哈爾濱商業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

1、<p>　　哈爾濱商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　超聲波處理羅丹明染料廢水</p><p><b>　　的實(shí)驗(yàn)研究</b></p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 　　 </p>

2、<p>　　專 業(yè) 環(huán)境工程 </p><p>　　學(xué) 院 食品工程 </p><p>　　2008年06月10日</p><p>　　Graduation Project (Thesis)</p><p>　　Harbin University of Commer

3、ce</p><p>　　Experimental Study on Degradation of Rhodamn Wastwater by Ultrasonic Wave</p><p>　　2008-06-10</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審閱評語</p><p>

4、;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）審閱評語</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯評語及成績</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　以羅丹明配制水為研究對象,考察了初始濃度、pH值、超聲波功率和作用時間四因素對化學(xué)耗氧量(COD) 去除率的影響.并用正交表L9(43) 安排實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:隨著pH值的增大,COD去除率先減少

5、后增大,在pH=1.8附近的COD去除率最高，最佳反應(yīng)時間為50min，功率越大越利于有機(jī)物的降解，初始濃度越低,COD的去除率越高。同時考察了超聲/新生態(tài)MnO2,超聲/ Fenton試劑協(xié)同作用處理染料廢水的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：超聲波與MnO2或Fenton試劑聯(lián)用可以大大提高有機(jī)物的降解效率，而且溶液pH值對降解率影響顯著,低pH值有利于降解,功率越大越利于有機(jī)物的降解，初始濃度越低,COD的去除率也越高。</p>

6、<p>　　關(guān)鍵詞：超聲波　 羅丹明　　正交實(shí)驗(yàn) 水合二氧化錳</p><p>　　Experimental Study on Degradation of Rhodamn Wastwater by Ultrasonic Wave</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the pape

7、r ,the effects of the pH、ultrasonic power 、irradiation time 、original COD concent rations on the degradation of Rhodamin were studied.And arrange experiment with orthogonal table of L9(43).The results showed that the rem

8、oval rate of COD decrease at first , then increased with the increasing of pH , and the removal rate of COD reached the highest at pH 1.8;the optimal irradiation time was 50 min and the original concent rations were lowe

9、r ,the removal rate of COD was higher . At the sa</p><p>　　Key Words: Ultrasonic wave, Rhodamin , Orthogonal experiment, Hydration MnO2</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><

10、;b>　　摘　要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p>　　1 緒 論5</p><p><b>　　1.1序 言5</b></p><p>　　1.2近代我國染料廢水概況5</p><p>　　1.2.1我國染料工業(yè)現(xiàn)狀5</

11、p><p>　　1.2.2染料工業(yè)廢水分類及特點(diǎn)6</p><p>　　1.3染料廢水處理技術(shù)147</p><p>　　1.3.1物理化學(xué)法7</p><p>　　1.3.2化學(xué)法7</p><p>　　1.3.3生化法9</p><p>　　1.3.4其他方法9</p>

12、<p>　　1.4超聲波技術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用9</p><p>　　1.4.1超聲波處理廢水基本原理1210</p><p>　　1.4.2影響超聲波降解反應(yīng)速率的因素12</p><p>　　1.5 研究的目的及內(nèi)容13</p><p>　　1.5.1 超聲波在染料廢水處理中的應(yīng)用概況13</p>&l

13、t;p>　　1.5.2 立題的意義及主要研究內(nèi)容14</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法14</p><p>　　2.1 主要試驗(yàn)試劑和儀器14</p><p>　　2.2實(shí)驗(yàn)方法15</p><p>　　2.2.1羅丹明染料廢水配制15</p><p>　　2.2.2重鉻酸鉀法測

14、COD16</p><p>　　2.2.3水合二氧化錳的制備416</p><p>　　3 結(jié)果與討論17</p><p>　　3.1超聲波單獨(dú)作用試驗(yàn)17</p><p>　　3.1.1處理廢水的初始濃度對COD去除率的影響17</p><p>　　3.1.2反應(yīng)體系pH值對COD去除率的影響18&l

15、t;/p><p>　　3.1.3超聲強(qiáng)度對COD去除率的影響18</p><p>　　3.1.4反應(yīng)時間對COD去除率的影響19</p><p>　　3.1.5設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超聲降解羅丹明染料廢水的最佳工藝參數(shù)20</p><p>　　3.2 超聲波和MnO2協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)22</p><p>　　3.2.1處理

16、廢水的初始濃度對降解效果的影響22</p><p>　　3.2.2反應(yīng)體系pH值對降解效果的影響23</p><p>　　3.2.3超聲強(qiáng)度對降解效果的影響24</p><p>　　3.2.4設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水的最佳工藝參數(shù)26</p><p><b>　　結(jié) 論28</b&

17、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致　謝31</b></p><p><b>　　附　錄32</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>&

18、lt;b>　　1.1序 言</b></p><p>　　紡織印染工業(yè)作為中國具有優(yōu)勢的傳統(tǒng)支柱行業(yè)之一，20世紀(jì)90年代以來獲得迅猛發(fā)展，其用水量和排水量也大幅度增長。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國日排放印染廢水量為3000～4000kt，是各行業(yè)中的排污大戶之一。加強(qiáng)印染廢水的處理可以緩解我國水資源嚴(yán)重匱乏的問題，對保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡起著極其重要的作用。紡織染料工業(yè)近年來快速發(fā)展，目前我國各種染料產(chǎn)量

19、已達(dá)90萬t，染料廢水已成為環(huán)境重點(diǎn)污染源之一。染料行業(yè)品種繁多，工藝復(fù)雜。其廢水中含有大量的有機(jī)物和鹽份，具有CODCr高，色澤深，酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，一直是廢水處理中的難題。在紡織工業(yè)中,會產(chǎn)生各種廢水,其中以印染廢水污染較為嚴(yán)重,其排放量約占工業(yè)廢水總排放量的十分之一 。這些廢水主要來源于印染加工中的漂煉、染色、印花、整理等工序,而且各工序產(chǎn)生成份各異的污水,使得印染廢水成份復(fù)雜、色度高,有毒物質(zhì)多而嚴(yán)重污染環(huán)境,因此印染廢水的綜合治

20、理已成為一個迫切需要解決的問題。印染廢水屬于含有一定量有毒物質(zhì)的有機(jī)廢水,含有殘余染料、染色助劑、酸堿、以及一些重金屬,其中殘余染料及助劑構(gòu)成了廢水中有機(jī)污染物的主要成份,并使廢水帶有特殊的顏色。因此,如何使印染廢水脫</p><p>　　1.2近代我國染料廢水概況</p><p>　　1.2.1我國染料工業(yè)現(xiàn)狀</p><p>　　染料工業(yè)是傳統(tǒng)的精細(xì)化學(xué)工業(yè),

