毛紡廠印染廢水處理工藝設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】

壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書,均可直接下載獲得文件，所見(jiàn)所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985 外文翻譯 題目1：如何使用活性碳纖維陰極（電芬頓技術(shù)）從實(shí)際印染廢水去除COD題目2：一個(gè)完整的印染廢水處理系統(tǒng)中微生物群落的演變研究外文翻譯之一如何使用活性碳纖維陰極（電芬頓技術(shù)）從實(shí)際印染廢水去除COD作者：Chih-Ta Wang,Wei-Lung Chou,Mei-Hui Chung,Yi-Ming Kuo國(guó)籍：中國(guó)出處：生物資源技術(shù)概要：本試驗(yàn)在PAN（聚丙烯腈）基活性碳纖維陰極的基礎(chǔ)上，利用Fe2+與過(guò)氧化氫電化學(xué)反應(yīng)對(duì)實(shí)際印染廢水中COD去除效率的研究。在不同的氧噴射速率，不同的電流密度，F(xiàn)e2 +濃度，溶液pH值和溫度的情況下對(duì)COD去除率的研究。電芬頓技術(shù)可以成功地在240min后從復(fù)雜的實(shí)際印染廢水中去除超過(guò)70%的COD。隨著氧氣噴射速度上升到150 cm3/min的時(shí)候，COD的去除率明顯增加。當(dāng)施加的電流密度達(dá)到3.2mA/cm2時(shí)，COD的去除效率最高可以達(dá)到75.2%；而在高密度電流下因?yàn)楦狈磻?yīng)率的增加使得COD去除效率有所下降。結(jié)果表明，最適pH值為3。在此之后，提高溶液的pH值，COD的去除率就迅速下降；相反，COD的去除率會(huì)因?yàn)镕e2+濃度上升到2mM而增加。溫度對(duì)COD的去除效率略有負(fù)面影響。引 言 紡織印染行業(yè)在臺(tái)灣是主要的工業(yè)用水行業(yè)。然而，印染廢水想要達(dá)到滿意的處理效果通常是很困難的，因?yàn)槲鬯泻芨叩纳群虲OD。雖然我們已經(jīng)了解一些從廢水中去除染料的傳統(tǒng)方法比如化學(xué)氧化，絮凝法，吸附法和生物處理法，但仍存在一定的局限性。最近，學(xué)者對(duì)電化學(xué)方法處理廢水的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的興趣，如直接或間接電氧化，還原和電凝電吸附，一直在增加。 最有效的電化學(xué)法是通過(guò)間接介質(zhì)氧化處理污染物所得到。傳統(tǒng)的間接氧化使用氯離子作為氧化還原介質(zhì)。即使它在處理某些有機(jī)物和無(wú)機(jī)物時(shí)非常有效，但在處理期間的初始階段會(huì)有一些有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。然而，這些含氯化合物在水溶液中可完全礦化（電化學(xué)氧化）或氧化成為揮發(fā)性化合物。近日，一些研究人員使用了原位電化學(xué)過(guò)氧化氫氧來(lái)處理廢水。然而，過(guò)氧化氫氧化對(duì)于有機(jī)污染物的分解并不是非常有效。應(yīng)用紫外照射和金屬催化劑可以有效地提高過(guò)氧化氫的羥基自由基的氧化功率。 最近，研究表明羥基自由基的使用有可能部分或完全地破壞有機(jī)化合物。芬頓試劑，是一種過(guò)氧化氫和亞鐵離子組成的酸性混合物。芬頓試劑所產(chǎn)生的羥基自由基具有高氧化能力，其反應(yīng)機(jī)理是非常復(fù)雜的，可描述為：Fe2 + + H2O2Fe3 + + OH + OH （1） 盡管芬頓試劑氧化效率高，但要通過(guò)集中儲(chǔ)存和運(yùn)輸高濃度并且含有Fe3 +的H2O2（aq）容易造成土壤污染，所以使用受到限制。