超声强化Fe~0/EDTA去除印染污泥中多环芳烃的研究

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近年来,印染行业已迅速发展为我国重要产业。生产过程中添加的大量染料、助剂残留至印染废水中,在废水处理过程中转化为难降解二次有机污染物。其中多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是染料的重要成分,具有强疏水性,极易吸附在污泥颗粒上。同时PAHs具有高毒性、持久性和难降解性,在印染污泥处置过程中,残留的PAHs对生态环境具有潜在的威胁。基于源头消减策略,本论文采用超声(US)强化零价铁(ZVI)/EDTA/空气(Air)体系(ZEA)去除印染污泥中PAHs。研究内容如下:(1)对比了ZEA,US/Ai r以及US/ZE A三种体系对印染污泥中16种PAHs的去除效果;(2)考察了不同反应参数对印染污泥中PAHs去除效率的影响:包括EDTA浓度、ZVI投加量、声能密度和pH;(3)探讨了US协同ZEA体系产生活性氧化物种(Reactive Oxygen Species,ROS)机理,以及PAHs在US/ZEA体系中的去除机制。主要研究结果如下:相对于单独US/Air和单独ZEA体系,US/ZEA体系能够更有效地去除印染污泥中的PAHs。反应时间60 min时,三种技术对印染污泥中16种PAHs的平均去除率(∑16 PAHs)由高到低依次为:US/ZE A(70.1%)(29)ZE A(42.0%)(29)US/Air(32.9%)。三种体系作用下,低分子量PAHs去除率均高于高分子量PAHs。且三种体系对PAHs的去除过程均符合伪一级动力学方程。EDTA浓度、ZV I投加量和US声能密度对印染污泥中的PA Hs去除均有显著影响。去除?16 PAHs的最佳反应参数条件为:ED TA为2.0 m M,ZV I投加量为15 g/L,声能密度为1.08 w/cm3。不同于传统Fenton体系,US/ZEA体系能应用于较广的pH范围(36.25),为避免污泥酸化,选择在自然条件下(初始pH=6.25)去除PAHs。超声对16种PAHs的去除均有协同作用(协同系数均>1.0)。协同作用体现在:(1)超声能不断活化和更新ZVI表面,加快ZVI氧化腐蚀过程;(2)超声空化效应能降低氧气活化反应的难度,促进H2O2产生;(3)超声能最大程度地破解印染污泥,将污泥空腔中PAHs释放至水相中,促进PAHs与R OS反应。US/ZEA体系去除PAHs的机制包括被三种ROS(·OH、O2.-/HO2.和Fe(IV))降解以及被ZVI吸附。自然条件下,·OH、O2.-/HO2.、Fe(IV)和吸附对∑16 PAHs的贡献率分别为13.9%、25.4%、1 6.0%和14.8%。在酸性条件下(初始pH=3.0),·OH是去除所有PAHs的主要贡献者,且对∑16 PAHs的贡献率高达61.3%。此外,污泥中存在的含铁絮凝剂也能作为ZEA体系中Fe2+和Fe3+的来源,促进反应循环进行,实现了资源的再利用。采用US/ZEA体系去除印染污泥中的PAHs,对印染污泥的后续资源化利用具有积极的现实意义。
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