论文部分内容阅读
硝基酚类污染物(Nitrophenols, NPs)种类多、难降解、毒性大,对环境危害极为严重,无论是工业水处理还是地下水修复都迫切需要寻求实用化处理方法。本论文以零价铁(ZVI)还原技术为核心,系统开展了单纯ZVI体系、铁铜双金属催化ZVI体系以及ZVI与强化混凝集成工艺降解NPs的理论和技术研究。优选被中国和美国等国家环保部门列为“优先控制污染物名单”中的4-硝基酚(4-NP)和2,4-二硝基酚(2,4-DNP)为目标特征污染物。构建ZVI还原反应体系,研究两种NPs的还原转化效能及作用过程机制。质量浓度、温度、转速等均能促进ZVI反应效能。pH值的影响明显,酸性条件下较有利,最优选的pH值为2.0。最优化条件下单纯ZVI体系对4-NP、2,4-DNP的降解率分别为：92.8%、58.7%。不同电解质影响ZVI降解效能的顺序依次为NaCl>Na2SO4>无电解质>Na3PO4>NaNO3。周期性酸洗对于活化提高已钝化ZVI的反应活性具有显著效果。HPLC、LC-MS分析结果证明了4-NP的降解路径为：其首先被还原为4-氨基酚,一部分4-氨基酚继续被氧化为对苯二酚以及对苯醌。设计制备出系列Fe/Cu双金属催化剂,通过SEM-EDS、XRD、XRF等多种手段对其进行表征,基于微观物化结构验证其制备成功。阴极金属Cu与阳极金属Fe组成电偶电对,使ZVI能以更快的速度释放电子到阴极金属表面,从而对NPs具有更高的还原速率。在阴极还原过程中,阴极表面吸附的H对污染物具有还原作用。影响Fe/Cu对NPs降解效率的主要因素有Cu的负载量、pH、温度等。在最优选的pH为2.0、温度为30℃环境条件下,在4-NP、2,4-DNP初始浓度为200mg/L,ZVI投加量为4.0g/L时,降解率分别高达98.8%和82.4%,与单纯ZVI体系相比分别提高了7.4%、40.4%。Fe/Cu双金属催化体系对4-NP、2,4-DNP废水TOC的最大去除率分别达到20.54%、16.38%,相对于单纯ZVI体系提高了3.7倍、4.2倍,矿化效应显著。Fe/Cu双金属材料9批次的稳定性研究结果证明了其具有优良的耐酸性以及可靠性。综合采用常规水质指标(TOC、COD)、特征污染物、生物毒性等评估并优化ZVI与混凝集成工艺。中和药剂对混凝效能影响大小依次为氢氧化钙>氢氧化钠>氨水。三种高分子混凝剂对NPs的强化混凝效果依次为PFS>PAFC>PAC。当PFS的投加量为200 mg/L时,ZVI工段后4-NP、2,4-DNP剩余污染物混凝去除率分别达到90.12%和85.37%。对比固定式、流化床、机械搅拌式等各类型ZVI技术装备,在此基础上自制ZVI全混搅拌式反应器进行4-NP废水处理中试实验,研究表明ZVI-混凝集成工艺对于4-NP及COD的去除率最高分别高达100%、50.8%。在优化处理条件下,处理出水BOD5/CODcr达到0.41,毒性单元(TU)由原水的5.2降低至1.6。因此,ZVI-混凝集成工艺可有效强化污染物控制,显著提高可生化性,大幅降低废水的综合毒性。