在酸性介質(zhì)中，通過(guò)原位電化學(xué)對(duì)過(guò)氧化氫在陰極還原氧氣和Fe2 +再生，可以解決這個(gè)問(wèn)題。最近幾年，一些研究人員在酸性環(huán)境運(yùn)用電化學(xué)還原氧已經(jīng)產(chǎn)生了相當(dāng)大的量的過(guò)氧化氫。該技術(shù)結(jié)合電化學(xué)過(guò)氧化氫和增加的Fe2 +被稱為電芬頓技術(shù)。明顯的是，過(guò)氧化氫在陰極的產(chǎn)生效率是電芬頓技術(shù)至關(guān)重要的。有兩種方式可使陰極的氧氣含量降低，從而產(chǎn)生過(guò)氧化氫或水。氧的電化學(xué)還原遵從的兩個(gè)或四個(gè)電子過(guò)程完全取決于陰極材料。基于碳作電極，包括石墨，玻璃碳，碳纖維和碳海綿及氣體擴(kuò)散電極已被用于生產(chǎn)過(guò)氧化氫。傳統(tǒng)上通過(guò)電化學(xué)生產(chǎn)過(guò)氧化氫而使用的石墨，是因?yàn)槠涑杀据^低。然而，由于在水溶液中氧氣的低溶解度，從而導(dǎo)致傳質(zhì)限制，使得效率不高。最近氧碳-PTFE擴(kuò)散陰極已被廣泛使用，被認(rèn)為是用于產(chǎn)生過(guò)氧化氫 24最有效的電極。但是，氣體擴(kuò)散的陰極表面面積相對(duì)較小，因而不適合適用于處理大量的廢水。此外，其成本高且長(zhǎng)期運(yùn)行的電極容易造成氣體擴(kuò)散不穩(wěn)定是研究的主要問(wèn)題。因此，在工業(yè)應(yīng)用中，價(jià)格低廉并且具有高表面積的碳纖維在生產(chǎn)過(guò)氧化氫工藝中是最具有吸引力的。過(guò)氧化氫電化學(xué)率顯著影響著電-芬頓技術(shù)的處理效率。幾個(gè)因素影響著過(guò)氧化氫的電化學(xué)效率：氧氣必須首先被溶解在溶液中；其次，溶解氧轉(zhuǎn)移到陰極表面，并吸附在陰極，最后在酸性介質(zhì)中，隨著電化學(xué)反應(yīng)減緩而產(chǎn)生過(guò)氧化氫，可能會(huì)出現(xiàn)的副反應(yīng)是同時(shí)在陰極降低電過(guò)氧化氫的生成率。電化學(xué)生成的過(guò)氧化氫與亞鐵離子，與外部添加或減少所產(chǎn)生的三價(jià)鐵離子或那些原本存在于溶液中具有高的氧化還原電勢(shì)的離子，產(chǎn)生羥基自由基，根據(jù)式（1）。大多數(shù)研究者使用電芬頓技術(shù)處理印染廢水的成分相對(duì)較少，染料濃度低。相比之下，專注于采用電芬頓技術(shù)研究處理實(shí)際廢水是有限的。這項(xiàng)工作是研究使用電芬頓技術(shù)處理實(shí)際印染廢水的COD去除率的可行性和有效性。過(guò)氧化氫是在三維活性炭纖維布陰極產(chǎn)生的，而Fe2+通過(guò)外部添加。采用恒定電流模式對(duì)COD去除效率進(jìn)行評(píng)價(jià)。我們著重研究三維碳纖維布陰極和幾個(gè)運(yùn)行參數(shù)對(duì)效率影響，如氧噴射速率，施加電流密度，溶液的pH值，F(xiàn)e2+濃度和從實(shí)際的印染廢水去除COD的溫度。2.實(shí)驗(yàn)2.1 物料臺(tái)灣的碳科技公司，提供PAN（聚丙烯腈）基活性炭纖維布，而陽(yáng)極的鉑絲從本地的金屬公司購(gòu)買。所有試劑均為分析純，且沒(méi)有進(jìn)一步純化。在這項(xiàng)工作中，氧氣（純度99.9）是從當(dāng)?shù)氐囊患夜举?gòu)得，并且其噴射速率從50到250cm3/min。2.2 實(shí)驗(yàn)裝置和方法所有實(shí)驗(yàn)均在未分隔且配有兩個(gè)電極的電化學(xué)電槽中進(jìn)行，溶液的體積為0.5立方分米。