1、 1 毕业论文 开题报告 环境工程 Fenton 催化降解印染废水 一、选题的背景、意义 1.选题的背景 近年来，随着染料制造业和印染工业的迅速发展，染料的品种和数量不断增加，致使每年都要向水环境排放大量含染料的工业废水，据调查我国每年约有 1 6亿立方米的染料废水排放进入水环境中 1。我国的染料产量持续多年保持在世界之首。据染料工业生态及毒理协会调查统计，在染料的生产和使用过程中约有 10的染料以废水的形式流失到水体中，据此估算我国每年大约有 2万吨的成品染料以废水形式流失到水体中。染料废水具有色度大、有机污染物含量 高、组分复杂、水质变化和生物毒性大，以及难生化降解等特点，且染料朝着抗光解
2、、抗氧化的方向发展 2，使染料废水的处理难度进一步加大，其一直是国内外难处理的工业废水之一，我国已将染料废水的治理列为环境保护工作的重点。 印染废水是指印染加工过程中各工序所排放的废水混合而成的混合废水。印染废水水质随原材料、生产品种、生产工艺、管理水平的不同而有所差异，导致各个印染工序排放后汇总的废水组分非常复杂。随着染料工业的飞速发展和后整理技术的进步，新型助剂、染料、整理剂等在印染行业中被大量使用，难降解有毒有机成分的含量也越 来越多，有些甚至是致癌、致突变、致畸变的有机物，对环境尤其是水环境的威胁和危害越来越大。 2.选题的意义 印染废水处理的目的就是为了除去废水中的各种有害物质，防止
3、环境污染，使水能够重新利用。随着人口的不断增长和经济发展，加之水污染的日益严重，可利用的水资源数量日益短缺，造成水危机。这使得印染废水的处理是刻不容缓的。 同时， 在难降解有机废水处理中， Fenton法是研究和应用较多的一项技术，作为一种高级氧化技术 Advanced Oxidation Technologies(AOTs)，与其它高级氧化技术 (AOP)相比，具有快速、无毒、操作简单、无二次污染、对污染物的去除率高等优点，利用其超强氧化性能实现对难以降解物质的深度氧化，应用前景广阔 3。 Fenton试剂是 Fe2+和 H2O2的结合，二者能2 反应生成具有很高氧化活性的羟基自由基 OH。
4、 OH能使大多数有机物降解和矿化，尤其对毒性大、一般氧化剂难以氧化降解或生化难降解的有机废水具有较强的氧化能力和较高的降解率 4。 因此，本人认为，针对印染废水具有水量大、有机污染物含量高、水质变化大、色度高、难生物降解等特点，运用 Fenton 法进行降解是一种十分可行有效的 处理方法。 二、相关研究的最新成果及动态 近年来出现了许多关于 Fenton试剂处理有机污染物废水的研究报道。李绍峰 5等在Fenton降解水中活性染料的研究中指出，采用 Fenton试剂对活性艳红 X-3B，活性 K-2R，活性H-E7B，活性 X一 4RN和活性 S-F3B五种染料所配水样进行处理，染料浓度为 40
5、0mg L时，FeSO4浓度 100-180mg L， H2O2浓度为 200-400mg L， H2O2和 Fe2+化学计量数为 8/1-12/1之间，在 pH是 3，反应时问 为 lh，温度 25 ，色度去除达 95以上， COD去除率 60 -80。鲁璐 6等在 Fenton试剂预处理实际印染废水的实验研究中，通过正交实验确定了最佳操作条件为： 30 H2O2投加量为 5 mL L， FeSO47H20投加量 800mg L， pH值为 3. 45此时 H2O2/Fe2+摩尔比为 15.5， COD去除率为 33.4， BOD COD值从 0.139增加到 0.321，可生化性能的提高为
6、后续生物处理阶段提供了良好条件。 以上是单 Fenton试剂的研究，为进一步提高对有机物的去除效果，以标准 Fenton试剂为基础，通过改变和耦合反应条件，改善反应 机制，得到了一系列机理相似的类 Fenton试剂，如光 -Fenton试剂、电 -Fenton试剂、混凝 -Fenton试剂和微波 -Fenton试剂等。 在光 -Fenton试剂方面，刘勇弟等 7证明紫外光和 Fe2+对 H2O2的催化分解存在协同效应，即紫外光和 Fe2+共存时 H2O2分解速率远大于 Fe2+或紫外光时 H2O2分解速率的简单加和。这主要是由于反应式 Fe(OH)2+Fe 2+OH和反应式 Fe(ROO)2+
7、Fe 2+CO2+R的发生。 在微波 -Fenton试剂方面， Rudolph8等人研究了常压下 微波辐射降解土壤中对氯联苯，微波辐射 25 min后，多氯联苯的降解率达到 71% 98%。 Luigi C等 9研究了直接微波辐射溶液降解水中有机氯化物，在微波辐射 40120 min，有机氯化物的降解率为 80%87%。为了探索新的污染物消除方法，有些学者将微波与 Fenton试剂相结合，如 J. Sanz10研究了在微波照射下，利用 Fenton试剂降解酚类化合物等 。 三、课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、难点及预期达到的目标 3 1.研究内容 (1)用 Fenton试剂对印染
