废水的催化还原处理技术：原理及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《废水的催化还原处理技术：原理及应用》从工业废水中毒害有机物难以被化学氧化却较易被化学还原的共性出发，从硝基芳香烃类、偶氮类、高氯代烃和芳香烃类化合物的难生物降解性人手，阐述了催化还原处理技术的原理、应用及新发展状况，书中还给出了实际运行效果理想的工程应用实例。全书分为三篇：第1篇为基础篇，论述了催化内电解法还原转化毒害有机物的理论基础及原理，并以典型毒害有机物系列为对象，阐述催化内电解法电化学还原的可行性与还原转化规律。第2篇为工艺篇，论述了催化铁内电解法处理技术与工艺，介绍工艺的构成，处理化工、印染等行业废水的工艺流程，以及实际工程应用情况。第3篇为发展篇，论述了催化铁内电解法除还原作用以外的功能拓展，介绍了催化铁法与生物法耦合的两种脱氮除磷工艺、曝气催化铁混凝工艺以及利用催化铁其他特点处理废水的工艺；并利用镀阴极手段，描述了催化铁内电解反应电极表面微观变化，为工艺开发提供了理论依据；最后展望了催化铁内电解法的发展。
　　《废水的催化还原处理技术：原理及应用》可作为水处理领域的科研人员、工程技术人员的参考读物，也可作为高等院校相关专业本科生、研究生教学参考书。

内页插图

目录

序
前言

第1篇 内电解还原转化毒害有机物基础研究
第1章 毒害有机物主要类别及内电解还原法
1．1 毒害有机物主要类别及还原方法
1．1．1 毒害有机物主要类别
1．1．2 同系有机物毒害和抑制性规律
1．1．3 毒害有机物还原产物及可生化性
1．1．4 毒害有机物的还原方法
1．2 内电解法处理污水的机理
1．2．1 内电解法的发展
1．2．2 阴极电化学催化作用的理论基础
1．2．3 铜电极催化效果的实验验证研究
1．2．4 催化内电解法与传统内电解法性能的比较
第2章 内电解反应还原有机物脱氯脱硝基
2．1 内电解法用于氯代有机物脱氯
2．1．1 金属催化还原体系的制备和表征
2．1．2 氯代有机物脱氯效果
2．1．3 氯代有机物的动力学方程
2．1．4 氯代有机物脱氯反应机理
2．1．5 脱氯规律
2．2 内电解法用于硝基苯类物质脱硝基
第3章 内电解反应还原染料有机物脱色
3．1 催化铁内电解对偶氮染料有机物转化的效果及电化学分析
3．2 酸性偶氮染料的降解研究
3．2．1 四种酸性偶氮染料的脱色降解
3．2．2 四种酸性偶氮染料的降解产物分析
3．3 活性染料的降解研究
3．3．1 三种活性偶氮染料的脱色降解
3．3．2 三种活性偶氮染料的降解产物分析
3．4 阳离子偶氮染料的降解研究
3．4．1 三种阳离子偶氮染料的脱色降解
3．4．2 三种阳离子偶氮染料的降解产物分析
3．5 其他类染料的降解研究
3．5．1 直接大红4BS的脱色效果
3．5．2 中性深黄GL的脱色效果
3．5．3 直接大红4BS和中性深黄GL的降解产物分析
3．6 12种染料物质脱色效率与电化学特性比较
3．7 催化铁内电解对含有染料废水的脱色和COD去除效果
3．8 混凝与还原作用对染料废水脱色的贡献
3．9 催化铁内电解法对染料废水脱色效果的影响因素分析
3．9．1 试验方法
3．9．2 影响因素的正交试验设计
3．9．3 单因素试验
第4章 有机物还原特性及催化铁内电解反应影响因素
4．1 循环伏安分析法在废水内电解处理领域的应用
4．1．1 循环伏安分析法的原理
4．1．2 阴极材料对内电解法还原效果的影响
4．1．3 不同性质的偶氮染料在铜电极上的电还原特性
4．2 催化铁内电解材料的制备与表征
4．3 催化铁内电解反应的影响因素
4．3．1 多种催化铁内电解体系性能的对比
4．3．2 反应动力学研究与影响因素
4．4 催化铁内电解体系性能的稳定性
4．4．1 催化铁内电解体系反应性能
4．4．2 催化铁内电解体系的表面特征分析
4．4．3 溶液pH和溶解态铁浓度的变化
4．5 催化铁内电解还原反应机理
4．5．1 含Fe（Ⅱ）化合物的还原作用
4．5．2 微观原电池的作用
4．5．3 双金属原电池的作用
第5章 毒害有机物电解还原法
5．1 偶氮染料物质的电解还原
5．1．1 直接电解法还原偶氮染料
……
第2篇 催化铁内电解法处理技术与工艺
第3篇 催化铁内电解方法拓展
参考文献