陽(yáng)極是一個(gè)直徑為0.05厘米的鉑絲，陰極被設(shè)計(jì)成中空?qǐng)A筒形結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)大小為9cm7cm0.02cmPAN基活性炭纖維布層，在兩個(gè)塑料的屏幕中，圖1中所見(jiàn)。中空?qǐng)A柱形陰極的直徑和高度分別為2.9厘米和7厘米。鉑絲陽(yáng)極放置在中空?qǐng)A柱形陰極的中心。這種設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)是使初電流或電位分布更均勻。從氧氣瓶噴射出來(lái)的氧氣，直接分配到中空的圓柱形陰極的底部。在所有的實(shí)驗(yàn)中，該溶液的磁力攪拌速率為300rpm，保持溫度與恒溫浴一樣，并且控制測(cè)量溶液的pH值，用轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制氧氣流量，供給的電壓為直流電源（GW，GPR-25H30D）。為了準(zhǔn)確地測(cè)量電壓和電流，電壓表和電流表分別連接到所述電路中。含COD的廢水用哈希分光光度計(jì)（DR5000）測(cè)量。BET的表面積（ 1558.1平方米/克）和活性炭纖維的孔體積（ 0.431立方厘米/ g）用比表面積測(cè)定儀測(cè)定（ ThermoQuest ， Qsurf系列）。圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖1：電源；2：活性炭纖維布陰極；3：陽(yáng)極；4：氣機(jī)磁力攪拌器；5：鼓風(fēng)機(jī)；6：pH值統(tǒng)計(jì)。這項(xiàng)試驗(yàn)中所用的廢水樣本取自一個(gè)位于臺(tái)灣仁德村的紡織印染化工廠，然后將其存儲(chǔ)在一個(gè)黑暗的環(huán)境中。進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)前，廢水中的膠體懸浮顆粒用乙酸纖維素濾紙（0.45m的細(xì)孔徑）過(guò)濾除去。測(cè)定廢水中的某些特征，這些數(shù)據(jù)都在表1體現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間為240分鐘。COD去除率百分比定義為：其中COD0是在實(shí)際印染廢水的COD初始值。表1 廢水中的特征指數(shù)3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1 吸附，氧氣氧化和電芬頓工藝的比較隨著電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)氧化氫，其他兩種工藝-包括污染物的吸附和氧氣氧化都參與了電芬頓技術(shù)在印染廢水中使用碳纖維布作為陰極去除COD的過(guò)程。為了探討研究?jī)H使用電芬頓法后COD的去除率，本實(shí)驗(yàn)就對(duì)活性炭纖維上對(duì)污染物的吸附和由噴射的氧氣氧化對(duì)COD的去除率的影響進(jìn)行了這項(xiàng)研究。圖2顯示除去使用氧氣氧化和電芬頓法的氧化就純吸附的函數(shù)而得到的去除百分比。圖2由三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)獲得。在氧氣氧化的情況下，不通過(guò)電極就將氧氣噴射入反應(yīng)器中。通過(guò)吸附研究COD的去除率，即氧氣將不會(huì)被噴入反應(yīng)器中，而電流也會(huì)被切斷。發(fā)現(xiàn)表明，通過(guò)簡(jiǎn)單的吸附，COD去除率很低，在240分鐘的處理后也只達(dá)到2.8。雖然噴射的氧氣氧化對(duì)COD的去除百分比高于簡(jiǎn)單的吸附，污染物使用氧氣氧化似乎并不能有效去除印染廢水中的COD。COD的去除率的百分比隨著時(shí)間逐漸增加，240分鐘后達(dá)到10.9，但是，其去除率在使用氧氣氧化后仍然很低。