21、產(chǎn)品主要用于紡織印染行業(yè)。進(jìn)入20世紀(jì)90 年代以來, 隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展, 染料工業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。據(jù)原化工部統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)分析, “八五”期間染料產(chǎn)量以年均5%的速度增長, 到1995年染料產(chǎn)量已達(dá)到24萬t; “九五”期間染料年產(chǎn)量一直維持在20萬～25萬t, 已超過世界染料總產(chǎn)量的1/4, 成為世界上最大的染料生產(chǎn)國。1997年的染料產(chǎn)量首次突破25萬t, 創(chuàng)造了歷史最高記錄; 1998 年的染料產(chǎn)量為23.8萬t, 同

22、比減少了7%, 其中分散染料達(dá)到12.6萬t, 超過染料總產(chǎn)量的1/2, 同比增長80.3%; 硫化染料的產(chǎn)量為6.36萬t, 同比增長2.8%。隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們環(huán)境意識的提高，我國加大了對印染污水的治理。根據(jù)«紡織染整工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)»，除Ⅲ類污水排放指標(biāo)變化不大外，國家增加了I類和Ⅱ類污水印染廢BOD、COD、色度、懸浮物、氨氮、苯胺類、二氧化氯等指標(biāo)的排放限定。而印染廢水水質(zhì)一般平均為COD80

23、0-2000mg/L，色度200-800倍，pH值10-13，BOD/COD為0.25-0.4，因此印染廢水</p><p>　?。?2.2染料工業(yè)廢水分類及特點(diǎn)</p><p>　　( 1) 染料廢水分為以下幾類: ①含鹽有機(jī)物有色廢水。其中無機(jī)鹽濃度在15%～25%, 主要是氯化鈉, 少量硫酸鈉、氯化鉀及其他金屬鹽類, 氯化或?yàn)I化廢水; ②含有微酸微堿的有機(jī)廢水; ③含有銅、鉛、錳、汞

24、等金屬離子的有色廢水; ④含硫的有機(jī)物廢水。</p><p>　　( 2) 染料廢水的特點(diǎn): ①COD濃度高。染料生產(chǎn)基本原料是苯類、萘類、蒽醌系及苯胺、硝基苯、酚類等, 流失的染料使得水中COD 濃度高, 有的染料廠排出的廢水COD高達(dá)幾十萬mg/L, 且可生化性差; ②色度大。染料廢水的脫色一直是研究熱點(diǎn), 因?yàn)槿玖蠌S生產(chǎn)的染料及中間體, 品種繁多, 酸堿度變化很大, 很難找到一個統(tǒng)一的方法, 造成治理技術(shù)上

25、的困難 ; ③染料廢水中含有毒有害物質(zhì), 如萘類、蒽醌系、酚類等。染料廢水有明顯的色度, 影響感官, 并且廢水中含對水體或人體有毒有害的污染物, 染料廢水不經(jīng)過處理直接排放, 會引起水體生態(tài)環(huán)境的破壞, 有毒有害物進(jìn)入食物鏈, 會影響到人體的健康6。</p><p>　　1.３染料廢水處理技術(shù)14</p><p>　　1.3.1物理化學(xué)法</p><p><b

26、>　?。?）吸附法</b></p><p>　　在物理化學(xué)法中應(yīng)用最多的是吸附法。吸附法是利用吸附劑表面的活性,將分子態(tài)的污染物濃集于其表面而達(dá)到去除目的,目前主要采用活性炭吸附法。近年來,活性炭纖維用于對廢水中染料的吸附研究取得了一定成果。ClO2氧化與活性炭吸附相結(jié)合處理印染廢水,與單獨(dú)用ClO2氧化或活性炭吸附處理相比,COD去除率和脫色率均有較大提高。粉煤灰由于來源廣泛,價格低廉,因而在

27、印染廢水處理方面有較大的潛力。吸附法處理染料廢水具有投資少、周期短等特點(diǎn),適用于規(guī)模較小的企業(yè),但應(yīng)對吸附染料后的吸附劑再生及廢吸附劑的后處理引起重視,以減少二次污染。</p><p><b>　　膜分離技術(shù)</b></p><p>　　膜分離技術(shù)用于印染廢水處理具有能耗低、工藝簡單、不污染環(huán)境等特點(diǎn)。馮冰凌等采用殼聚糖超濾膜處理印染廢水,COD去除率可達(dá)80%左右,

28、脫色率超過95%。吳開芬則利用超濾法處理含靛藍(lán)廢水,可使染料的濃溶液直接回用,透過液可作為中性水再利用。郭明遠(yuǎn)等自制了醋酸纖維素(CA)納濾膜,結(jié)果表明,CA納濾膜可用于活性染料印染廢水的處理和染料回收?；钚蕴刻畛涔不斓母男詺ぞ厶浅瑸V膜,經(jīng)適當(dāng)交聯(lián)后用于酸性紅染料廢水的分離脫色,最大脫色截留率達(dá)98.8%。但是膜分離技術(shù)由于濃差極化、膜污染及膜的價格較貴,更換頻率較快,使處理成本較高,從而嚴(yán)重阻礙了膜分離技術(shù)的更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。<

29、;/p><p><b>　　萃取技術(shù)</b></p><p>　　萃取技術(shù)是利用不溶或難溶于水的溶劑將染料分子從水中萃取出來。實(shí)驗(yàn)證明,電泳萃取技術(shù)是一種很好的染料回收技術(shù)。近年來液膜技術(shù)發(fā)展較快,利用液膜技術(shù)萃取含染料廢水中的染料物質(zhì),具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。</p><p><b>　　1.3.2化學(xué)法</b><

30、;/p><p><b>　　混凝法</b></p><p>　　混凝法工藝流程簡單,操作管理方便,設(shè)備投資省,占地面積小,對疏水性染料脫色效果很高。但該法運(yùn)行費(fèi)用較高,泥渣量多且脫水困難,對親水性染料以及對水體中其他可溶性Ｎ、Ｐ化合物去除率差,需開發(fā)新型高效混凝劑。</p><p><b>　　Fenton法</b></

