毕业论文开题报告 环境工程 紫外光处理含酚废水的初步研究
一、选题的背景、意义 酚类是重要的化工原料，广泛用于医药、农药、染料等石化工业。大部分食品添加剂生产的过程中，需要使用到大量的含酚原材料，因此在这些食品抗氧化剂生产的过程中排山的废水会含有较多的酚类化合物。酚类化合物属于芳烃类化合物，是美国国家环境保护总署(EPA)列出的129种优先控制的污染物之一[1]。含酚废水主要来源于焦化、煤气、炼油和以苯酚或酚醛为原料的化工、制药等生产过程，其来源广、数量多、危害大，在我国水污染控制中被列为重点解决的有害废水之一[2]。 酚类化合物是难降解原型质毒物，对一切生物个体都有毒害作用，据报道，酚的蒸汽会刺激呼吸系统和眼睛；接触到皮肤会造成皮肤软化和变白，进而引起疼痛的灼伤。酚若由口吞食会引起食道灼伤、腹痛、呕吐和胃肠损伤；若经皮肤迅速吸收会导致头痛、昏睡、呼吸困难和急促。酚的慢性中毒效应则会引起消化障碍、神经失常、皮肤出疹、肝和肾脏受损等症状；皮肤若长久与酚溶液接触，会引起皮肤炎[3]。另外含酚废水对给水水源、水生生物也产生严重影响：酚类化合物浓度大于0.1mg／L时，水中的鱼肉有酚味，不能食用；浓度大于lmg／L时，对鱼的生殖等项活动产生破坏作用；而当水中酚类化合物含量大于l0mg／L时鱼类等水生生物不能生存。另外，酚类化合物的毒性大大抑制水中微生物的生长速度。此外，含酚废水的任意排放可经水流冲刷及水体渗透进入农田，影响农作物的正常生长[4-5]。鉴于含酚废水对人们的正常生产和生活造成的严重影响和危害，大力开展含酚废水的污染防治已成为保护环境、维护自然生态平衡和造福人类的重要任务。含酚废水必须严格按照国家环保局制定的标准控制其排放，排放标准(GB7490．87)见表1.1[6] 高浓度的含酚废水通常采用生化法或化学法回收利用，它们是煤化工的一种高价值产品，对于低浓度的含酚废水，目前还未找到一种较理想的处理方法。常规的物理、化学和生物方法处理工业废水，难以满足净化处理技术和经济上的要求，因此，本文研究课题就是以低浓度含酚废水为研究对象，研究含酚废水预处理方法。
二、相关研究的最新成果及动态 目前，国内含酚废水的处理技术有物理法、化学法和生物法。其中物理法包括焚烧法、萃取法、蒸汽法、吸附法等；化学法有化学氧化法、紫外氧化法、光化学氧化法、化学沉淀法、离子交换法、液膜法等；生物法包括活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法等[7]。
1焚烧法 焚烧法主要用于高浓度有机废水的处理，其实质是对废水进行高温空气氧化，使有机物转化为无害的水、二氧化碳等小分子[8]。胡文伟[9]采用的焚烧法能实行自动控制，操作简单，主要针对像铸造黏合剂生产中排放的高浓度及高有机负荷的含酚废水，为避免焚烧尾气对环境造成二次污染及对设备产生腐蚀作用，一般要求废水中的有机物最好不含氟、氯、硫等。该方法适用于技术力量较弱的乡镇企业。高浓度的含酚废水经过焚烧处理后，不排放污水，焚烧尾气中的NOx苯酚、甲醛的排放浓度远低于GB16297--1996(大气污染排放标准》中的二级标准。
