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造纸污水光催化处理及过程控制系统的研究

作　者: 李翠翠
导　师: 沈文浩
学　校: 华南理工大学
专　业: 制浆造纸工程
关键词: 造纸污水光催化法 TiO2 太阳光过程控制系统
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 131次
引　用: 3次
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内容摘要

造纸工业是我国国民经济的重要产业之一,在面临巨大发展机遇的同时,也给环境带来了巨大的压力。其废水排放量巨大,已检测到的有机物污染物种类多于300种,其中很多是难降解、有毒的有机物。传统的造纸废水处理方法中,絮凝沉降法的COD与BOD的去除率有限,很难达到国家一级排放标准;碱回收工艺不适合中小造纸企业;生物化学法处理过程复杂,运行费用较高。为了解决上述问题,本文在用GC-MS方法分析广州某二次纤维造纸厂各工段污水成分的基础上,分别对TiO₂光催化法处理混合造纸污水和SBR生化处理后的污水进行了研究,并设计了间歇式光催化反应系统。首先分析各工段污水的成分,主要是脂肪酸、树脂酸及芳香族化合物。树脂酸类主要存在于制浆废水中,脂肪酸类、芳香酸及相关衍生物主要在澄清白水和混合废水中。通过对比:混合造纸污水中有机物质种类最多,真空泵密封水中有机物种类、含量均最少。根据各工段污水中的有机污染物含量的差异,指出了相关有机物在工艺过程中的踪迹,分析了它们的可降解性及可能对环境造成的危害。利用自制纳米TiO₂分别光催化处理混合污水及SBR生化后污水,结果表明最佳工艺皆为pH值3,TiO₂用量0.5g/L,6小时内反应速率最高。经过处理,混合造纸污水COD值降至103.0 mg/L,COD降解率为88.7%,SBR生化污水COD值降至75.2mg/L,COD降解率为73.7%。同时,利用金卤灯模拟太阳光,进行了太阳光光催化处理造纸污水的研究。提出光催化降解能力的概念Capphoto,混合造纸污水光催化系统的Capphoto为4.45×10-6J-1,SBR生化污水光催化系统的Capphoto为1.58×10-6J-1,高于其他科研者的数据。分析处理1吨造纸废水经济成本约为83元,使光催化处理污水的经济成本大大降低,但仍难以实际应用,利用太阳光作辅助光源及TiO₂胶体在中性条件下自然沉降的特性可进一步降低光催化处理成本。在造纸污水光催化处理工艺研究基础上,利用组态王6.53和西门子S7-200 PLC开发了间歇式污水光催化反应控制系统,实现了开关、泵、反应过程启停及pH值、液位等参数的在线监控、自动控制、数据库记录查询等功能,能随时对反应过程中的pH值、液位及反应时间进行控制。其中,采用三区段非线性PID控制算法对pH值的控制效果良好,响应速度快,控制精度高,避免了pH值的振荡现象,节约了酸、碱药品用量。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-34
  1.1 前言  12-13
  1.2 造纸废水污染现状  13-16
    1.2.1 造纸废水种类及来源  13-14
    1.2.2 造纸废水的危害  14-16
  1.3 造纸废水的传统处理技术  16-20
    1.3.1 生物处理法  16-17
    1.3.2 化学物理处理法  17-19
    1.3.3 土地处理及污灌  19
    1.3.4 综合法  19-20
  1.4 造纸废水的光催化处理法  20-29
    1.4.1 光催化反应原理及特点  20-21
    1.4.2 影响光催化反应的因素  21-24
    1.4.3 光催化技术在造纸废水处理中的研究与应用  24-27
    1.4.4 光催化污水处理器/系统的开发  27-29
    1.4.5 光催化法的发展方向  29
  1.5 控制系统软、硬件开发环境介绍  29-32
    1.5.1 人机界面开发软件  29-31
    1.5.2 西门子S7-200 PLC  31-32
  1.6 本论文研究目的、意义及主要内容  32-34
    1.6.1 研究目的及意义  32
    1.6.2 研究的主要内容  32-34
第二章二次纤维造纸厂水污染现状分析  34-48
  2.1 前言  34-35
  2.2 实验部分  35-37
    2.2.1 实验试剂  35
    2.2.2 实验仪器  35
    2.2.3 实验步骤  35-37
    2.2.4 GC-MS谱图解析及有机物含量分析  37
  2.3 结果与讨论  37-47
    2.3.1 GC-MS谱图解析  37-41
    2.3.2 造纸废水中有机污染物的分析  41-47
  2.4 本章小结  47-48
第三章造纸污水的絮凝-光催化处理的研究  48-67
  3.1 前言  48-49
  3.2 实验部分  49-52
    3.2.1 实验试剂  49
    3.2.2 实验仪器（装置）  49-50
    3.2.3 TiO_2 胶体的制备  50
    3.2.4 TiO_2 胶体的表征  50
    3.2.5 混合造纸污水的絮凝-光催化处理  50-51
    3.2.6 絮凝-光催化处理混合造纸污水的效果分析  51-52
  3.3 结果与讨论  52-66
    3.3.1 TiO_2 胶体表征的结果  52-57
    3.3.2 絮凝预处理  57-60
    3.3.3 混合造纸污水的光催化处理结果  60-63
    3.3.4 絮凝-光催化处理混合造纸污水的效果分析  63-66
  3.4 本章小结  66-67
第四章光催化深度处理SBR生化后造纸污水的研究  67-78
  4.1 前言  67-68
  4.2 实验部分  68-69
    4.2.1 SBR生化处理后造纸污水的成分分析  68
    4.2.2 光催化深度处理SBR生化后的造纸污水  68
    4.2.3 光催化深度处理SBR生化后造纸污水的效果分析  68-69
    4.2.4 太阳光光催化处理造纸污水  69
  4.3 结果与讨论  69-77
    4.3.1 SBR生化处理后造纸污水的成分分析  69-71
    4.3.2 光催化深度处理SBR生化后造纸污水  71-74
    4.3.3 光催化深度处理SBR生化后造纸污水的效果分析  74
    4.3.4 太阳光光催化处理造纸污水  74-77
  4.4 本章小结  77-78
第五章造纸污水光催化反应控制系统的开发  78-104
  5.1 前言  78-80
  5.2 硬件部分  80-84
    5.2.1 PLC选型  81
    5.2.2 PLC的I/O资源配置  81-83
    5.2.3 其他硬件配置  83-84
  5.3 软件部分  84-91
    5.3.1 pH控制系统  84-87
    5.3.2 液位控制系统  87-88
    5.3.3 反应终点控制系统  88-89
    5.3.4 上位机人机界面  89-91
  5.4 结果与讨论  91-100
    5.4.1 pH值控制  91-94
    5.4.2 液位控制  94-96
    5.4.3 ORP软测量光催化过程COD值的探讨  96-98
    5.4.4 造纸废水的光催化处理实验  98-100
  5.5 工艺、经济指标的分析对比  100-103
    5.5.1 工艺指标分析对比  100-101
    5.5.2 经济指标分析对比  101-103
  5.6 本章小结  103-104
结论与展望  104-106
参考文献  106-116
攻读硕士学位期间取得的研究成果  116-117
致谢  117

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