因素的反应分级数绝对值大小可以看出这几个因素对PVA降解的动力学过程影响程度大小为:O3浓度>初始PVA溶液浓度>H2O2浓度≈Fe2+浓度。