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本文在2L高压间歇反应釜中,系统地研究了乳化液等高浓度难降解有机废水的湿
式氧化(WAO)效果、影响因素、动力学特征;针对乳化液废水,研究了均相催化湿
式氧化,研制了新型非均相催化剂;并深入研究了典型非离子表面活性剂湿式氧化特
性,分析了主要中间产物、限速步骤、反应机理;在对WAO出水SBR研究的基础上,
提出了WAO-SBR工艺。
分散兰废水湿式氧化试验表明:进水COD46710mg/L在255℃反应2hr去除率72.1%,
BOD5/COD显著上升,且前期具有自由基反应特征,后期接近表观一级反应,通用动力
学模型能较好地拟合实验结果。
对乳化液废水湿式氧化首次系统研究表明:温度、氧分压、进水浓度等操作条件
对氧化效果有不同程度影响,其中温度是关键影响因素,进水COD48000mg/L在220℃、
1.25倍理论供氧量下反应2hr去除率达86.4%;通用动力学模型适于解释供氧充分的WAO
过程,并建立了经验模型:-dCOD/dt=0.09463 exp(-45.928×103/RT)[COD]2.015[PO2]0.3118。
乳化液废水均相催化试验发现:单一金属盐催化活性:Cu(NO3)2>MnSO4>CoCl2,
混合盐催化活性:Cu2++Mn2+≈Mn2++Co2+>(Cu2+)>Cu2++Co2+;铜盐在200℃活性最高,在进
水COD 48400mg/L,反应2hr去除率86.6%。常温芬顿氧化可达90%COD去除率,但药剂
耗量较高。
优化制备了良好活性新型Cu/γAl2O3催化剂,用于乳化液废水,200℃时2hrCODCr
去除率88.4%,比非催化提高13.0%;用于分散兰废水,220℃反应1.5hrCOD去除率68.8%,
比非催化提高18.7%;XRD、TG/DSC和BET表面积分析发现Cu/γAl2O3主要活性组分为
CuO,平均孔径81.6A,BET表面积150.1m2/g,证实了BET表面积大和小孔相对发达是
活性和稳定性高的主要原因。
首次对非离子表面活性剂湿式氧化的系统研究发现:脂肪酸是主要中间产物,乙
酸是脂肪酸氧化的关键限速步骤;表面活性剂分解氧化和脂肪酸氧化是整个湿式氧化
的限速步骤,低温时前者限速相对显著,高温时反之;醇醚、三乙醇胺均比聚醚、酚
醚易氧化;湿式氧化对乳化液废水有广泛的适用性。
对乳化液废水,催化剂在低温时促进了有机酸产生,高温时更有效促进其氧化,
还显著降低残留表面活性剂浓度。确证了脂肪酸(特别是乙酸)是一般有机物氧化的主要
中间产物和限速步骤。
乳化液废水相当于0.120mg/L氯化汞毒性,湿式氧化后BOD5/COD显著上升,在220
℃生物毒性降低18.3%;SBR对WAO出水有良好处理效果,进水COD 1500-3000mg/L,
去除率94.6-96.1%,进水COD 2000mg/L时出水平均96.0mg/L。
针对乳化液废水首次提出的WAO-SBR新工艺比常规工艺有明显优势,因此极具
开发前景。
关键词:湿式氧化、催化剂、高浓度难降有机废水、乳化液废水、分散兰废水、
非离子表面活性剂、动力学、SBR