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随着我国经济的迅猛发展和人民生活水平的提高,如何解决日益严峻的环境问题越来越成为全社会关注的焦点。有机废水污染是水环境日益恶化的重要原因之一,其中含酚废水是一类比较典型,且排放量和危害都较大的有机废水。化学氧化法预处理后接生物处理是一种经济高效的酚类废水处理方法。目前,臭氧高级氧化技术(如O3/H2O2工艺、均相催化臭氧化等)因其高氧化能力、无二次污染等优点被应用于水处理领域,但该类方法普遍存在臭氧在水中的溶解性差,利用效率低等缺陷。本文引入超重力技术对臭氧高级氧化工艺进行强化,将其与O3/H2O2、 O3/Fe(Ⅱ)、O3/H2O2/Fe(Ⅱ)(O3/Fenton)三种高级氧化工艺结合,考察了超重力环境下操作条件对苯酚降解的影响规律,通过响应面实验设计方法对操作条件进行优化,比较了不同高级氧化工艺下羟基自由基相对浓度及苯酚的降解机理,为酚类废水的快速处理提供新的处理工艺,主要研究内容及成果总结如下：(1)在使用旋转填充床作为反应器,以O3/Fe(Ⅱ)体系处理苯酚废水的单因素研究中发现,当超重力环境从2g(g为地球重力加速度)增加至175g时,O3和O3/Fe(Ⅱ)体系的传质系数提高了约1倍,苯酚降解率提高了约0.7倍。在酸性条件下,在O3体系中添加少量亚铁(0.4mM)即可提高苯酚降解率约10%。利用响应面法对操作条件进行进一步优化时发现,在亚铁浓度为0.58mM、臭氧浓度为60mg/L、液体流量为10L/h、旋转填充床转速为1500rpm时,03/Fe(Ⅱ)体系的苯酚降解率达70%；在亚铁浓度为0.5mM、臭氧浓度为30mg/L、液体流量为30L/h、旋转填充床转速为1500rpm时,03/Fe(Ⅱ)体系的臭氧利用率可达0.096mol/mol (phenol/O3)。苯酚溶液经过03/Fe(Ⅱ)体系处理之后可生化性指标(五日生物需氧量与化学需氧量之比,BOD5/COD)从处理前的0.2增加至0.56,大大高于生化处理所需的0.3。(2)通过对旋转填充床强化03/H202体系降解苯酚废水的反应动力学研究发现,当超重力环境从8g增加至200g时,苯酚和COD降解的表观反应速率常数分别增加了1倍和0.6倍。研究表明,适宜的操作条件为：过氧化氢浓度为1.3mM、初始pH值为9、臭氧浓度为55mg/L、反应温度为25℃、转速为1000rpm,此时苯酚和COD降解率分别可达96%和75%。(3)通过对超重力强化O3/Fenton (O3/Fe(II)/H2O2)体系处理苯酚废水的研究发现,苯酚降解率在O3/Fenton体系比03体系要高出大约20%,并且在过氧化氢浓度为1.4mM时达98%。当超重力环境从8g增加至200g时,03体系和O3/Fenton体系的苯酚降解率分别提高了0.6和0.3倍。在亚铁浓度为0.17mM、臭氧浓度为50mg/L、过氧化氢浓度为1.1mM、pH为6、旋转填充床转速为1000rpm时,O3/Fenton体系的苯酚降解率达98.6%, BOD5/COD值由0.2增加至0.58。(4)通过比较O3、O3/Fe(Ⅱ)、O3/H2O2以及O3/Fenton四种氧化体系的羟基自由基浓度与臭氧浓度之比(羟基自由基相对浓度)发现,催化剂的加入可提高羟基自由基相对浓度,氧化性催化剂H2O2的加入能同时提高羟基自由基相对浓度及自由基总存在量∫[·OH]dt;还原性催化剂Fe(Ⅱ)的加入能提高羟基自由基相对浓度,但同时会消耗氧化剂并降低自由基总存在量∫[·OH]dt。O3/Fenton体系的羟基自由基相对浓度是O3体系的近80倍,其∫[·OH]dt提升约3倍。在臭氧浓度相同时,添加催化剂使之转变为高级氧化体系能显著提高氧化速率和降低选择性,对于羟基自由基浓度也有明显提升,高级氧化工艺的应用可提高水处理过程效率、减小水处理设施的体积。(5)在pH=2时,在O3体系中添加Fe(Ⅱ)使部分苯酚降解中间产物苯醌被还原成对苯二酚,从而使对苯二酚在中间产物中所占比例上升；同时由于Fe(Ⅱ)加入使体系苯氧自由基等活跃的自由基增多,使O3/Fe(Ⅱ)体系中产生少量邻苯二甲酸二甲酯和一些聚合物。当pH在7左右时,与酸性条件下相比,O3体系中苯酚降解中间产物,中间产物浓度有明显下降,O3体系中只检测到残留的苯酚和少量的1,2-苯二酚、邻苯二甲酸二甲酯和乙酸苯酯；O3/Fenton体系中除了少量残留苯酚外几乎没有检测到中间产物,这表明苯酚在O3/Fenton体系降解相对更为彻底,产物大多为小分子有机酸等,这也解释了苯酚溶液经O3/Fenton体系处理后BOD5/COD值相对于O3体系有大幅提升的现象。