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本文分别通过活性艳红K-2BP的涡流空化效应—过氧化氢(SwirlingCavitation—HydrogenPeroxide,SC—H2O2.)和涡流空化效应—Fenton试剂(SwirlingCavitation—Fenton,SC—Fenton.)降解,研究了涡流空化效应—化学氧化协同降解水中有机污染物的降解机理和降解动力学。
使用CFX软件进行了涡流形成的模拟计算,结果表明当涡流仓狭缝宽度为0.2mm、狭缝长度100mm、涡流仓内径10mm时最适于涡流的形成,能在涡流仓中得到较大面积压力低于水的蒸汽压的区域。除此以外,出口挡板的距离也对空化效应有影响,在35mm时可以得到最大的空蚀量。
考察了偶氮染料活性艳红K-2BP的SC—H2O2降解效果,结果表明SC—H2O2可有效降解活性艳红K-2BP,符合一级动力学过程。活性艳红K-2BP的降解率随着溶液初始pH值减小而升高,随其活性艳红K-2BP初始浓度升高而降低;H2O2加入量增多或操作压力升高,活性艳红K-2BP的降解率也随之升高。
根据对苯二甲酸(TA.)与羟基自由基反应能生成具有特征荧光物质的特性,以TA溶液为荧光探针研究了实验过程中羟基自由基的生成情况,结果表明在SC—H2O2联合降解有机污染物的过程均有大量羟基自由基存在,说明上述降解过程为自由基反应机理。
在实验条件下,单独涡流空化效应(SwirlingCavitation,SC.)处理难以使有机染料有效降解,但添加少量Fenton试剂可以使有机染料的降解率大幅度提高。本文分别以活性艳红K-2BP和酸性品红为模拟有机染料污染物,利用涡流空化效应—Fenton试剂协同氧化降解有机染料,研究了H2O2浓度、Fe2+浓度、溶液初始pH值、操作压力和有机染料的初始浓度等因素对有机染料降解效果的影响,并对Fenton试剂强化涡流空化降解有机染料的动力学进行了研究。
采用SC—Fenton法处理活性艳红K-2BP的最佳实验条件为:H2O2与Fe2+的浓度比为4:1,溶液pH4.0,涡流压力0.8MPa时,经过70min反应,降解率可达91.81%,比单独使用Fenton试剂时降解率提高了26.97%。
采用SC—Fenton法处理酸性品红的最佳实验条件为:H2O2与Fe2+的浓度比约为5:1,溶液pH4.0,涡流压力0.8MPa时,经过70min反应,降解率可达98.15%,比单独使用Fenton试剂时降解率提高了23.76%。
实验发现:降低反应溶液的pH值有利于提高降解率;压力越大降解率越高;有机染料的初始浓度越低,降解率越高,但降解的总量还是高浓度时降解的量大;实验符合一级动力学过程。通过分析得出,涡流空化效应—Fenton试剂对有机染料的降解是—OH作用的结果,Fenton试剂添加能够提高·OH自由基的浓度,氧化降解活性艳红K-2BP、酸性品红等有机染料,进一步提高有机染料的降解率。