紫外催化氧化处理高浓度难降解化学镀废液研究

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表面处理是现代工业发展的一个基础行业,而化学镀是表面处理的一个基础工艺,在航空航天、石油化工、电子、机械、纺织等领域得到广泛应用。然而,周期性报废的化学镀槽液通常具有污染物浓度高、成分复杂以及处理难度大等特点,排放到环境中对人们的生活环境危害极大,所以它的无害化处理一直是环保领域的研究热点和难点。紫外光具有应用过程清洁绿色、不会引入二次污染、不影响水质等特点。本文将高强短波紫外引入催化氧化工艺中,以清洁的H2O2为氧化剂,并利用废液自身含有的重金属作为催化剂来氧化废液中的有机污染物,实现以废治废的目的,或者对于有回收价值的污染物实现回收利用,变废为宝。论文深入研究了各实验条件对催化氧化效果的影响,并对紫外催化氧化工艺氧化降解高浓度污染物的作用机理进行了探讨。在比较低压、中压、高压以及高强短波紫外光源的光电特性的基础上,对不同紫外光源参与的紫外催化氧化工艺处理苯酚模拟废液的降解效果进行了对比,分析了各紫外灯应用于高浓度废液处理的优缺点,最终确定了新开发的含185nm真空波段的球形高强紫外灯为适合应用于紫外催化氧化工艺的紫外光源。从利用废水自身所含重金属离子作为催化剂来氧化有机污染物的角度考虑,在高强短波紫外参与下,得出了六种常见重金属催化性能由强到弱的顺序为Fe2+> Cu2+> Ni2+> Mn2+> Co2+> Pb2+,其中,认为Fe2+,Cu2+,Ni2+,Mn2+四种过渡金属应用于实际工业生产的可能性最大。化学镀镍是最为典型的一种化学镀工艺,其废液中不仅含有高浓度镍离子和有机污染物,而且含有高浓度的次磷酸盐和亚磷酸盐。首先研究了高强短波紫外与H2O2联合工艺氧化次磷酸盐和亚磷酸盐的效能。结果显示,单独紫外光或H2O2即使处理90min,对次磷酸根和亚磷酸根的氧化效果也很微小,而UV/H2O2工艺可以在30min内将其完全氧化,分析主要反应机理是紫外光解H2O2产生强化性的羟基自由基(·OH)对次磷酸根和亚磷酸根的氧化。在研究处理模拟配水的基础上,考察了UV/H2O2工艺对含有2.50mmol/L次磷、6.23mmol/L亚磷以及580mg/L COD的实际化学镀镍清洗废水的处理效能,在实验参数为H2O2投加量为总磷摩尔浓度的7倍,并采用连续投加方式,pH值采用原始值5.5的条件下,处理20min和60min分别实现了次磷酸根和亚磷酸根的完全氧化,总共经过90min的处理,废水中90%的COD也可被氧化去除。化学镀镍废槽液比清洗废水中的污染物浓度要高出几十倍,UV/H2O2对其的处理效果已经很有限。为了在处理污染物的同时实现其中磷资源的回收,本文采用紫外芬顿法处理化学镀镍废液,结果显示,其不仅对化学镀镍废液表现出很好的处理效果,而且处理过程中回收了金属镍和高纯度的纳米级磷酸铁。后续开展的中试实验结果表明,不仅中试装置运行非常稳定,而且折减去运行成本后,处理每吨废液产生的利润将近1000元,可取得很好的环境效益和经济效益,具有实际应用价值。利用化学镀铜废液中含有的铜离子作为催化剂,在只加入H2O2的情况下,通过高强短波紫外来催化氧化其中的有机污染物。首先用EDTA配水模拟化学镀铜废液中的典型有机污染物,研究紫外促进铜催化氧化高浓度EDTA的特性,对照实验中发现,Cu2+/H2O2、UV/H2O2以及UV/Cu2+/H2O2三种工艺经过180min的处理,对COD的去除效率分别为10%、44.6%和76.5%,UV/Cu2+/H2O2工艺对EDTA具有最好的氧化效果。然后利用化学镀铜废液自身含有的高浓度铜作为催化剂,采用紫外催化氧化工艺处理实际的化学镀铜废液,结果显示,无需再额外加入铜催化剂,处理180min COD去除率可达到82.4%,验证了预想的自催化氧化方案的可行性。本文以化学镀镍废液和化学镀铜废液为例,研究了高强短波紫外参与的紫外催化氧化工艺对化学镀废液的处理效果和作用机理。化学镀镍废液处理过程中,以次磷酸盐和亚磷酸盐催化氧化反应为核心阐明了聚合沉淀机制,实现了高浓度磷的资源化利用。化学镀铜废液处理过程中,提出了以自身所含重金属铜为催化剂进行自催化反应实现废液无害化的新工艺。最后在总结实验结果的基础上,分析了紫外光在紫外催化氧化体系中与有机物、催化剂、氧化剂之间的作用,提出了紫外催化氧化过程中的自由基链式反应机制。这些基础研究将为实际化学镀废液的处理提供理论和实践指导。
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