微波強(qiáng)化處理二甲亞砜生產(chǎn)廢水工藝及機(jī)理研究.pdf

1、二甲亞砜（DMSO）作為溶劑或中間體在醫(yī)藥、化工、電子等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但二甲亞砜生產(chǎn)廢水中殘留的二甲亞砜在自然水體中易產(chǎn)生硫化氫、硫醚等有毒物質(zhì)，而且難以用生物法處理；另一方面，二甲亞砜生產(chǎn)中氧化工藝段產(chǎn)生的高濃度亞硝酸鹽廢水毒性很強(qiáng)，采用生物法或常規(guī)物化方法均難以有效處理。針對二甲亞砜生產(chǎn)廢水處理中存在的以上技術(shù)難題，本文將微波技術(shù)分別與催化濕式氧化工藝、Fenton氧化工藝和化學(xué)還原工藝相結(jié)合，利用微波高效、快速等技術(shù)特點(diǎn)，建立了三

2、種微波強(qiáng)化水處理工藝并用于對二甲亞砜和亞硝酸鹽的處理，均取得理想效果。
　　首先以硝酸活化后的顆?；钚蕴浚℅AC）作為載體，以銅作為活性組分，稀土元素鈰作為助劑組分，采用分層浸漬焙燒法制備了 CuOx-CeOy/GAC催化劑。結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，活性組分銅在催化劑表面主要是以 Cu2O和單質(zhì)的形式存在，變價的過渡金屬元素和單質(zhì)對微波能具有更好的吸收作用，可以強(qiáng)化催化濕式氧化反應(yīng)。在催化劑表面，鈰以 CeO2、Ce2O3和CeO的形態(tài)

3、共存，而且鈰的加入無論在體相中和表面上均提高了銅元素的含量，其中鈰在催化劑中的含量為0.56％，銅的含量為10.81%，助劑鈰的加入還明顯提高了催化劑表面活性組分的分散性，使晶粒粒徑減小，增加了催化劑表面的活性點(diǎn)位，并使催化劑表面活性組分與載體結(jié)合的程度增強(qiáng)，使其穩(wěn)定性和使用壽命得到顯著提高。采用制備的CuOx-CeOy/GAC催化劑，建立了微波強(qiáng)化催化濕式氧化工藝對二甲亞砜進(jìn)行處理。該工藝用于處理初始濃度為1000mg/L的二甲亞砜配

4、水，可在pH值3~9范圍內(nèi)，反應(yīng)3min后達(dá)到85%以上的二甲亞砜去除率，TOC去除率為24.4%。
　　對微波強(qiáng)化催化濕式氧化處理二甲亞砜的作用機(jī)制進(jìn)行了探索研究，采用分子熒光光譜法測定了反應(yīng)體系中羥基自由基（·OH）的生成量，通過對比證明CuOx-CeOy/GAC催化劑的加入對對體系中·OH自由基的生成量有明顯促進(jìn)作用；微波輻照、催化劑和氧化劑三者間存在協(xié)同效應(yīng)，可大大提高 H2O2氧化體系內(nèi)·OH的生成量，從而增強(qiáng)對廢水中二

5、甲亞砜的去除效率。
　　研究開發(fā)了微波強(qiáng)化 Fenton氧化處理二甲亞砜工藝。針對100mL初始濃度為1000mg/L的二甲亞砜配水，獲得最佳工藝參數(shù)為：H2O2投加濃度450mg/L，H2O2與Fe2+摩爾比2，在微波功率100W條件下輻照5min，pH值在2~7范圍時，對二甲亞砜的去除率可達(dá)95%以上，10min內(nèi) TOC去除率為46.3%?；陟o態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)了微波強(qiáng)化 Fenton氧化動態(tài)工藝系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了含二甲亞砜廢水在

6、連續(xù)流條件下的高效處理。對于2L初始濃度為1000mg/L的二甲亞砜配水，最佳處理?xiàng)l件為：H2O2投加濃度為350～400mg/L，循環(huán)系統(tǒng)溫度50～60℃、循環(huán)完成時間為8~10min和曝氣速率5～20L/h，二甲亞砜的去除率可達(dá)99%以上。
　　表觀動力學(xué)研究結(jié)果證明，微波的“非熱效應(yīng)”使其對 Fenton氧化體系的強(qiáng)化作用要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)水浴加熱方式。根據(jù)二甲亞砜主要降解產(chǎn)物的濃度變化和TOC測定結(jié)果，在相同 Fenton試劑

7、投加量條件下，相比于傳統(tǒng)常溫?cái)嚢钘l件下的Fenton氧化工藝，微波強(qiáng)化Fenton氧化工藝不僅可以大大縮短二甲亞砜的降解反應(yīng)時間，而且對其中難降解的中間產(chǎn)物具有更高的氧化效率，從而獲得更高的礦化度。
　　針對二甲亞砜生產(chǎn)中氧化工藝段產(chǎn)生的高濃度亞硝酸鹽廢水，本文采用氨基磺酸作為還原藥劑，建立了微波強(qiáng)化化學(xué)還原處理工藝。設(shè)計(jì)了微波強(qiáng)化化學(xué)還原連續(xù)流工藝系統(tǒng)，針對實(shí)際廢水進(jìn)行工程調(diào)試，在最佳工藝參數(shù)條件下亞硝酸鹽去除率可達(dá)90%以上。

8、研究表明，微波強(qiáng)化化學(xué)還原連續(xù)流工藝可節(jié)省藥劑25%，系統(tǒng)水力停留時間由3h縮短至0.5h，噸水處理成本可節(jié)省近45%。原廢水經(jīng)處理后，絕大部分亞硝酸鹽被還原生成無毒無害的N2而得到去除，同時其它反應(yīng)產(chǎn)物均為一些無毒的無機(jī)化合物，廢水中亞硝酸鹽經(jīng)處理控制在較低濃度后，毒性大大降低，可進(jìn)一步采用生物法進(jìn)行脫氮處理。
　　本文將微波技術(shù)分別與催化濕式氧化工藝、Fenton氧化工藝和化學(xué)還原工藝相結(jié)合，對傳統(tǒng)的高級氧化工藝和化學(xué)還原技術(shù)