AMSE 材料科学与工程的发展 1687 - 8442 1687 - 8434 Hindawi出版公司 679206年 10.1155 / 2012/679206 679206年 研究文章 治疗滤色器的废水由菲涅耳透镜增强太阳能Photo-Fenton过程 郭 Wen-shiuh 1 吴 吴嘉苓 黄 Yu-Pei 部门的安全、健康和环境工程 国立联合大学 美芳36063 台湾 nuu.edu.tw 2012年 10 04 2012年 2012年 17 02 2012年 27 03 2012年 2012年 版权©2012 Wen-shiuh郭和吴吴嘉姈。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

颜色使用太阳能photo-Fenton过滤废水过程的治疗增强high-concentrating菲涅耳透镜研究。基于响应面方法的最优反应条件(RSM)建立了一个初始pH值下的5 (H2O2]0/鳕鱼01的比例 ~1.35 (H2O2]0/(铁2 +]015的比例为60分钟的反应时间,从而达到容易生物降解程度,也就是说,生物降解性(BOD5/废水的COD)超过0.3。菲涅耳透镜的协助下,太阳能photo-Fenton过程增加了COD降解率和矿化速率的4.5和6.5倍,分别。此外,microtoxicity(涂50)的废水几乎是减少后60分钟的治疗,而治疗的microtoxicity废水没有菲涅耳透镜的援助仍然是你50值为1.166。这可能主要是由于太阳能集中菲涅耳透镜的影响,导致增加了2 ~3倍的太阳能光强度和提高热辐照15 ~30°C的废水温度。这些结果表明,太阳能可以集中有效地利用菲涅耳透镜和显示重大促进作用photo-Fenton废水反应治疗的彩色滤光片。

 1。介绍

有机废水的滤色器行业通常包含很多残差如TMAH (C4H13没有),PGMEA (C6H12O3)、丙烯酸树脂和颜料,它是可变成分和强度在不同阶段的过程。废水通常具有很高的化学需氧量(COD),低生物降解性(BOD5/ COD)、和microtoxicity暗示耐火有机质的存在。因此,生物处理过程是治疗敏感的颜色过滤废水。相反,活性炭吸附或凝固是常用的。然而,新的环境法律可以考虑花吸附剂或污泥作为危险废物和需要进一步治疗。因此,深入研究新技术与更高的效率和更少的浪费产生刺激。因此,先进的氧化过程(aop)曾被描述为一个有前途的选项来删除持久性污染物从受污染的水 1)当传统水处理过程不够高效。aop能够产生高度活性,特异性的氧化剂,主要是羟基自由基( 哦 ∙ )。氢氧自由基具有固有的属性,使它能够攻击耐火材料在水中有机污染物达到完全矿化。然而,光子与人工光源的生产需要大量的电能需求和紫外灯消费,主要在aop(高运营成本 2]。

另外,太阳能是无限的,其利用生态良性的。在废水处理领域,太阳能技术被广泛用作替代紫外线灯在aop(降低操作成本 3]。特别是,photo-Fenton过程使用太阳能辐照作为一种经济上可行的过程,近年来引起了极大的兴趣 4]。然而,太阳能photo-Fenton过程通常是由使用太阳能直接照射,导致太阳能的吸收和利用率较低( 5]。提高太阳能photo-Fenton过程的效率,有必要最大限度的吸收太阳能。

在这项研究中,废水的降解和矿化的彩色滤光片使用太阳能photo-Fenton过程增强了high-concentrating菲涅耳透镜进行了研究。这个镜头是由PMMA塑料材料。响应面方法(RSM)来获得最优反应条件的关键工艺参数(初始废水的pH值,(H2O2]0/鳕鱼0和[H2O2]0/(铁2 +]0)达成容易生物降解程度的颜色过滤废水。此外,菲涅耳透镜对治疗的影响性能的COD降解效率、矿化效率,生物降解性,microtoxicity颜色过滤废水的研究。