31、p><p>　　用Fenton試劑對含染料廢水進(jìn)行混凝前的預(yù)處理,脫色率可達(dá)96.77%,而直接混凝法脫色率僅為10%～30%。隨著人們對Fenton工藝研究的深入,近年來又把紫外光(UV)、草酸鹽引入Fenton工藝中,使Fenton工藝的氧化能力大大增強(qiáng)。Fenton試劑作為一種強(qiáng)氧化劑處理水中有機(jī)污染物反應(yīng)條件溫和,設(shè)備簡單,但處理成本高。在處理毒性大、一般氧化劑難氧化或生物難降解的有機(jī)廢水方面,與其他方法如與

32、混凝沉降法、活性炭法、生物法等聯(lián)用,可降低處理成本,拓寬Fenton試劑的應(yīng)用范圍。</p><p><b>　　光催化氧化法</b></p><p>　　光催化氧化法具有明顯的節(jié)能高效、污染物降解徹底等特點(diǎn),常用的催化劑有二氧化鈦、過氧化氫、草酸鐵等無機(jī)試劑。利用太陽能進(jìn)行光催化氧化有機(jī)染料技術(shù),在節(jié)約能源、維持生態(tài)平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)。在探索光

33、催化技術(shù)的過程中,光催化還出現(xiàn)了一個新的發(fā)展方向———電化學(xué)輔助光催化降解技術(shù)即光電催化。利用光透電極和納米結(jié)構(gòu)TiO2作為工作電極和光催化劑,采用光電催化法對水中染料進(jìn)行電解,發(fā)現(xiàn)光電催化降解對三種染料———品紅、鉻藍(lán)Ｋ、鉻黑Ｔ溶液的降解效果最好。光催化氧化技術(shù)在染料廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用具有良好的市場前景和經(jīng)濟(jì)效益,但該領(lǐng)域的研究還存在諸多問題,如尋求更高效的催化劑,反應(yīng)機(jī)理和動力學(xué)尚需進(jìn)一步研究,催化劑的分離與回收,低能高效的能源等。

34、以上問題的解決,將會推動染料廢水處理的光催化降解技術(shù)的工業(yè)化進(jìn)程。</p><p><b>　　電化學(xué)氧化法</b></p><p>　　近年來電化學(xué)水處理技術(shù)得到了改進(jìn),在傳統(tǒng)電化學(xué)法的基礎(chǔ)上增加了氧化、催化氧化或光催化氧化作用,有效地突破了微電解技術(shù)的局限。電催化氧化技術(shù)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵是研究出具有高效催化性能的電極材料,提高電極材料的催化性能,提高電流效率、弱電

35、極極化以降低能耗是今后的主攻方向。將電催化氧化與脈沖電源結(jié)合起來,改變電極結(jié)構(gòu),達(dá)到提高處理效果和節(jié)能的目的,將是電催化氧化投入工業(yè)應(yīng)用的努力方向。</p><p><b>　　超聲波降解技術(shù)</b></p><p>　　超聲波是指頻率高于20KHz的聲波,當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波通過媒體時,會產(chǎn)生一系列的物理化學(xué)效應(yīng)。超聲波降解水體中有機(jī)污染物是一種新型水處理技術(shù),簡便、

36、有效。祁夢蘭等采用聲化學(xué)氧化法對靛藍(lán)染料廢水做預(yù)處理,可使生物難降解的染料廢水可生化性BOD/COD值由0.21～0.23提高到0.44～0.51。劉靜用超聲波—電解法處理活性紫染料廢水研究表明,超聲波與微電場的協(xié)同作用可大大提高水的脫色率。在最佳工藝下,廢水經(jīng)超聲波—電解處理60min,色度去除率可以達(dá)99.69%。將超聲波應(yīng)用到二氧化鈦光催化降解酸性粒子元青染料反應(yīng)中,在相同反應(yīng)時間內(nèi)降解率為78.5%,而二氧化鈦光催化降解率為65

37、.0%。</p><p><b>　　1.3.3生化法</b></p><p>　　生化法運(yùn)行成本低,在染料廢水處理中應(yīng)用較廣泛,近年來人們對厭氧—好氧、深層曝氣、純氧曝氣、生物氧化溝、UASB等生化處理方式進(jìn)行了廣泛的研究,并將該技術(shù)應(yīng)用于工程中。如肖雨堂等將好氧處理中的原曝氣池改為生物鐵屑反應(yīng)池,從而使COD去除率由原來的20%～30%上升到90%,色度去除率由原

38、來的15%～25%提高到90%以上。選育和培育出各種優(yōu)良脫色菌株或菌群是生化法的一個重要發(fā)展方向。</p><p><b>　　1.3.4其他方法</b></p><p>　　在難降解染料廢水處理方面,超臨界水氧化技術(shù)(SCWO)、低溫等離子體化學(xué)法也是目前研究較為活躍的新技術(shù)。此外,國外對臭氧—生化法、濕式空氣氧化法、臭氧—紫外法、射線輻射法均有相當(dāng)進(jìn)展,其中射線輻

39、射法可加強(qiáng)后續(xù)混凝處理效果,大大提高對陽離子染料的去除效率。</p><p>　　目前,含有機(jī)染料廢水的處理方法較多,在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)具體條件和要求,合理組合工藝,使處理效率不斷提高,并有效降低處理成本;在新技術(shù)研究方面,需開發(fā)高效、低毒、低能耗、不造成二次污染的水處理技術(shù),特別是光、聲、電、磁、無毒藥劑氧化、生物氧化等各種手段聯(lián)用的新型綠色水處理技術(shù)5。</p><p>　?。?４超聲波技

40、術(shù)在廢水處理中的應(yīng)用</p><p>　　超聲波是指頻率在20kHz～106kHz的機(jī)械波 ,波速一般為1500m/s ,波長為0.01cm～10cm。超聲波的波長遠(yuǎn)大于分子尺寸 ,說明超聲波本身不能直接對分子起作用 ,而是通過周圍環(huán)境的物理作用影響分子 ,所以超聲波的作用與其作用的環(huán)境密切相關(guān)。超聲波既是一種波動形式 ,又是一種能量形式,在傳播過程中與媒介相互作用產(chǎn)生超聲效應(yīng)。超聲波與媒介相互作用可分為機(jī)械作用

41、、空化作用和熱作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相互滲透,使超聲波技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、化工、醫(yī)學(xué)、石油化工等許多領(lǐng)域。超聲波作為一種特殊的能量輸入方式,所具有的高效能在材料化學(xué)中起到光、電、熱方法所無法達(dá)到的作用。僅從超聲波在液體中釋放的巨大能量來說就是其他方法所望塵莫及的,更不用說超聲波定量控制的效果了。近年來 ,隨著超聲波技術(shù)的日益發(fā)展與成熟 ,其在新材料合成、化學(xué)反應(yīng)、傳遞過程的強(qiáng)化以及廢水處理等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。在材

