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桉木化学热磨机械浆(CTMP)制浆废水浓度高、成分复杂和色度深,处理难度大。废水含有多种有机污染物,主要是木素降解产物、低分子聚糖降解产物以及抽提物等,其中一部分是毒性污染物。废水COD<,cr>浓度在15000mg·L<-1>和30000mg·L<-1>之间,BOD<,5>在3000mg·L<-1>和9000mg·L<-1>之间,BOD<,5>/COD<,cr>在0.15和0.33之间,可生化性一般。目前国内外普遍采用生化法处理,但是效果不太理想,处理后出水未能达标排放。废水处理技术制约着桉木CTMP技术的发展,是造纸工业必须解决的重要问题之一。
本论文首先模拟CTMP制浆生产过程,获取桉木CTMP制浆废水,分析了废水的水质特征、污染状况、可生化处理性及色度和胶体特性。制浆工艺条件对水质有较大的影响,不同的制浆设备和工艺条件,废水水质差异很大。且加药量越大,污染负荷越严重,有机物浓度越高,色度也越深。
接着对实验室获取的模拟桉木CTMP制浆废水,分别进行了微电解法和电催化氧化法的间歇处理实验,研究了有机污染物降解、去除及脱色效果的主要影响因素,通过多因素不同水平的比较实验,获取优化的处理工艺条件。通过红外光谱分析、紫外光谱分析和气相色谱-质谱联用技术对上述两种处理方法的脱色机理进行了初步探讨。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能谱(EDS)分析了电极的表面形貌和修饰物涂层的组成。
在微电解法和电催化氧化法处理实验和理论分析的研究基础上,并结合三维电极法,本论文提出了动态复合电化学法。采用动态复合电化学法处理桉木CTMP制浆废水,研究了有机污染物的降解去除效果以及脱色效果的主要因素。结果表明,在优化工艺条件下,动态复合电化学法处理桉木CTMP制浆废水效果良好,COD<,cr>去除率>60%,色度去除率>95%,并可显著提高废水的可生化性。与微电解法、混凝法和电催化氧化法比较,动态复合电化学法的处理效率更高,实验过程中酸碱的用量少、电耗低和操作成本低。
运用电化学扫描技术确立电化学反应过程动力学参数,建立有机污染物的降解及脱色动力学方程。再次通过红外光谱分析、紫外光谱分析和气相色谱.质谱联用技术,对动态复合电化学法降解去除有机污染物的机理进行了初步探讨。分析结果表明:动态复合电化学法反应受吸附和扩散两个过程控制,COD降解符合一级动力学速率方程,脱色符合二级动力学速率方程;废水处理过程中的直接电催化和电氧化还原,间接的电极产生的活性物质的氧化还原和絮凝吸附等作用,使芳香族化合物的结构和发色基团及其联接键发生断裂破坏。废水经动态复合电化学处理,芳香族类化合物的种类和含量减少,非芳香族类化合物的相对含量显著增加。这样将难生物降解的芳香族类化合物去除或降解为较容易生化降解的非芳香族类化合物,降低废水的毒性,并有效提高了废水的可生化性。
最后,在动态复合电化学法处理桉木CTMP制浆废水间歇实验的基础上,设计了动态复合电化学反应器和连续处理实验流程。目的是为桉木CTMP制浆造纸的应用发展做好铺垫,为CTMP制浆废水处理探索一条新途径,以促进制浆造纸清洁生产技术的发展。对实验流程进行了较长时间的废水连续处理实验,未发现反应器中粒子板结、堵塞、滞水等现象,出水质量稳定,COD<,cr>去除率>55%,脱色效果显著,脱色率>90%。反应材料可以反复使用,表明反应器的结构设计和填料选择是合理的。