 2。材料和方法 2.1。材料

本研究中使用的颜色过滤废水来自一个光电产业工厂位于新竹,台湾。滤色器浪费的特点如表所示 1。基本上,颜色过滤废水高COD的性质,与microtoxicity低生物降解能力,。过氧化氢(H2O2)浓度的35%是由Panreac有限公司。 FeSO 4 · 7 H 2 O (欧盟Panreac有限公司)的纯度为99%被用作亚铁离子的来源。本研究中使用的所有其他化学物质分析品位和作为收到。

颜色过滤废水的特征。

项 范围
pH值 10.4 ~ 10.7
紫外线254年 2.000 ~ 2.046
鳕鱼,mg / L 1674 ~ 1766
生化需氧量5mg / L 152 ~ 230
生化需氧量5/鳕鱼 0.08 ~ 0.13
TOC, mg / L 405 ~ 430
党卫军,mg / L 2.4 ~ 3.0
TS, mg / L 1145 ~ 1440
颜色(第十一条值) 1100 ~ 1400
2.2。程序

所有实验都是在一个批处理模式。1 l玻璃烧杯包含200毫升的滤色器使用废水和维护在一个预设的温度水浴中实验。肠胃病用药*三级RSM实验设计有三个复制在中心点如表所示 2是应用。颜色过滤废水放入photoreactor和通过人工太阳辐照光的强度500 W / m2通过使用阿特拉斯是我CPS +太阳能模拟器(美国阿特拉斯有限公司)。在实验过程中,酸碱重点监控的解决方案是使用一个表(sp - 701 -李120,Suntex有限公司台湾)配备了玻璃电极。样本退出了反应堆的反应时间60分钟,检测H2O2消费根据卖方的方法报道( 6)和铁是铁2 +离子由铁(II) / 1、10-phenanthroline复杂在510纳米 7)使用日立(日本)立即u - 2001分光光度计,然后淬火与亚硫酸氢钠,以避免进一步的反应。剩余的样品被储存在4°C的承认后,COD、TOC、BOD5和microtoxicity分析。

实验过程中独立变量的范围和水平。

独立变量 因素 范围和程度
−1 0 + 1
初始pH值 X 1 3 4 5
g H2O2/ g鳕鱼 X 2 1.0 1.5 2。0
( H 2 O 2 ] 0 / ( 菲 + 2 ] 0 X 3 5 10 15

作为工艺参数的最优值是RSM的基础上开发应用程序和相关方程,菲涅耳透镜是由PMMA(厚度:2毫米,距:0.5毫米,方面深度:0.2毫米,菲涅耳圈:395)被添加到太阳能photo-Fenton系统的距离16厘米以上级别的废水。研究菲涅耳透镜的影响,类似的反应堆没有菲涅耳透镜也执行相同的实际的太阳能辐射。photoreactor使用菲涅耳透镜的原理图如图 1。

原理图的太阳能photoreactor也没有菲涅耳透镜。

 2.3。分析方法 2.3.1。颜色测量颜色过滤废水

博士4000分光光度计(美国哈希有限公司)是用于测色的承认(美国染料制造商协会)值。脱色效率计算的基础上承认减少颜色过滤废水。

 2.3.2。COD和TOC测量

废水的COD(化学需氧量)是通过一个4000光度计博士(美国哈希有限公司)通过使用K2Cr2O7试剂。TOC(总有机碳)的废水由岛津制作所测量VCPH分析仪(日本岛津制作所有限公司)。

 2.3.3。BOD 5 <子> < /订阅>测量

生化需氧量5测试是根据程序中描述的标准测量方法( 75210 d)部分。细菌(2000 ~ 4000 mgMLSS / L)中使用这个测试是获得本地激活污泥系统,操作在工业污水处理厂。数据表明,BOD5废水未经处理的滤色器的价值在这个研究是0.08 ~0.13,这表明颜色过滤废水不易生物降解。

 2.3.4。Microtoxicity测量

每个样本测量使用的microtoxicity SDI M500分析仪(美国SDI有限公司)。Microtoxicity表示为欧共体50(5分钟、15°C),它被定义为解决方案的有效浓度降低50%的发光细菌 发光细菌phosphoreum。较低的电子商务50值表示更高的有毒成分在污染物的解决方案。欧共体50值表示为百分数(% v / v)的示例 8, 9]。此外,电子商务50值可能会转化为毒性单位(你50),这等于1 / EC50。欧共体50废水的滤色器测量,它是76年 ~78%。毒性单元(图50),因此,在1.25的范围 ~1.30颜色过滤废水。在这项研究中,你50值被用来跟踪颜色过滤废水毒性的变化由于太阳能photo-Fenton治疗。