42、料合成中 ,尤其是納米材料的制備中 ,超聲波技術(shù)有著極大的潛力。通過超聲波方法制備納米材料,達(dá)到了目前我們采用激光、紫外線照射和熱電作用所無法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo) ,具有很好的前景7。</p><p>　　1.4.1超聲波處理廢水基本原理12</p><p>　　超聲波對有機(jī)物的降解并不是來自聲波與有機(jī)物分子的直接作用,其動力來源是聲空化。超聲波是由一系列疏密相間的縱波構(gòu)成,并通過液體介質(zhì)向周圍傳播

43、。當(dāng)聲能足夠高時,在疏松的半周期內(nèi),液相分子間的吸引力被打破,形成空化核?？栈说膲勖s為0.1μs ,它在爆炸的瞬間可以產(chǎn)生大約4000K和100MPa 的局部高溫高壓環(huán)境,并產(chǎn)生速度約110m/s具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流,這種現(xiàn)象稱為超聲空化。這些條件為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種非常特殊的物理境,打開了化學(xué)反應(yīng)的通道,足以使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng)。超聲降解有機(jī)物的機(jī)理可主要?dú)w結(jié)為

44、如下４個方面:</p><p><b>　?。?）空化理論</b></p><p>　　超聲波對有機(jī)物的降解不是直接的聲波作用,因?yàn)槌曉谝后w中波長0.015～10cm遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子的尺寸,和液體中產(chǎn)生的空化氣泡的崩滅有密切關(guān)系。超聲波通過液體介質(zhì)向四周傳播,當(dāng)聲能足夠高時,在疏松的半周期內(nèi),液相分子間的吸引力被打破,形成空化核?？栈膲勖s為0.1μs ,它在爆炸的瞬

45、間可以產(chǎn)生大約4000K和100Mh的局部高溫高壓環(huán)境,并產(chǎn)生速度約110m/s的具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流,然后該熱點(diǎn)隨之冷卻,冷卻率達(dá)109K/s ,并在液體中伴有強(qiáng)大的沖擊波,這些條件足以使有機(jī)物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應(yīng),為有機(jī)物的降解創(chuàng)造了一個極端的物理環(huán)境。</p><p><b>　?。?）自由基理論</b></p><p>

46、　　在超聲空化產(chǎn)生的局部高溫高壓環(huán)境下,水被分解產(chǎn)生H和OH自由基(OH的氧化能力僅次于F元素) ,另外溶解在溶液中的空氣(N2和O2)也可以發(fā)生自由基裂解反應(yīng)產(chǎn)生N和O自由基.H2O →H·+ ·OH</p><p>　　(2.1) 當(dāng)?shù)獨(dú)獯嬖跁r:</p><p>　　N2 →2N·　　　　　　HO·+ N·→ NO + H·&

47、lt;/p><p>　　HO·+ NO→ HNO2 　　HO·+ NO→ NO2 + H·</p><p>　　2NO2 + H2O→ HNO2 + HNO3 .</p><p>　　H·+ N·→ NH 　　　　NH + NH →N2 + H2</p><p>　　O2 + N·→ N

48、O + O·</p><p>　　(2.2) 當(dāng)氧氣存在時:</p><p>　　O2 →2O·　　　　　　　H·+ O2→ HO·+ O·</p><p>　　O·+ H2→ HO·+ H·　　O·+ HO2·→ HO·+ O2</p>&l

49、t;p>　　O·+ H2O2→ HO·+ HO2·</p><p>　　(2.3) 當(dāng)有機(jī)物存在時:</p><p>　　有機(jī)物+ HO·→ 產(chǎn)物　　有機(jī)物+ H·→ 產(chǎn)物</p><p>　　有機(jī)物+ HO2·→產(chǎn)物　　有機(jī)物+ O· →產(chǎn)物</p><p><

50、;b>　　有機(jī)物→產(chǎn)物</b></p><p>　　同時,一些非極性、易揮發(fā)溶質(zhì)的蒸汽也會進(jìn)行直接熱分解,如CCl4 可發(fā)生如下反應(yīng):</p><p>　　CCl4 →CCl3- + Cl- , CCl3 →CCl-2 + Cl- .</p><p>　　這些自由基會進(jìn)一步引發(fā)有機(jī)分子的斷鏈、自由基的轉(zhuǎn)移和氧化還原反應(yīng),可見超聲降解在本

51、質(zhì)上同光催化一樣也屬于自由基氧化機(jī)理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在超聲降解過程中,會產(chǎn)生一系列復(fù)雜的中間化合物,這與溶液中存在著眾多的自由基種類有關(guān)。例如,在僅由N2 、O2 和H20組成的體系中發(fā)生的自由基反應(yīng)就多達(dá)20多個,產(chǎn)生大量的、復(fù)雜的自由基中間體。只要降解條件合適,反應(yīng)時間足夠長,超聲降解的最終產(chǎn)物都應(yīng)該為熱力學(xué)穩(wěn)定的單質(zhì)或礦化物。 這表明超聲波有可能成為一種新穎的、無污染的污水處理方法。</p><p><b

52、>　?。?)機(jī)械剪切作用</b></p><p>　　含水量有聚合物的多相體系中,由于空化氣泡崩滅時會使傳聲媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生很大的瞬時速度和加速度,引起劇烈的振動,這種劇烈的振動在宏觀上表現(xiàn)出強(qiáng)大的液體力學(xué)剪切力,會使大分子主鏈上碳鍵產(chǎn)生斷裂,從而起到降解高分子的作用 。</p><p><b>　?。?)混凝作用</b></p><

53、;p>　　超聲波對混凝具有促進(jìn)作用,因?yàn)楫?dāng)超聲波通過有微小絮體顆粒的液體介質(zhì)時,其中的懸浮粒子開始與介質(zhì)一起振動,但由于大小不同的粒子具有不同的振動速度,顆粒將相互碰撞、粘合,體積增大,最后沉淀下來。因此,超聲波的絮凝效果好,對污染物的去除率高9。</p><p>　　1.4.2影響超聲波降解反應(yīng)速率的因素</p><p><b>　?。?）液體的性質(zhì)</b>&

