基于微气泡爆破生成羟基自由基处理印染废水中聚乙烯醇的效能与机理

Desizing wastewater mainly contains polyvinyl alcohol (PVA) with very high concentration,which is very hard to be degraded by microorgisms.Many attempts have been made to treat desizing wastewater, but most of them are not effective or not economically feasible.The applicant has demonstrated that hydroxyl free-radicals could be generated by the collapse of air microbubbles.The microbubble-collapse technique is a new kind of advanced oxidation process (AOP). It could be an energy-saving process because air is the oxidant and the reaction condition is very moderate. However,the treatment of organic contaminants by the collapse of microbubbles still shows relatively low effeciency, and the mechanism is still not clear..In this research, we attempt to search for effective and stable catalysts to enhance the generation of hydroxyl radicals.Two kinds of hydraulic shearing methods will also be applied to enhance the collapse of microubbles.The degradation efficiency of PVA will evaluated under various conditions and its degardation mechanism will be discussed. Different typs of gas source will be used to generate microubbles and the free radecas will be dectected during the microbubble collapse..Our findings in this research will greatly increase the potential of the microbubble-collapse technique for use in the field of wastewater treatment like PVA containing textile wastewater. Microbubble-collapse technique could be a promising candidate for practical applications in the field of wastewater treatment.

印染废水中的聚乙烯醇（PVA）退浆废水由于有机物浓度高，生物降解性差，传统生物处理工艺很难彻底降解，其他现有的处理技术大都受到处理成本和能耗的制约。申请人在前期研究中发现微气泡爆破可生成羟基自由基，该技术采用空气中氧气作为氧化剂故原料简单易入手，且反应条件温和，和常用的高级氧化技术相比具有降低能耗的潜力。然而，利用微气泡爆破的高级氧化技术还存在一些技术难题：降解有机物的效能亟待改善，反应机理还不明确。因此，本课题以微气泡爆破生成自由基为技术核心，以印染废水中的PVA为目标污染物，通过催化剂强化和水力剪切强化促进微气泡爆破中自由基的生成，在此基础上对处理印染废水中PVA的降解效能和机理展开系统研究，同时通过检测不同气源微气泡爆破生成的自由基来探索其反应机理。本项目的成功实施，将为类如PVA印染废水的难降解污水的处理提供一条新的技术路线，对于解决我国现阶段的水污染问题具有重要的现实意义。

研究背景：印染废水中的聚乙烯醇（PVA）退浆废水由于有机物浓度高，生物降解性差，传统生物处理工艺很难彻底降解，其他现有的处理技术大都受到处理成本和能耗的制约。申请人在前期研究中发现微气泡爆破可生成羟基自由基，该技术采用空气中氧气作为氧化剂故原料简单易入手，且反应条件温和，和常用的高级氧化技术相比具有降低能耗的潜力。然而，利用微气泡爆破的高级氧化技术还存在一些技术难题：降解有机物的效能亟待改善，反应机理还不明确。.主要研究内容：本课题以微气泡爆破生成自由基为技术核心，以印染废水中的PVA为目标污染物，通过催化剂强化和水力剪切强化促进微气泡爆破中自由基的生成，在此基础上对处理印染废水中PVA的降解效能和机理展开系统研究，同时通过检测不同气源微气泡爆破生成的自由基来探索其反应机理。首先，从催化剂的改良和水力剪切的强化两个方向促进微气泡爆破过程中自由基的生成，对于微气泡强化爆破技术降解PVA的效能进行了分析，优化了其工艺参数。然后，观察了气源中氮气和氧气分别对于微气泡爆破生成自由基种类及浓度的影响。.重要研究成果和关键数据：遴选出了能够高效催化微米气泡爆破产生羟基自由基的催化剂，并优化了该催化剂催化降解偶氮染料过程的反应条件，分析了降解机理。研究发现零价铜和零价铁对于微米气泡降解甲基橙和聚乙烯醇的催化效果最佳，减小零价铜的颗粒粒径至纳米尺度可以有效提高反应速率，但是采用纳米零价铁时微米气泡对于降解聚乙烯醇反应速率没有影响。该研究成果发表在Ultrasonics Sonochemistry上，纳米零价铜联合微米气泡爆破处理印染废水的技术申请了发明专利。.设计并优化了水力剪切强化微气泡爆破的水处理系统，通过实验研究发现该系统对于铜绿微囊藻具有直接去除和生长抑制的作用，机理研究表明微气泡的水力爆破可导致藻体叶绿素含量和光合作用强度明显下降，即对光合作用系统产生影响与破坏。该成果发表在Water Research 和 Chemosphere上。.科学意义：本项目开发的基于微米气泡爆破生成羟基自由基的技术是一种新型的高级氧化技术，反应条件的优化和反应机理的探讨为该技术的推广应用提供了基础理论，同时本项目成果为类如PVA印染废水的难降解工业废水的处理提供一条新的技术路线。.