2 萃取法 萃取法主要是利用难溶于水的萃取剂与废水接触，使废水中的酚类化合物在总水相转移到溶剂相中，从而达到酚类物质与水分离的目的。萃取法主要是萃取剂和污染物分子络合，或是水中的污染物在载体的作用F透过很薄的膜层进入萃取内相而净化废水，在处理污染料废水方面有很好的效果，利用萃取法从废水巾分离提取污染物，对于水溶性好的染料，可先用电泳萃取法萃取染料，后用筚取方法进行溶剂再生；而对油溶性好的染料，则可先用萃取进行染料回收，再用电泳萃取方法进行溶剂再生[10]。萃取过程中可能存在着有机溶剂的溶解和夹带而流失到水相，造成二次污染。开发对污染物很好的选择性无毒性萃取剂是萃取法的关键所在。气提法足根据挥发件酚类化合物与水蒸汽形成共沸化合物，利用酚在两相中的浓度差将酚水分离，从而使水得以净化。高浓度的含酚废水用气提法处理，去除率在80％～85％。此种方法可回收酚，效率高，操作简单，假对不挥发性酚不能使用。
3 蒸汽法[7] 蒸汽脱酚法是较早的传统脱酚方法，操作简单，适用于处理含挥发酚为主的废水。此法的实质是酚与水蒸气形成共沸混合物，水中的酚转入蒸汽中而使废水得到净化，再用碱液洗涤含酚蒸汽以回收酚，脱酚率约80％左右。美国有的工厂用此法处理来自焦油提取、对异丙基苯酚生产等废水，曾获得97％的脱酚效率。此法不用有机溶剂，回收酚的质量好，处理水量较大，操作较简单。但其只能回收挥发酚，蒸汽用量大，脱酚塔塔体庞大，废水中剩余酚浓度较高。
4 吸附法 吸附法是一种简单、易行的处理废水的方法，应用于废水处理已有报道。目前广泛采用的固体吸附剂有活性炭、磺化煤、大孔树脂等[11,12]。此种方法的最大优点是设备简单、操作方便、净化效率高、吸附量大及吸附选择性高等，但只适用于低浓度含酚废水的处理。活性炭吸附虽然吸附量大，但再生困难，因而其使用逐渐不为人们看好。大孔树脂具有解吸容易、吸附率高及选择性高等特点，大孔树脂处理高浓度含酚废水已有成功的例子[2]。皱敏[13]选用油H-103大孔树脂改性的CHA-101大孔树脂，经预处理后，在pH=4-6，吸附流速5-7BV/h的最佳吸附条件下，处理苯硝化产生的含酚废水，结果表明，该吸附法与其他处理方法相比工艺流程短，操作简便，而且树脂可以反复使用。 5 化学氧化法 该法是在传统的湿式氧化法中加入催化剂，降低反应的活化能，从而使反应能在更加温和的条件下和更短的时间内完成。研究较多的氧化剂有Fenton试剂、H202及C1O2等。乔怡娜[14]等对C1O2用于含酚废水的处理进行了实验研究，确定了在实验中处理含酚废水的最佳反
应条件，并通过正交试验分析评价了反应时间、ClO2质量浓度、投入量、ClO2活化时间及废水pH值等因素对苯酚去除率的影响。
6 紫外氧化法 刘仁龙等人[15]研究的TiO2紫外光催化氧化法表明TiO2光催化氧化技术在彻底氧化水中有机污染物等方面有着突出的优点。特别是当水中有机污染物种类多， 浓度高或用其它技术方法很难降解时， 有着更明显的优势。利用TiO2 光催化氧化将水中有机物降解，对于净化水质、 保护环境等方面的作用是其他传统方法所不可比拟的。
7光化学氧化法 光化学氧化是近20年发展迅速的先进氧化技术，它的反应条件温和、氧化能力强、适川范围广，特别适用于难生物降解的有毒有机物的处理。已有许多光氧化法处理有机废水的研究报道，并开始应用到实际废水处理中[16]。
8 化学沉淀法[3] 化学沉淀法主要是将酚类物质形成溶解度更小的碳酸酯、磺酸酯或磷酸酯等除去。此法中也包括酚醛缩合法，即在适当的酸碱性条件下，调整酚醛摩尔比，将废水中的酚缩聚成低分子热塑性或热固性树脂。此法一般适合于处理高浓度的含酚废水。
