【摘 要】
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含聚乙烯醇(PVA)的退浆废水是印染退浆工序产生的成分复杂、高COD、难生物降解的废水,对后续生物处理和受纳水体会产生较大的不利影响;其中,PVA是一种难生物降解的高分子聚合物,因此需寻求有效处理退浆废水和降解PVA的方法。近年来过硫酸盐(PS)高级氧化由于较高的氧化还原电位受到广泛研究,而随着印染行业迅猛发展,污泥产量与日俱增,制备污泥生物炭用于高级氧化催化成为污泥资源化的有效途径。本文以印染生
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含聚乙烯醇(PVA)的退浆废水是印染退浆工序产生的成分复杂、高COD、难生物降解的废水,对后续生物处理和受纳水体会产生较大的不利影响;其中,PVA是一种难生物降解的高分子聚合物,因此需寻求有效处理退浆废水和降解PVA的方法。近年来过硫酸盐(PS)高级氧化由于较高的氧化还原电位受到广泛研究,而随着印染行业迅猛发展,污泥产量与日俱增,制备污泥生物炭用于高级氧化催化成为污泥资源化的有效途径。本文以印染生化剩余污泥为载体,通过活化和浸渍煅烧制备负载型印染污泥生物炭(MSDBC),用于催化过一硫酸盐(PMS)降解模拟PVA溶液,优化制备条件并探究动力学和反应机理。并以混凝+MSDBC/PMS体系处理实际退浆废水,探索实际应用的可能性。(1)首先制备活化改性生物炭。实验确定最佳活化剂为Na OH,最佳活化温度为450℃,最佳活化时间为2 h,最佳活化剂浓度为2 mol/L。生物炭反应2 h对PVA的吸附和降解率为17.8%和63%,在最佳活化改性生物炭的基础上浸渍负载锰铜双金属,单因素实验确定最佳条件为:煅烧温度为450℃,煅烧时间为2 h,金属负载量为5 mmol/g,锰铜浸渍负载比例为2:1。一定反应条件下,2 h PVA的降解率达96.5%。正交实验分析得到实际影响度排序为煅烧时间>金属浸渍量>煅烧时间>锰铜比例,且所得最佳制备条件与单因素实验结果一致。所得生物炭成功负载活性组分Fe3O4、Cu O和Mn O2,且表面含有丰富的官能团,具备较好的孔隙结构和磁性。(2)单因素实验确定最佳反应条件:PMS投加量为6 mmol/L,MSDBC投加量为5 g/L,废水初始p H为7,2 h降解PVA的降解率达96.5%。反应过程符合准二级反应动力学。正交实验分析得到最佳反应条件为MSDBC投加量为5 g/L,PMS投加量为7mmol/L,p H为8;该条件下2 h降解率优于单因素实验最佳条件下的降解率,达98.7%,且具备较好的重复使用性和较低的金属浸出量,具有应用潜力。(3)机理分析证明,SO4-·、·OH、O2-·和~1O2为MSDBC/PMS体系在最佳反应条件下的活性物种,其中~1O2和·OH起主要作用;MSDBC/PMS催化氧化后PVA溶液中分子量降低,产生了易降解的小分子醛酮酸等有机物。降解机理推测为Fe3O4、Mn O2、Cu O通过价态转化催化产生SO4-·、·OH并同时产生SO5-·、·OH,然后SO4-·、·OH经过反应产生O2-·,且SO5-·和PMS在碳材料表面基团和Cu O的催化下产生~1O2,进而攻击PVA长链,产生小分子有机物,并最终完全降解。(4)混凝剂筛选和投加量实验结果表明,聚合氯化铝(PAC)最佳投加量为1450mg/L,对退浆废水的COD和PVA去除率分别为36.3%和14.4%,沉淀效果良好。以MSDBC/PMS体系处理混凝预处理出水,在MSDBC投加量为22.5 g/L,PMS投加量为30 mmol/L,反应时间为2.5 h的条件下,PVA和COD去除率分别达到98.6%和38.1%,可生化性也得到提升;四次重复使用后仍保持85.4%和29.7%的PVA和COD的降解率,具备一定的应用前景。通过引入印染综合废水出水,保证降解效果和不增大污水总量的同时,降低了药剂投加量,为混凝+非均相PMS体系处理退浆废水的工程应用提供了思路。
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