54、lt;/p><p>　　液體的性質(zhì)如溶液粘度、表面張力、pH值以及鹽效應(yīng)都會影響溶液的超聲空化效果。當(dāng)溶液粘度增加時,聲能在溶液中的粘滯消耗和聲能衰減加劇,輻射入溶液中的有效聲能減小,溶液發(fā)生空化現(xiàn)象變得困難,空化強(qiáng)度減弱。因此,粘度太高不利于超聲降解。隨著表面張力的增加,空化核生成困難,但它爆炸時產(chǎn)生的極限溫度和壓力升高,有利于超聲降解。</p><p>　　對于有機(jī)酸堿性物質(zhì)的超聲降解,溶

55、液pH值具有較大影響。超聲降解發(fā)生在空化核內(nèi)或空化氣泡的氣為有利,因此,溶液pH值調(diào)節(jié)應(yīng)盡量有利于有機(jī)物以中性分子的形態(tài)存在,并易于揮發(fā)進(jìn)入氣泡核內(nèi)部。在溶液中加入鹽,能改變有機(jī)物的活度性質(zhì),且加鹽后水相中離子強(qiáng)度增加,更多的有機(jī)物被驅(qū)趕到氣液界面,改變了有機(jī)物在氣液界面相與本體液相之間濃度的分配,從而影響超聲降解速率。</p><p>　?。?）溶解氣體的影響</p><p>　　溶解氣

56、體對超聲降解速率和降解程度的影響主要有兩方面的原因: ①溶解氣體對空化氣泡的性質(zhì)和空化強(qiáng)度有重的影響; ②溶解氣體如N2 、O2 產(chǎn)生的自由基也參與降解反應(yīng)過程,從而影響反應(yīng)機(jī)理和降解反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)行為。在超聲降解過程中,使用單原子稀有氣體能提高降解的速率和程度。</p><p><b>　?。?）超聲功率強(qiáng)度</b></p><p>　　超聲功率強(qiáng)度一般以單位

57、輻照面積上的功率來衡量(W/cm2)。超聲降解反應(yīng)的速率一般總是隨功率強(qiáng)度的增大而增加。但功率強(qiáng)度過高會適得其反,聲能太大,空化泡會在聲波的負(fù)相長得很大而形成聲屏蔽,使系統(tǒng)可利用的聲場能量反而降低,降解速度下降。</p><p><b>　?。?）超聲波頻率</b></p><p>　　高頻超聲波有助于提高超聲降解速度,這是由于·OH 自由基的產(chǎn)率隨聲源頻率

58、的增加而增加。事實(shí)上,在超聲降解過程中,超聲強(qiáng)度和頻率之間可能有一個最佳匹配問題,而且頻率的選擇與被降解有機(jī)物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及降解歷程有關(guān),并不是在所有情況下高頻超聲波都是有利于降解的。因此,工業(yè)上應(yīng)用的功率超聲的頻率一般均低60kHz。另外,隨著超聲波頻率的升高,超聲波功率強(qiáng)度將下降,從而降低超聲降解的速率。</p><p><b>　?。?）溫度</b></p><p

59、>　　溫度對超聲空化的強(qiáng)度和動力學(xué)過程具有非常重要的影響,從而造成超聲降解的速率和程度的變化。溫度升高會導(dǎo)致氣體溶解度減小,表面張力降低和飽和蒸汽壓增大,這些變化對超聲空化是不利的。一般聲化學(xué)效率隨溫度的升高呈指數(shù)下降,因此,聲化學(xué)過程在低溫下(<20℃)進(jìn)行較為有利,超聲降解實(shí)驗(yàn)一般都在室溫下進(jìn)行。</p><p>　?。?）超聲波反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　反應(yīng)器設(shè)計(jì)

60、的目的就是在恒定輸出功率條件下盡可能提高混響場強(qiáng)度,增強(qiáng)空化效果。反應(yīng)器可以是間歇的或連續(xù)的工作方式,超聲波發(fā)生元件可以置于反應(yīng)器的內(nèi)部或外部,可以是相同頻率的或不同頻率的組合。與雙頻系統(tǒng)相比,三軸對稱的聲場能極大地提高聲能效率 。</p><p><b>　?。?）催化劑因素</b></p><p>　　添加少量催化劑,如氧化性物質(zhì)、Fenton試劑、鐵粉等,可促進(jìn)

61、空化過程中氣泡界面上氫氧自由基、過氧化氫等氧化性物質(zhì)的產(chǎn)生,提高超聲波降解污染物的氧化強(qiáng)度,加快反應(yīng)速率,促進(jìn)有機(jī)污染物的降解6。</p><p>　　1.5 研究的目的及內(nèi)容</p><p>　　1.5.1 超聲波在染料廢水處理中的應(yīng)用概況</p><p>　　已經(jīng)研究過的超聲降解物系很多,包括鹵代脂肪烴[25,26,36] 、單環(huán)和多環(huán)芳烴[11 —13,37]

62、等眾多有機(jī)物,另外也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的農(nóng)藥類物質(zhì)[20] 、染料、天然有機(jī)物類[30 ,31,38]以及酚類物質(zhì)[39—41]等。盡管超聲降解是一種比較通用的降解方法,但在相同的降解條件下各種有機(jī)物的響應(yīng)程度不同,這與被降解分子的性質(zhì),如結(jié)構(gòu)和化學(xué)穩(wěn)定性以及降解機(jī)理有關(guān),因此,必須根據(jù)具體物系來研究相應(yīng)的優(yōu)化降解條件。實(shí)驗(yàn)過程中通過測定可滴定的氯含量增加,pH 降低,UV/可見光吸收光譜的變化,水溶液電化學(xué)性質(zhì)的變化以及聲解產(chǎn)物的形成或目標(biāo)物

63、的分解等實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)很多化合物在溫和的超聲波條件下即可發(fā)生分解或轉(zhuǎn)化。在超聲降解的工業(yè)化應(yīng)用方面,毒性中間體或毒性產(chǎn)物的回避也是一個需要研究解決的重要問題。實(shí)驗(yàn)表明,選擇合適的工藝條件,這個問題是可以得到解決的。超聲降解技術(shù)對各類有機(jī)物具有廣泛的適應(yīng)性,它可以單獨(dú)使用也可與其他水處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。而且只要條件合適,有機(jī)物可以被徹底礦化為二氧化碳和無機(jī)離子,是一種環(huán)境友好的水處理技術(shù),具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。超聲降解技術(shù)要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,需要