相比之下，通過(guò)電芬頓法獲得COD的去除率較高。在240分鐘處理后，COD的去除率為75.2，這表明大部分的COD通過(guò)電芬頓技術(shù)去除是現(xiàn)在主要的研究方向。因此，這種碳纖維布陰極被證明能夠有效地產(chǎn)生過(guò)氧化氫，然后與Fe2 +反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基，根據(jù)式（1）。 圖2 在pH 為3和溫度為20C時(shí)，COD去除百分比隨時(shí)間的變化對(duì)于電芬頓技術(shù)的影響 增加電流密度：3.2mA/cm2時(shí)；氧氣噴射率：150cm3/min；Fe2+：2mM。對(duì)于氧氣氧化：氧氣噴射率：150cm3/min。對(duì)于吸附：無(wú)氧氣，電流被關(guān)斷。3.2 氧氣噴射速率的影響圖3顯示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：氧噴射速率從50到250cm3/min，即50，100，150，200和250cm3/min的噴射率，且施加的電流密度為3.2mA/cm2時(shí)，COD去除百分比分別為59.3，69.5，75.2，76.3和77.1。顯然，在電芬頓技術(shù)中COD去除率隨著氧氣噴射速率增加而增加，因?yàn)樵诖诉^(guò)程中，過(guò)氧化氫有所增加。因此COD去除效率將取決于電致的過(guò)氧化氫濃度。即，氧噴射速率的增加可提高水中的溶解氧濃度和加速氧氣的傳質(zhì)速率，最終增加了過(guò)氧化氫產(chǎn)生的量。這一發(fā)現(xiàn)與Do等學(xué)者使用CSTER（連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器）以及我們以前的研究相一致。此外，COD去除率在氧氣噴射率超過(guò)150立方厘米后僅略微增加。該結(jié)果表明，在這項(xiàng)研究中，當(dāng)氧氣噴射速率超過(guò)150cm3/min時(shí)通過(guò)過(guò)氧化氫的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生控制COD去除率。顯然，目前的研究中施加電流密度3.2 mA/cm2，氧氣噴射速率為150 cm3/min的條件是適當(dāng)?shù)摹?.3 施加的電流密度的影響 為了選擇合適的電流密度來(lái)測(cè)試最佳COD去除率，在施加電流密度為0.8 mA/cm2到4.8 mA/cm2的范圍內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。圖4顯示外加電流密度對(duì)廢水中的COD去除百分比的影響。施加電流密度為0.8，1.6，2.4，3.2，4.0和4.8 mA/cm2時(shí)，COD去除百分比分別為19.2，49.9，62.8，75.2，73.0和64.8，最高的COD去除率在施加電流密度為3.2 mA/cm2時(shí)實(shí)現(xiàn)。該情況下，在電流密度小于3.2 mA/cm2時(shí)，COD去除百分比隨著電流密度的增加而增加。因?yàn)樵黾铀┘拥碾娏髅芏龋梢苑糯筮^(guò)氧化氫的產(chǎn)率，從而提高羥基自由基的濃度。然而，調(diào)查結(jié)果進(jìn)一步表明，當(dāng)施加超過(guò)3.2 mA/cm2的電流密度時(shí)，COD的去除百分比也開(kāi)始下降，這意味著過(guò)氧化氫電化學(xué)反應(yīng)的速率下降。高電流密度是指施加較高的電壓時(shí)的電化學(xué)系統(tǒng)。因此，當(dāng)在陰極施加一個(gè)更高的電壓時(shí)式（3）中的副反應(yīng)容易發(fā)生。因此，在施加電流密度大于3.2 mA/cm2時(shí)更多的電力被浪費(fèi)。