8、废水进行单一的单因素实验 ，以确定 Fenton处理印染废水的的各种因素的影响。主要包括 FeSO4浓度、 H2O2浓度、 pH值、反应时间以及 H2O2的投加方式等因素。 (2)对印染废水用 Fenton试剂法做正交实验，以确定实验的最佳操作条件。 (3)用实验所得出的最佳操作条件对实际印染废水进行处理。通过实验现象和结果，分析 Fenton试剂处理印染废水的效果。 2.研究方法 先将一定量的印染废水倒入反应器中，加入一定量的催化剂，调节 pH值到所需值，加入一定量的 H2O2，开启搅拌器使其充分混合均匀，反应一段时间之后进行沉淀。取上清液测各种参 数。以出水色度、 COD等的去除率、 pH
9、值的降低等一系列指标来验证此工艺是否可行。 3.研究难点 1.正交实验设计是安排多因素试验，寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法，是用部分试验来代替全面实验的， 它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析，当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂，从而引起数据处理时难度提升。 2.单因素实验过程中对各个影响因素的数据选择需要花不少的时间来反复确定。 4.预期目标 1. 了解掌握关于 Fenton 反应的羟基自由基理论及 OH 在降解废水时的特点。 2. 进一步熟 练 COD 的测定技术。 3. 分析 Fenton 试剂处理印染废水过程中各个影响因素的影响程度大小关系及最佳条件。
10、 4. 对该方法在工业化，实际运用方面的展望评价。 四、论文详细工作进度和安排 1、 2010 年 10 月 20 号 2010 年 10 月 31 号 通过学校图书馆、网络等方式收集毕业论文的相关资料并确定论文课题。 2、 2010 年 11 月 1 号 2010 年 11 月 30 号 继续查阅资料，构思论文框架，填写开题报告，整理实验方案。 3、 2010 年 12 月 1 号 2011 年 3 月 30 号 4 完成实验、并完成其他材料如外文翻译等等。 4、 2011 年 4 月 1 号 2011 年 4 月 30 号 完善补充实验数据，撰写毕业论文。 5、 2011 年 5 月 1
11、号 2011 年 5 月下旬 修改和完善毕业论文，准备答辩。 五、主要参考文献 1 周学双染料工业三废治理的发展方向 J 化工环保 ， 1992,15(6):333-336 2 陈一飞，施成良印染废水成分分析及净化处理技术 J四川丝绸， 2002,3(6):15-17 3 张乃东 ,郑威 Fenton 法在水处理中的发展趋势 J化工进展 ,2001,20(12):1-3 4 张国卿 ,王罗春 ,徐高 田 ,等 Fenton 试剂在处理难降解有机废水中的应用 J.工业安全与环保 ,2004,30(3):17-20 5 李绍峰 ,黄君礼 ,陶虎春 Fenton 降解水中活性染料的研究 J哈尔滨建筑
12、大学学报，2001,34(5):76-80 6 鲁璐 ,刘汉湖 Fenton 试剂预处理实际印染废水的实验研究 J环境科学与管理，2008,33(3):89-92 7 刘勇弟 ,徐寿昌紫外 Fenton 试剂作用机理及在废水处理中的应用 J环境化学 ,1994,13(4):302-306 8 Rudolph A,Abrarnovith,Huang Bang Zhou.Decomposition of PCB and other polychlorinaled aromatics in soil using microwave energyJ.Chemosphere,1998,37(8):142
13、7-1436. 9 Luigi Campenella,Raffoedla Cresti.Microwavesassisted photodegradation of pollutants. In: SPIE conference on environmental monitoring andremediation technologiesJ.Boston Mssochasetts Novenbe,1998,15(1):105-113. 10 Sanz J,Lombrana J I,De Iuis A M,et al.Microwave and Fentons reagent oxidation of wastewaterJ. Environ Chem Lett,2003,28(1):45-50.