64、解決的主要問題是</p><p>　　1.5.2 立題的意義及主要研究內(nèi)容</p><p>　　用超聲波降解水中的化學(xué)污染物,尤其是難降解的有機(jī)污染物,是一項(xiàng)新型水處理技術(shù)。由于在理論和技術(shù)上還存在許多問題,如pH值，時間，功率W ，超聲波頻率，曝氣充氧與否，初始濃度，催化劑因素等因素影響超聲對染料廢水降解率,本課題的目的就是研究這些因素對超聲波降解染料廢水到底有何影響，近而確定最佳工藝條

65、件，使降解率最大。本課題將通過應(yīng)用正交試驗(yàn)法對反應(yīng)體系pH 值、反應(yīng)時間、輸出功率W 、處理廢水的初始濃度四種影響因素研究。在我國，隨著染料合成、印染等工業(yè)廢水的不斷排放和各種染料的不斷使用,造成環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。因此優(yōu)化工藝條件，提高超聲波降解染料廢水的效率，對我國的環(huán)境保護(hù)事業(yè)意義深遠(yuǎn)。</p><p>　　2 實(shí)驗(yàn)材料、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法</p><p>　　2.1 主要試驗(yàn)試劑

66、和儀器</p><p>　　藥品出廠廠家表[實(shí)驗(yàn)藥品采用分析純級試劑]</p><p><b>　　儀器一覽表</b></p><p><b>　　2.2實(shí)驗(yàn)方法</b></p><p>　　2.2.1羅丹明染料廢水配制</p><p>　　用電子天平準(zhǔn)確稱取1g羅丹明固體，

67、溶于500mL的燒杯中，再倒入1000mL的容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，均勻溶解后待用。</p><p>　　2.2.2重鉻酸鉀法測COD</p><p>　　重鉻酸鉀溶液的配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取12.258g重鉻酸鉀，先溶于500mL的燒杯中，然后置于1000mL的容量瓶中，標(biāo)定后待用。</p><p>　　硫酸-硫酸銀溶液的配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取5g硫酸銀固

68、體，溶于事先倒入少量濃硫酸的500mL的燒杯中，然后置于500mL的容量瓶中，再加濃硫酸至刻度線，放置一天后待用。</p><p>　　硫酸亞鐵銨溶液的配制：用電子天平準(zhǔn)確稱取39.5g 硫酸亞鐵銨固體,溶于500mL的燒杯中,加20濃硫酸于燒杯中，然后倒入1000mL的容量瓶，加蒸餾水至刻度線，待用。</p><p>　　取20mL待測水樣于250mL磨口錐形瓶中，加幾粒沸石，再加10m

69、L重鉻酸鉀溶液和30mL硫酸-硫酸銀溶液，加熱回流2小時，加90mL蒸餾水，冷卻后滴加三滴試亞鐵靈指示劑，最后用硫酸亞鐵銨溶液滴定。</p><p>　　2.2.3水合二氧化錳的制備4</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中水合二氧化錳生成的四種方法如下：</p><p>　　方法一：用硫酸錳、次氯酸鈉及氫氧化鈉反應(yīng)制備二氧化錳，反應(yīng)方程式如下：</p><

70、p>　　MnSO4+NaClO+2NaOH=MnO2+H2O+NaCl+Na2SO4</p><p>　　方法二：用高錳酸鉀和亞硫酸氫鈉反應(yīng)制備二氧化錳，反應(yīng)方程式如下：</p><p>　　2KMnSO4+3NaHSO3=2MnO2+NaHSO4+Na2SO4+K2SO4+H2O</p><p>　　方法三：用高錳酸鉀和過氧化氫反應(yīng)制備二氧化錳，反應(yīng)方程式如

71、下：</p><p>　　2KMnSO4+3H2O2=2MnO2+3O2+2KOH+2H2O</p><p>　　方法四：3S2O3-2 +8MnO-14 +H2O =8MnO2↓+ 6SO4-2 + 2OH-1</p><p>　?。ㄗⅲ罕緦?shí)驗(yàn)主要用第四種方法。）</p><p><b>　　3 結(jié)果與討論</b>&

72、lt;/p><p>　　3.1超聲波單獨(dú)作用試驗(yàn)</p><p>　　3.1.1處理廢水的初始濃度對COD去除率的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件:以濃度分別為0.05g/L`' 0.1g/L,0.15g/L,0.2g/L的羅丹明染料為模擬廢水,pH值調(diào)節(jié)到3左右,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下，測定出水的化學(xué)需氧量,并計(jì)

73、算其COD去除率. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-1.</p><p>　　從圖3-1 可看出,進(jìn)水濃度越大,其去除率明顯下滑,超聲波的作用在濃度高的有機(jī)廢水中很難體現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)降解速度(或速率常數(shù))隨溶液初始濃度的升高而下降,廢水中有機(jī)物濃度越高,廢水在物理化學(xué)性質(zhì)上偏離純水就越大,例如比重、粘度和蒸汽壓及表面張力等都發(fā)生了顯著的變化,從而導(dǎo)致超聲波在水中的空化效應(yīng)大為減弱. 因此,在超聲波降解羅丹明廢水實(shí)驗(yàn)中,初始濃度較低

74、即初始負(fù)荷較低與高濃度負(fù)荷相比,處理效果要好。</p><p>　　3.1.2反應(yīng)體系pH值對COD去除率的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件為0.1g/L羅丹明,COD為324mg/L,調(diào)節(jié)不同的pH值,反應(yīng)溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下，測定出水的化學(xué)需氧量,并計(jì)算其COD去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-2</p>

75、<p>　　由圖3-2 可知,羅丹明廢水處理結(jié)果隨著pH值增大而呈現(xiàn)出下降趨勢,然而在pH值在8.2后,有所上升,但不如在酸性條件下;每次超聲處理完后測其pH值,都有不同程度的增大,經(jīng)比較,在酸性條件下其pH值增大的幅度較大,在pH值為1.8 時的COD去除率最大。</p><p>　　3.1.3超聲強(qiáng)度對COD去除率的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件為,采用不同的輸出功率40

76、%,60%,80%,100%.0.1g/L羅丹明,COD為324 mg/L,反應(yīng)溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲時間50min的條件下，測定出水的化學(xué)需氧量,并計(jì)算其COD去除率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-3</p><p>　　由圖3-3可知,隨著超聲功率的增大，羅丹明廢水COD的去除率就越大，總體來看,在超聲波降解羅丹明廢水過程中,用高功率更有利于有機(jī)物的降解,但能耗增大。</p>&