圖3 在50到250cm3/min不同的氧氣噴射速率的條件下，COD去除率百分比施加的電流密度：3.2mA/cm2；pH值：3；加入Fe2 +：2mM；溫度：20C。圖4 在各種的電流密度下COD去除百分比氧氣噴射速率：150cm3/min；pH值：3；Fe2 +：2mM；溫度：20C。圖5 在不同pH值的溶液中COD的去除率 電流密度：3.2mA/m2；氧氣噴射率：150cm3/min；Fe2 +：2mM；溫度：20C。3.4 溶液中PH值的影響 對(duì)于電芬頓氧化過(guò)程中，溶液的pH值，不僅是影響芬頓氧化效率的關(guān)鍵因素，也是對(duì)于H2O2電化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)主要參數(shù)。因此，重要的是研究在這個(gè)過(guò)程中pH值對(duì)COD去除百分比的影響。在傳統(tǒng)芬頓工藝中，在高pH值時(shí)鐵類物質(zhì)開(kāi)始沉淀成為鐵的氫氧化物。另一方面，在較低pH值的環(huán)境中，鐵類物質(zhì)與H2O2形成穩(wěn)定的復(fù)合物，影響了催化劑的活性。結(jié)果，氧化效率顯著降低。因此，芬頓反應(yīng)一般是在酸性溶液中進(jìn)行，pH值范圍從2到4。已發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)芬頓處理過(guò)程最佳的pH值約為3。在過(guò)氧化氫的產(chǎn)生方面，在理論上，低pH值是有利于產(chǎn)生過(guò)氧化氫，因?yàn)樵谒嵝匀芤褐腥芙庋蹀D(zhuǎn)化成過(guò)氧化氫消耗質(zhì)子，如式（2）。然而，低pH值也促進(jìn)析氫，如式（4），降低了用于產(chǎn)生過(guò)氧化氫的活性位點(diǎn)的數(shù)目。因此，在這項(xiàng)研究中，可能獲得最佳的溶液的pH值。該溶液的pH值對(duì)COD的去除百分比影響示于圖5。當(dāng)溶液的pH值從3提高到5，COD去除率百分比顯著下降。此外，當(dāng)溶液的pH值保持在2時(shí)，對(duì)COD的去除百分率是72.4，稍低于在pH= 3時(shí)的COD去除百分比，因?yàn)閮蓚€(gè)同時(shí)在陰極發(fā)生的副反應(yīng)（式（3）和（4）。除此之外，在pH值低于3，過(guò)氧化氫根據(jù)溶液中的氫離子將保持穩(wěn)定：因此，結(jié)合H2O2電化學(xué)和芬頓化學(xué)反應(yīng)，在最適pH為3，通過(guò)240分鐘處理廢水的條件下，COD去除率達(dá)到了75.2。這個(gè)結(jié)果與先前研究結(jié)果是一致的。圖6 在不同的Fe2 +濃度下COD去除率百分比施加電流密度：3.2mA/cm2；氧噴射速率：150cm3/min；pH值：3；溫度：20C。3.5 初始Fe2+濃度的影響 圖6表明外部添加Fe2 +的濃度對(duì)COD的去除百分比的影響。當(dāng)沒(méi)有Fe2 +的溶液中加入到該溶液中COD去除率百分比很低（19.8），說(shuō)明過(guò)氧化氫的氧化能力是不夠破壞大分子的，如實(shí)際印染廢水中的染料。而添加Fe2 +的實(shí)際廢水，并結(jié)合電化學(xué)過(guò)氧化氫根據(jù)芬頓反應(yīng)可產(chǎn)生羥基自由基。加入Fe2 +的濃度與羥基自由基的產(chǎn)生有關(guān)，根據(jù)式（1）。因此，為研究在電解開(kāi)始時(shí)添加不同的Fe2 +濃度對(duì)COD的去除百分比的影響進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。圖6顯示，F(xiàn)e2 +的存在顯著影響COD的去除率百分比。COD去除率百分比在外部添加Fe2 +的濃度為0.33mM時(shí)顯著增加，從19.8增加至43.1。