 3所示。结果与讨论 3.1。优化太阳能Photo-Fenton废水处理的彩色滤光片

RSM应用程序的基础上,实证颜色过滤废水的生物降解性能之间的关系 ( Y ) 和独立变量研究显示如下: Y 薄 D 5 / 鳕鱼 = 0.4770 + 0.0066 X 1 + 0.0968 X 2 - - - - - - 0.1251 X 3 - - - - - - 0.0374 X 1 2 - - - - - - 0.0291 X 2 2 - - - - - - 0.0084 X 3 2 - - - - - - 0.0795 X 1 X 2 - - - - - - 0.0628 X 2 X 3 - - - - - - 0.0565 X 2 X 3 , r 2 = 0.904 。

回归模型( 1)有一个高价值的确定系数( r 2 > 0.9 0 )。这意味着流程效率可以通过多项式回归方程预测正常条件下的研究。基于该模型方程,建立了工艺参数的最优值作为5的pH值下,(H2O2]0/鳕鱼0比1 ~ 1.35,(H2O2]0/(铁2 +]015的比例为60分钟的反应时间,从而达到容易生物降解程度,也就是说,生物降解性(BOD5/废水的COD)超过0.3。为了确定最优条件下,五个复制 t 以及进行分析。结果表明,BOD的平均值5/鳕鱼是0.306和95%的置信区间BOD5/鳕鱼是0.290 ~ 0.322。因此,这一研究获得的最优条件的可信度是可以接受的。

 3.2。菲涅耳透镜对废水的降解效率的影响

基本上,它发现太阳能菲涅耳透镜的集中效应可能导致增加2 ~ 3倍的太阳能光辐照和提高热辐照在15 ~ 30°C的废水温度在这个研究。图 1显示,菲涅耳透镜对COD和TOC退化的影响颜色过滤废水的效率。如图 2,85%的鳕鱼和70%的TOC退化的颜色过滤废水实现了菲涅耳透镜的协助下,相比之下,48%的鳕鱼和32%的太阳能photo-Fenton TOC退化过程的太阳辐照1000 W / m2观察在60分钟。颜色过滤废水的脱色效率使用菲涅耳透镜也增加了17%。此外,发现颜色过滤废水的降解效率使用菲涅耳透镜的反应时间30分钟高于没有菲涅耳透镜的援助在60分钟的反应时间。这可能是由于更高的光照射,因为水温度之间的反应速率增加过氧化氢和任何形式的铁/铁离子,因此增加了氧化物种的生成率等 哦 ∙ 激进的( 10]。类似的现象的研究还发现将et al。 11]。其结果表明,TOC降解苯酚废水的效率是45%和55%的太阳能辐射450 W / m2和750 W / m2,分别。此外,该研究的结果的罗德里格斯et al。 12)表明,纺织废水的降解效率而增加水的温度明显改善photo-Fenton 30°C到60°C的过程。

菲涅耳透镜对降解效率的影响的鳕鱼(a)和(b) TOC太阳能photo-Fenton颜色过滤废水的过程(初始pH值:5.0;H2O2/鳕鱼= 1.25 g / g;[H2O2]0/(铁2 +]0= 15)。

定量分析的影响菲涅耳透镜颜色过滤废水的降解符合一级模型应用于获得速率常数。发现这两个颜色过滤废水的COD和TOC降解效率有或没有菲涅耳透镜后符合一级反应动力学的高相关系数 ( r 2 > 0.9 0 ) (表 3)。很明显,显著增强颜色过滤废水的降解率是通过使用菲涅耳透镜。如表中所示的速率常数 3,颜色过滤废水的COD降解率和矿化率增加了4.5和6.5倍,分别主要是由于紫外线a + b光强度增加援助的菲涅耳透镜的2.5倍。