77、lt;p>　　3.1.4反應(yīng)時間對COD去除率的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件為調(diào)節(jié)酸羅丹明廢水的pH在2.0附近,反應(yīng)溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間50min的條件下,測定不同反應(yīng)時間出水的水質(zhì)指標(biāo),考察反應(yīng)時間對COD去除率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-4</p><p>　　由圖3-4可知,羅丹明廢水在超聲波輻射初期,COD去除率逐步

78、上升,一直到50min達(dá)到最高點(diǎn),隨后大幅度下降,甚至出現(xiàn)了負(fù)值.這一現(xiàn)象不僅是因?yàn)槌暡梢詫α_丹明發(fā)生降解,而且與COD的測定方式有關(guān)。在超聲波作用下,一部分染料發(fā)生降解,使COD去除率上升,而降解中間產(chǎn)物不斷積累。這部分中間產(chǎn)物大部分成為可以被重鉻酸鉀氧化的有機(jī)物使染料分子中原來隱性的COD可以被檢測出來,而這種現(xiàn)象可能會有利于以后的生物處理,但卻導(dǎo)致出水COD值增加,COD去除率大幅下降。這種下降是超聲波作用的結(jié)果.就COD去除

79、率而言,超聲波輻照羅丹明染料廢水的最佳反應(yīng)時間應(yīng)為50min。</p><p>　　3.1.5設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超聲降解羅丹明染料廢水的最佳工藝參數(shù)</p><p>　　根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)確定影響超聲降解羅丹明染料廢水的主要因素為初始濃度、pH、超聲強(qiáng)度以及反應(yīng)時間。為此進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，探討超聲降解羅丹明染料廢水的影響。正交分析實(shí)驗(yàn)的因素和水平如表3-1 所示：</

80、p><p><b>　　表3-1水平因素表</b></p><p>　　表3-2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果</p><p>　　利用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探討超聲降解羅丹明染料廢水的影響，結(jié)果見表3-2。</p><p>　　可以看出影響超聲降解羅丹明染料廢水的主次因素次序?yàn)槌晱?qiáng)度＞pH＞初始濃</p><p

81、>　　度＞反應(yīng)時間最佳工藝組合為A1B2C3D4。即初始濃度為0.05g/L、pH=1.8、超聲功率為</p><p>　　100%、反應(yīng)時間50min。按照正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳超聲條件，進(jìn)行超聲降解羅丹明染</p><p>　　料廢水實(shí)驗(yàn)，廢水COD去除率達(dá)36%。</p><p>　　3.2 超聲波和MnO2協(xié)同作用實(shí)驗(yàn)</p><p&g

82、t;　　3.2.1處理廢水的初始濃度對降解效果的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件:以濃度分別為 0.025g/L 0.05g/L`' 0.1g/L, 0.2g/L的羅丹明染料為模擬廢水，pH 值調(diào)節(jié)到3左右,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間40min的條件下MnO2由0.05mol/LKMnO4和0.05mol/L Na2S2O3制取.測定出處理后水的化學(xué)需氧量,并計(jì)算其COD 去除率

83、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-5。測定出處理后水的吸光度，并計(jì)算脫色率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-6。</p><p>　　由圖3-5可知，超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時，廢水的初始濃度越</p><p>　　大，廢水的COD去除率就越小,因此,在聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時實(shí)驗(yàn)中,初始濃度較低即初始負(fù)荷較低與高濃度負(fù)荷相比,處理效果要好。這同上面超聲波單獨(dú)處理羅丹明廢水時的影響相同。<

84、;/p><p>　　由圖3-6可知,超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時，廢水的初始濃度越大，廢水的脫色率逐漸減小,在初始濃度較小時,脫色率可接近99%。主要原因是:水合MnO2通過界面吸附機(jī)理對染料廢水進(jìn)行處理的,取得了很好的效果。</p><p>　　3.2.2反應(yīng)體系pH值對降解效果的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件:0.05g/L羅丹明,COD為162mg

85、/L,調(diào)節(jié)不同的pH 值,反應(yīng)溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲功率為100%，超聲時間40min的條件下，測定出水的化學(xué)需氧量,并計(jì)算其COD去除率. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-7.測定出處理后水的吸光度，并計(jì)算脫色率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-8。</p><p>　　由圖3-7可知,超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時，羅丹明廢水處理的COD去除率結(jié)果隨著pH值增大而呈現(xiàn)出下降趨勢,經(jīng)比較,在酸性條件下其

86、COD去除率增大的幅度較大,在pH值為1.5時的COD去除率最大。</p><p>　　由圖3-8可知,超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時,羅丹明廢水的脫色率隨著pH值的逐漸增大而有降低的趨勢，在酸性條件下其脫色率最大，而且在pH值為1.5時脫色率接近99%。</p><p>　　3.2.3超聲強(qiáng)度對降解效果的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)條件:0.05g/L

87、羅丹明,COD為162mg/L,調(diào)節(jié)不同的超聲功率，反應(yīng)溫度控制在20℃～30℃,在超聲頻率45KHz,超聲時間40min的條件下，測定出水的化學(xué)需氧量,并計(jì)算其COD去除率.。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-9.測定出處理后水的吸光度，并計(jì)算脫色率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3-10.</p><p>　　由圖3-9可知,超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時，羅丹明廢水處理的COD去除率結(jié)果隨著超聲功率的增大而呈現(xiàn)出上升的趨勢，在功率1

88、00%時，羅丹明廢水處理的COD去除率達(dá)到最大值。</p><p>　　由圖3-10可知,超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時,羅丹明廢水的脫色率隨著超聲強(qiáng)度增大而增大，在功率100%時，羅丹明廢水的脫色率也能接近99%。</p><p>　　3.2.4設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，確定超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水的最佳工藝參數(shù)</p><p>　　根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)確定

89、影響超聲/MnO2降解羅丹明染料廢水的主要因素為初始濃度、pH、超聲強(qiáng)度以及反應(yīng)時間。為此進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，探討超聲/MnO2降解羅丹明染料廢水的影響。正交分析實(shí)驗(yàn)的因素和水平如表3-3 所示：</p><p><b>　　表3-3水平因素表</b></p><p>　　表3-4正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果</p><p>　　利用L

90、9(34)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探討超聲/MnO2降解羅丹明染料廢水的影響，結(jié)果見表3-4?？梢钥闯鲇绊懗暯到饬_丹明染料廢水的主次因素次序?yàn)槌晱?qiáng)度＞初始濃度＞pH＞反應(yīng)時間。最佳工藝組合為A1B1C3D3。即初始濃度為0.05g/L、pH=1.5、超聲功率為100%、反應(yīng)時間60min。按照正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳超聲條件，進(jìn)行超聲/MnO2降解羅丹明染料廢水實(shí)驗(yàn)，廢水COD去除率達(dá)75%，脫色率接近99%。</p><p>

