微泡气浮与废液循环强化Fenton氧化试验及机理研究

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化工产业在我国国民经济中占有重要地位。化工生产过程中会产生大量成分复杂、难降解工艺废水,对其进行经济有效处理是化工行业亟需解决的问题。气浮法具有分离效率高、停留时间短、运行成本低等特点,能有效去除废水中悬浮物、油类物质及其它污染物。Fenton氧化法具有氧化性强,适合于高浓度难降解有机废水氧化降解。本文在结合微泡气浮技术与Fenton氧化技术的特点,提出采用基于微泡气浮的循环流态化氧化技术,研制基于微泡气浮循环流态化氧化装置,并采用该装置处理香料生产工艺废水。采用常规Fenton氧化法处理香料生产工艺废水,在初始pH=3.0、H2O2(30%)投加量为36 mL/L、[Fe2+]/[H2O2]质量比为0.12、反应时间为40 min的条件下,COD去除率为50.21%。采用Fenton氧化-微泡气浮联合工艺处理,在进水压力0.06 MPa、进气速率90 mL/min,H2O2(30%)投加量为36 mL/L、[Fe2+]/[H2O2]质量比为0.12、反应时间为40 min条件下,COD去除率达63.41%,COD去除率提高13.2个百分点。微泡气浮强化处理试验结果表明,采用单一射流引气法制造微泡,微泡平均直径在154.40373.60μm之间,微泡平均直径较大。利用该方法制造微泡进行气浮强化处理香料生产工艺废水,COD去除率在50.08%69.81%之间,且随着微泡平均值逐渐减小,COD去除率逐渐升高。当微泡平均直径为154.40μm时,废水COD去除率达高达69.81%;采用单一溶气析出法制造微泡,微泡平均直径在73.4294.38μm之间,微泡平均直径较小。采用该方法制造微泡进行气浮强化处理香料生产工艺废水,COD去除在68.21%76.4%之间,COD去除效果较高,且随着微泡平均直径逐渐减小,COD去除率逐渐升高。当微泡平均直径为94.38μm时,废水COD去除率达最大为76.4%;采用射流引气与溶气析出耦合法制造微泡,微泡平均直径在100.13109.40μm之间。采用该法制造微泡进行气浮强化处理香料生产工艺废水,COD去除率在79.3%以上。当微泡平均直径为101.08μm时,废水COD去除率高达82.01%,对应的射流压力P1=0.03 MPa、溶气压力P2=0.01 MPa。建立了D10(微泡平均直径)与P1(射流压力)、P2(溶气压力)之间微泡尺寸调控的数学模型。无废液循环时,废水COD去除率为12.7%。采用废液循环方式,废水COD去除率会大幅度提高,且随着循环处理时间延长,废水COD去除率逐渐增大。循环处理时间由10 min增大到40 min时,废水COD去除率从48.7%提高到82.01%,提高了33.31个百分点。采用粒子成像测速(PIV)对装置内部反应区、分离区的流场进行了测试。测试结果表明,在装置反应区附近,流场具有较强的湍流强度,有利于药剂的分散与混合。在距离反应器底部高z=75 mm处,流体的轴向速度较大且方向向下,此过程向下流体与底板会产生强烈的撞击,流体会发生逆流碰撞及剪切作用,同样促进了药剂的分散和混合。在反应装置的分离区附近,该区域附近的流体速度较为均匀、稳定,有利于微泡携带的污染物从废水分离。
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