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精对苯二甲酸(PTA)是重要的化工产品和化纤原料,我国是化纤生产大国,仅PTA的生产原料对苯二甲酸(TA)的产量就约占世界总产量的30%,PTA生产废水已经成为水环境的重大污染源之一。PTA生产废水中的污染物多为芳香族化合物,处理难度大,处理耗时长,属难降解废水,对人体健康和生态安全存在着巨大的危险性,国内外现有相应的废水处理方法和技术易受废水水质、水量波动等冲击因素的影响,可能造成处理效率降低,甚至丧失,致使排水超标污染环境,急迫需要新的技术和装置改善这一状况。
本课题将超声/臭氧协同技术首次用于PTA废水的处理,一方面以投放μm级臭氧微气泡来提高臭氧氧化效率,另一方面将μm级臭氧微气泡作为空化核产生超声空化效应,以期提高PTA废水处理的效率。同时研究了反应时间、臭氧流量以及超声输出功率等因素对处理效果的影响,并对几种处理方法做了对比,得到如下结论:
运用单独臭氧、单独超声、超声/臭氧协同处理三种方法对PTA模拟废水进行降解,以超声/臭氧协同处理的效果最好。反应时间、臭氧流量以及超声输出功率对PTA废水处理效果均有影响,随着反应时间延长、臭氧流量和超声输出功率的增加,COD去除率增大。超声/臭氧法降解PTA实验进行10小时后,COD去除率达到79%,继续延长处理时间,COD去除率可超过90%。
三种不同处理方法对PTA模拟废水的降解以及不同初始浓度的PTA模拟废水在超声/臭氧法处理下的降解均有基本相同的规律,符合拟一级反应动力学规律,即COD的去除率与反应时间成正相关。通过实验结果求出了对苯二甲酸降解的ln(C0/C)与反应时间的关系,在初始COD浓度相同的情况下,超声/臭氧法(超声声功率为5 W/c㎡,臭氧流量为8 L/min)降解对苯二甲酸反应对应的表观速率常数最大,降解最快:同样用超声/臭氧法处理的情况下,PTA模拟废水降解反应对应的表观速率常数以低浓度组最大。由此归纳出在实验室条件下对苯二甲酸模拟废水的降解动力学总的公式是:C= C0e-kt。其中C为各时间的对苯二甲酸模拟废水COD浓度,C0为对苯二甲酸模拟废水初始COD浓度,e为自然对数的底数,k为表观速率常数,t为反应时间。
根据实验室研究结果和反应动力学研究自行设计研制了以长寿命超声辐射头,微米级臭氧曝气盘等关键技术为基础的实验处理装置,并用该装置对现场PTA生产废水进行处理,获得了较好的效果。同时,本实验处理装置也适用于其他工业废水如制药、染料废水处理。