顯然，COD去除率百分比一直在增加當(dāng)加入Fe2 +的濃度達(dá)到2mM前。比較對(duì)只含染料的廢水進(jìn)行的簡(jiǎn)單的處理結(jié)果，可得到，更高濃度的Fe2 +被添加到實(shí)際廢水中。這可能可以解釋在目前實(shí)際染色廢水降解過(guò)程中形成酸，醇的Fe2 +化合物和Fe2 +。與此相反，當(dāng)Fe2 +增加到超過(guò)2mM時(shí)，F(xiàn)e2 +濃度對(duì)COD去除率有消極的影響。一種可能的解釋是，當(dāng)Fe2 +的濃度很高的時(shí)候， Fe2 +對(duì)有用的羥基自由基進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致廢水COD去除率降低，根據(jù)式（8）：因此，過(guò)量的Fe2 +會(huì)消耗羥基自由基。結(jié)果顯示，在目前的研究中當(dāng)Fe2+濃度大于2mM時(shí)COD的去除百分比會(huì)下降。此外，在該陰極表面可能以Fe3+形式存在根據(jù)式（1）和（8），從而導(dǎo)致陰極表面上的有效產(chǎn)生過(guò)氧化氫的數(shù)目減少。因此，電化學(xué)反應(yīng)中的過(guò)氧化氫產(chǎn)生率和COD的去除百分比皆下降。3.6 溫度的影響為了研究溫度的影響，在電芬頓過(guò)程中，從20C至40C在5個(gè)溫度條件下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。圖7顯示在這項(xiàng)工作中溫度對(duì)COD去除百分比的影響。結(jié)果表明，溫度對(duì)COD的去除率有消極影響。溫度從20 C升高至40C，COD去除百分比從75.2 下降到68.1 ，用羥基自由基去除COD，將溫度提高將減少過(guò)氧化氫的電化學(xué)反應(yīng)率，這與一些過(guò)氧化氫的電化學(xué)率基本相關(guān)。溫度對(duì)COD的去除百分比的消極影響體現(xiàn)在溶解氧濃度較低且在更高的溫度下過(guò)氧化氫自行分解。即，溫度的升高，過(guò)氧化氫的濃度減少，因?yàn)闇囟壬呖山档蛷U水中氧的溶解度。此外，對(duì)于氧氣來(lái)說(shuō)，過(guò)氧化氫的自行分解效率隨溫度的變化而變化。溫度每上升10 C，分解率就變成較低溫度下的2.3倍。在這種情況下，一個(gè)較低的溫度有利于電化學(xué)中過(guò)氧化氫的積累，從而提高了COD的去除率。圖7 在不同溫度下COD的去除百分比施加的電流密度：3.2mA/cm2時(shí)；氧氣噴射率：150cm3/min；pH值：3；Fe2 +：2mM。4.結(jié)論本研究設(shè)計(jì)了一個(gè)以PAN基活性炭纖維布作為中空的圓柱形陰極來(lái)去除實(shí)際印染廢水中的COD。通過(guò)電致的羥基自由基及添加Fe2 +（電芬頓過(guò)程）結(jié)合過(guò)氧化氫去除廢水中的COD。COD去除率隨著氧氣噴射速率的比例增加而增加。結(jié)果表明，當(dāng)氧氣噴射速率超過(guò)150cm3/min時(shí)，由過(guò)氧化氫控制COD去除率百分比。最高的COD去除率在施加電流密度為3.2 mA/cm2時(shí)實(shí)現(xiàn)的。施加電流密度大于3.2 mA/cm2時(shí)COD的去除百分比下降是由于副反應(yīng)率增加。結(jié)果顯示，本研究是最佳溶液的pH值為3 ，并且增加溶液的pH會(huì)使COD去除率百分比迅速下降。隨著Fe2 +濃度增加的并高達(dá)2mM時(shí)，COD去除百分比也有所提高。溫度對(duì)COD去除百分比有輕微的負(fù)面影響。從20 C至40C，隨著溫度的升高，COD去除百分比從75.2 下降到68.1。參考文獻(xiàn)1 E. 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