菲涅耳透镜对废水的降解速率常数的彩色滤光片。

太阳能Photo-Fenton过程 k 一个 鳕鱼 、最小值−1 k b TOC 、最小值−1 c紫外线a + bW /米2
没有菲涅耳透镜 0.0076 ± 0.00079 0.003 2 ± 0.00050 54.82
用菲涅耳透镜 0.03 42 ± 0.00232 0.020 8 ± 0.00170 138.09

*操作条件:pH0:5.0、1.25 g H2O2/ g鳕鱼,H2O2]0/(铁2 +]0= 15。

k 一个 鳕鱼 :根据COD的降解符合一级速率常数解95%置信系数。

k b TOC :基于TOC的降解符合一级速率常数解95%置信系数。

c紫外线a + b:紫外线强度(280 - 400 nm)。

 3.3。菲涅耳透镜对废水的生物降解性能的影响

滤色器的氧化程度和生产中间体废水太阳能photo-Fenton治疗期间可能会影响显著的生物降解性解决方案( 13]。平均氧化态(代谢)可以用来监测氧化度的变化( 14]。计算的平均氧化态有机碳 先进的 = 4 - - - - - - 1.5 × 鳕鱼 TOC , 单位的COD和TOC的摩尔O2分别/ L和摩尔C / L。《超能值表明化学物质的废水氧化。更高的市场价值意味着更高的氧化程度。从理论上讲,假如有一个+ 4的公司的价值2、最氧化状态的C和CH−44,最减少碳的状态。如图 3污水未经处理的彩色滤光片有《超能值 −《超能值增加到1.37和2.07 −0.42 60分钟的反应时间和不使用菲涅耳透镜,分别。这个结果暗示更高程度的氧化发生在Fresnel-lens-assisted系统。图 4菲涅耳透镜对身体的影响5废水/鳕鱼的彩色滤光片。发现Fresnel-lens-assisted太阳能photo-Fenton过程可以改善而且颜色过滤废水的生物降解性。所需的反应时间达到一个现成的废水生物降解性的标准,一个人5/ COD值为0.3时通常是选择,并不因此Fresnel-lens-assisted系统。

菲涅耳透镜对代谢的影响太阳能photo-Fenton颜色过滤废水的过程(初始pH值:5.0;H2O2/鳕鱼= 1.25 g / g;[H2O2]0/(铁2 +]0= 15)。

菲涅耳透镜对颜色过滤废水的生物降解性太阳能photo-Fenton过程(初始pH值:5.0;H2O2/鳕鱼= 1.25 g / g;[H2O2]0/(铁2 +]0= 15)。

 3.4。菲涅耳透镜的Microtoxicity废水的效果

菲涅耳透镜的影响在太阳能photo-Fenton microtoxicity颜色过滤废水过程如图 5。发现颜色的microtoxicity过滤废水显然增加了15分钟的反应时间,这可能是由于更多的有毒中间体生成的初始反应阶段。的研究也得到了相似的结果冈萨雷斯et al。 8]。然而,你50价值下降几乎为0 Fresnel-lens-assisted系统反应进行到60分钟,而太阳能photo-Fenton过程没有菲涅耳透镜的仍然是你50值为1.116。

菲涅耳透镜效应的microtoxicity颜色过滤废水在太阳能photo-Fenton过程(初始pH值:5.0;H2O2/鳕鱼= 1.25 g / g;[H2O2]0/(铁2 +]0= 15)。

 4所示。结论

菲涅耳透镜的协助下,太阳能photo-Fenton过程的有效性大大增强的COD降解率、矿化率和颜色过滤废水的生物降解性。此外,你50废水的价值几乎是减少后60分钟的治疗,而治疗的microtoxicity废水没有菲涅耳透镜的援助仍然是你50值为1.166。这可能主要是由于太阳能集中菲涅耳透镜的影响,导致增加2 ~ 3倍的太阳能的光强度和提高热辐照温度15 ~ 30°C的废水。因此,太阳能可以集中有效地利用菲涅耳透镜和显示性能的显著促进作用太阳能photo-Fenton过程废水治疗的彩色滤光片。

 承认

作者感谢国家科学委员会,台湾,对金融支持(NSC 98 - 2221 - e - 239 - 004)。

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