91、;<b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)和分析,可得出如下結(jié)論:</p><p>　　(1) 超聲波單獨(dú)作用時，45KHz的超聲波降解低濃度羅丹明染料廢水的最佳工藝條件為:pH 值為1.8左右;輻照時間為50min;超聲功率100%時;初始濃度越低處理效果越好;反應(yīng)最佳溫度控制在20℃～30℃;在廢水初始COD=324mg/L時,羅丹明廢水CO

92、D的去除率達(dá)到36%。</p><p>　?。?）超聲波和MnO2協(xié)同作用處理羅丹明廢水時，45KHz的超聲波降解低濃度羅丹明染料廢水的最佳工藝條件為:pH 值為1.5左右;輻照時間為60min;超聲功率100%時;初始濃度越低處理效果越好;反應(yīng)最佳溫度控制在20℃～30℃;在廢水初始COD=162mg/L時,羅丹明廢水COD的去除率達(dá)到75%;脫色率接近99%。</p><p>　　（3

93、）采用超聲/MnO2法處理羅丹明染料廢水比單獨(dú)使用超聲或MnO2處理的效果要好，具有明顯的協(xié)同效應(yīng)。單獨(dú)超聲對羅丹明染料廢水降解效果很差，超聲/MnO2法比單獨(dú)使用超聲時降解率提高了39%。。</p><p>　　（4）將有機(jī)物水溶液的超聲降解與其他降解方法相結(jié)合,有可能在充分發(fā)揮超聲波的化學(xué)效應(yīng)的同時也使其機(jī)械效應(yīng)通過對其他過程的強(qiáng)化效應(yīng)得到發(fā)揮,從而產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),提高有機(jī)物的降解速率和程度。</p>

94、;<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 張子間,超聲波在廢水處理中研究進(jìn)展[J].廣東化工.1997,4(6)76～80</p><p>　　2 李春喜,王京剛,王子鎬,超聲波技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用與研究進(jìn)展[J].石化工 .2001,2(5)：9～11 </p><p>　　3 宋勇,戴友芝

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98、彩文,劉彬彬.臭氧氧化法處理難降解有機(jī)廢水[ J] .工業(yè)安全與環(huán)保, 2004, 3( 11) :15～17.</p><p>　　13 Zhou H., Danivel W. Smith. Process parameter development for ozonation of kraft mill effluents[ J] .Wat. Sci. Tech., 1997, 35( 2～:251～259

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103、tal ,2001 ,32 :95 105</p><p>　　18 Hirai K，Nagata Y. Researches and development on the control of organic pollutants with ultrasound technology and other technologies related[J]. Journal of environmental eng

104、ineering,1999,9:38～42</p><p><b>　　致　謝</b></p><p>　　值此本科學(xué)士論文完成之際，首先向我的導(dǎo)師楊威副教授致以崇高的感謝。在日常學(xué)習(xí)、生活以及畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，楊老師給與我無微不至的關(guān)心照顧和悉心指導(dǎo)，并且楊老師的對實(shí)驗(yàn)的態(tài)度及對我的嚴(yán)格要求，將對我以后的學(xué)習(xí)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。特此深表感謝！</p><

105、p>　　感謝哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的欒云老師在試驗(yàn)過程中給予的幫助，感謝他們的辛苦工作。</p><p>　　感謝環(huán)境工程專業(yè)的各位老師在大學(xué)期間對我的幫助。</p><p>　　感謝方國峰，李靜,莊新賀等同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中對我的幫助。</p><p><b>　　附　錄</b></p><p><b

106、>　　英文翻譯</b></p><p>　　超聲波及其聯(lián)用技術(shù)處理污水中有機(jī)污染物的研究和進(jìn)展</p><p>　　作者：Hirai K，Nagata Y</p><p><b>　　摘　要　:</b></p><p>　　本文主要論述了超聲波及其聯(lián)用技術(shù)降解有機(jī)污染物的原理,影響因素和效果及發(fā)展趨勢。

107、指出超聲波與其他方法聯(lián)用可以大大的提高有機(jī)物的降解效率,在處理難降解、有毒、有害有機(jī)污染物方面,特別是在凈化環(huán)境,處理優(yōu)先控制污染物方面有很大的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞：　超聲波　廢水處理　聯(lián)用技術(shù)　催化氧化</p><p>　　超聲波是指頻率高于20kHz的一種高頻率的機(jī)械波,它的波長較短,能量很集中,包括高級氧化、熱解、超臨界氧化等技術(shù)。它不僅可以改善反應(yīng)的條件,加快反應(yīng)

108、速度,還能使一些難以進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)得以進(jìn)行。在水處理方面,超聲波主要用于處理廢水中毒性高、難降解的有機(jī)污染物。在提高有機(jī)污染物的降解速度,達(dá)到廢水的無危害,避免二次污染等方面具有很重要的意義。</p><p>　　1．超聲波的降解原理</p><p>　　超聲波對有機(jī)物的降解作用有以下幾個方面。</p><p><b>　　1. 1 空化作用</b&

109、gt;</p><p>　　超聲波對有機(jī)物的降解不是直接的聲波作用,而是一定強(qiáng)度的超聲波，通過液體時,在聲波負(fù)壓的半周期,存在于液體中的微小氣泡(空化核) 會迅速長大,在隨后而來的聲波正壓的半周期中,氣泡又絕熱壓縮而消失,在消失的瞬間,氣泡形成局部熱點(diǎn),它的溫度高達(dá)5kK,壓力能達(dá)到50MPa,然后該熱點(diǎn)隨之冷卻,冷卻的速度達(dá)到109K/s,并在液體中伴有強(qiáng)大的沖擊波（對于均相液體介質(zhì))或時速高達(dá)400 km 的

110、速流(對于非均相介質(zhì)) ,這就為有機(jī)物的降解創(chuàng)造了一個極端的物理環(huán)境 。</p><p>　　1. 2 自由基作用</p><p>　　聲空化產(chǎn)生的高溫度，高壓力條件，可以打開結(jié)合力強(qiáng)的化學(xué)鍵(約377～418 kJ / mol) 并且促進(jìn)“水相燃燒”反應(yīng)。雖然氣泡崩滅瞬間時間不超過100 ns ,但卻可以使H2O(水分子中O - H鍵能為500 kJ / mol) 分解為H·和