光催化氧化处理漂白废水

第2O卷第2期2008年4月造纸化学品PAPERCHEMICALSV01．2ONo．2Apr．2008光催化氧化处理漂白废水研究了在一个低能耗、未浓缩的贮浆池反应器中使用人工的紫外线照射，光催化氧化降解漂白废水的化学需氧量(COD)。探讨了使用德固萨P25二氧化钛催化剂的光催化氧化降解，提出了影响降解的因素，如催化剂的用量、初始COD、紫外光强度，以及孔对容积的比率。这些变量中的一些对降解速率影响很大：处理效率随着紫外光强度的降低而下降，随着孔对容积比率的增大而上升。实验室中，日光的照射条件下可与人工的紫外照射条件下得到相似的结果。应用光催化处理制浆造纸工业废水已被探索，最初是用在处理漂白工段的废水。已有研究者发现，在二氧化钛存在下处理硫酸盐浆的漂白工段废水，COD和毒性大约下降5O％；发现通过光催化处理的废水，生物降解能力增强，而且光催化对预处理的废水更有效。虽然光催化用于处理废水的巨大潜力已被人们认可，但是商业应用并没有跟上，这归因于光催化氧化过程与生物处理方法相比有很高的操作费用。在实验室中使用未浓缩贮浆池的反应器来处理废水，使用的紫外光强度达到5OW／m。Et光照射下也能达到这个强度，因此这种方法存在大规模应用的可能性。在13光氧化去污体系中，聚光放射(把Et光聚集起来)的反应器和未聚光(没有聚集Et光)反应器的配制已被使用。许多制浆造纸厂已经用微生物法处理废水，在此前后用上Et光池是一个不错的选择，作为一个“Et光一微生物”体系处理废水。1实验1、1材料和设备实验中使用的光催化剂是锐钛矿型二氧化钛粉末[德固萨P25TiO2，比表面积是(50±15)m／g，平均粒径是30nm]；来自制浆造纸厂的漂白废水；紫外放射器(型号：33013)用于检测紫外光强度；COD是用APHA标准方法测得。图l是实验用人工一光线照射浆池反应器，紫外光源室是由电镀铝制成，尺寸是：4英尺×2．5英尺x2．5英尺。八个4Ow的紫外黑荧光灯并排在小室的顶端，一个排气扇装在室壁上以保持恒定的温度。废水装在一个硅玻璃制成的圆柱形反应器中，这个反应器直径5om、高6om，体积大约1ooomL。辐射强度是通过调节反应器于紫外灯管间的距离来控制的，用这种方法紫外光强度可控制在25～5OW／m，与日光下的紫外光强度相一致。这个过程暴露在空气中要有足够量的氧催化，以保证溶液中有足够的游离氢氧根离子。图l研究浅池反应器处理的实验仪器1．2实验步骤在这个实验中，废水被稀释3倍，TiO：用量是2．0g／L，分散到200mL溶液中，悬浮液在紫外光照射及30℃磁力搅拌下进行反应。每隔一段时间取出10mL，同时通过一个0．45。m的过滤器过滤，滤液用于测定COD。除了一个特殊的参数变化，所有实验都是在强度为35W／m、反应器的孑L对容积比率(Aperture／Volume)为1．14om／mL以及催化剂的用量是2．0g／L的条件下进行。2结果与讨论图2表明了在强度为35W／m，催化剂用量为2．0g／L，初始COD为320．14mg／L废水的光催化处理结果。从图中可以看到4h内COD的脱除率为88．6％，空白实验中，没有二氧化钛存在照射时维普资讯http://www.cqvip.com造纸化学品第20卷O12345时f~l／h图2废水的光催化降解COD没有降低，没有照射时COD的脱除率仅为6％，这归因于TiO，粒子的吸附性。2．1催化剂(TiO)的作用废水脱除率的变化是由TiO用量在0．5～3．0g／L范围内以及照射时间4．5h决定的。图3表示TiO，用量对废水处理的效果。p(TiO)／(g‘)图3TiO浓度对废水COD降解速率的影响随着TiO，用量由0到2．0g／L的增加，COD脱除率也相应提高，然而随着TiO，用量的增加、光的透射性减弱，在同样的TiO，用量下，减弱光强会抵消掉高用量TiO带来的作用。因此TiO最佳用量是2．0g／L，以后的实验都是这个用量。2．2紫外光强度的影响降解的总量取决于辐射强度。大量的研究发现，反应速率在照射的高水平时与强度的平方根成正比，而在低水平时与强度呈线性关系。转折点依据不同的光体系而变化。含TiO，水悬浮液的3一CP降解阶段，初始的降解速率与溶剂的辐射率成正比例(当值小于200W／m时)，高于200W／m时脱除率与平方根呈正比例。20～500W／m时脱除率与溶剂辐射率呈反比关系。在4一CP阶段，废水降解速率的研究是在50W／m以下进行的，所以在恒定的强度下脱除率是一阶线性的。由于所需强度在50w／m以下，所以实验在日光下就可以进行。研究强度的作用需保持孑L对体积(A／V)比率在1．14cm2／mL而强度在25～50W／m范围。随着强度由25W／m增加到50W／m，降解速率也从0．3868h稳定地增加到0．8834h。图4表明了反应速率常