9 离子交换法[3] 由于苯酚是酸性化合物，因此可以用离子交换技术将其从废水中除去，一般含量为100～600mg/L的含酚废水均可经济地用阴离子交换树脂进行回收，并同时达到净化水质的目的。离子交换树脂除酚的效果与离子交换树脂的形式、所含的官能团、树脂吸附的稳定性及pH值等均有关系。 10 液膜法[4] 栾金义等人采用液膜法对含硝基酚的废水进行了实验，结果表明，当总酚浓度为1050mg／L、COD为1601mg／L的废水，经一级液膜法处理后，出水硝基酚的浓度小于1mg／L，去除率高达99.9％，COD的去除率达94.4％；硝基酚浓度为6700mg／L的废水，经一级液膜法处理后，出水总酚的浓度平均小于2.2mg／L，去除率达99.97％。液膜法对含硝基酚的废水具有较好的处理效果，具有良好的发展前景。
11 活性污泥法 吴罡等[17]研究了用SBR工艺处理含酚废水实验结果表明：在相同的进水浓度时，采用延时的SBR进水浓度可达1400mg／L左右，此时出水的COD在100mg／L上下波动，而采用瞬时的SBR当进水浓度达到1250mg／L以上，出水水质即开始恶化，可见，采用延时进水方式对进水浓度的提高是比较显著的。实验中发现最佳的操作条件是采用延时为4h的进水方式，总曝气时间设定为18h，沉淀2h，闲置及排泥4h，排放比为I／2的运行方式。考虑到工程实际情况的变化，进水浓度控制在l00mg／L左右为宜，这样可以达到稳定的出水效果。好氧生物处理的反应速度快，所需的反应时间短，处理构筑物容积较小处理过程中散发的臭气较少。目前对中、低浓度的有机废水，或者说BOD5浓度<500mg／L的有机废水，基本上采用好氧生物处理法。
12 生物滤池法[7]
对负荷变动的适应性强，操作管理简单。近年来出现了塑料滤料滤池、塔式生物滤池、生物转盘等，克服了普通滤池占地面积大、处理效率低的缺点，已成功地应用于焦化厂、煤气厂、化学纤维厂的含酚废水处理。
13 接触氧化法 孙翔等[18]以苯酚模拟废水为研究对象，采用苯酚驯化后的优势菌群，利用竹炭作为载体，用竹炭固定化微生物处理含酚废水。结果表明，在苯酚浓度为40 mg／L、投菌量为100 mE／(10 g竹炭)、竹炭量为10 g／(100 m L)的条件下，经5 h处理后，苯酚和COD的去除率分别为95％和70％。该法成本低廉，污泥产生量少，出水干净，对环境变化的适应性较强，与竹炭吸附法相比，竹炭挂膜法有更好的处理效果和更大的处理量。
三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标
3.1 研究内容及目标 溶解于水中的有机物质在紫外光的照射下，不断产生自由基，过程如下：RH→H•+R• 光化学反应一般通过羟基自由基来对有机物进行降解。羟基自由基具有很高的氧化电极电位，是一种很强的氧化剂。在紫外光辐射下水分子失去电子经一系列反应生成羟基自由基，与溶液中的有机物反应达到去除有机物的目的。 此外苯酚本身的光解为 ：C6H5O-+hv→C6H5O·+e-qa。除这些自由基以外，水分子在紫外光的照射下，也能够产生自由基，过程如下：H2O→H•+O•。这就使得水中的有机物质不断地被氧化，最终生成CO2、CH4、H2O等。因此，光降解是自然水体中有机物的自净途径之一。也是紫外光降解水中含酚物质的理论依据。 3.2 实验内容 ⑴ 初始浓度的影响 取浓度为分别为100，200，250，300，350，400mg/L的苯酚溶液（同时做2个平行样），放入紫外光发射反应器(型号zjjy-gjsy-01)，各反应1小时，测其反应前后的吸光度，记录数据。
⑵ 反应时间的影响 取200mL浓度为100mg/L的苯酚溶液(同时做2个平行样)，放入紫外光发射反应器(型号zjjy-gjsy-01)，进行反应，然后分别在15、30、45，60、75、90分钟时取出溶液，测其吸光度记录数据。
