造纸污水光催化处理及过程控制系统的研究

【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TiO_2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TiO_2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,TiO_2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TiO_2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。 【关键词】：造纸污水 光催化法 TiO_2 太阳光 过程控制系统
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 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 PLC31-32
• 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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