前言/序言

　　在水污染控制领域的实践中，常见的棘手问题是难降解工业废水的处理。这不仅是个技术问题，而且涉及废水处理的总体规划，即工业废水从工厂污水处理站，到工业园区和城市污水处理厂重复使用生物处理方法的效果和合理性。人们不禁要问：含有难降解和毒害有机物的工业废水是否适宜生物法处理？这些污染物质是否会“穿透”处理系统？由此，人们希望在工业废水处理方面能有与生物处理法在功能上相互弥补的技术。目前，对于水量大、水质复杂的工业废水（如化工园区废水），除化学混凝外，缺乏实用的物理化学处理方法。尽管研究成果表明，高级氧化方法对难降解和毒害有机物有良好的处理效果，但一般情况下该方法仅适用于小水量、高浓度的工业废水。因此，开发经济可行、能与生物方法互补与耦合的物理化学处理工艺，对工业废水处理具有重要的意义。
　　我一直从事生物处理工艺研究，接触到很多难降解工业废水处理难题，并逐渐认识到工业废水中毒害有机物的一些共性：如硝基芳香烃类、偶氮类、高氯烃和芳香烃类化合物，它们难以化学氧化，却较易化学还原，且还原转化后的产物对微生物的毒性和抑制性大大减弱，可生物降解性提高；同时发现内电解方法可以产生良好的电化学还原效果。2002年主持承担了国家“863计划”——高级催化还原技术与设备，由此开始了催化还原技术研究与开发的新阶段。
　　课题组研究工作最早是从催化铁内电解方法作为生物预处理工艺开始的，在处理化工区综合废水的过程中，发现该工艺不仅达到了转化工业废水中的毒害有机物、提高废水可生化性的目的，而且起到了化学除磷和强化生物脱氮的效果。随后，开展了催化还原方法还原转化毒害有机物（氯代有机物、硝基苯类、偶氮类等）的系列基础研究，并利用电化学工作站和X射线衍射等手段，尝试弄清有机物在电极表面的电化学行为。针对不同行业废水，开发出多种形式的催化内电解工艺，并尝试与生物处理方法结合，形成了催化铁与生物方法耦合的两种脱氮除磷工艺。利用催化铁工艺形成铁离子的特点，拓展应用范围，形成曝气催化铁、催化铁去除表面活性剂等多种工艺。最令我们欣慰的是：催化铁内电解法得到了大规模的工程运用，且实际运行效果十分理想。由此，形成了本书的基本内容和框架，即本书分为三篇：第1篇为基础篇，论述了催化内电解法还原转化毒害有机物的理论基础及原理，并以典型毒害有机物系列为对象，阐述催化内电解法电化学还原的可行性与还原转化规律。第2篇为工艺篇，论述了催化铁内电解法处理技术与工艺，介绍工艺的构成，处理化工、印染等行业废水的工艺流程，以及实际工程应用情况。第3篇为发展篇，论述了催化铁内电解法除还原作用以外的功能拓展，介绍了催化铁与生物方法耦合的两种脱氮除磷工艺、曝气催化铁工艺以及利用催化铁其他特点处理废水的工艺；利用镀阴极手段，描述了催化铁内电解反应电极表面微观变化，为工艺开发提供了理论依据；最后展望了催化铁内电解法的发展。
　　本书所称催化还原处理技术指带有宏观阴极的内电解技术，由于传统的内电解技术没有强调还原作用对转化毒害有机物的贡献，忽视了阴极电极的电化学催化作用，所以采用本书名以区分。
　　本书内容是课题组全体师生辛勤劳动的成果，绝大部分来自课题组的研究生学位论文和博士后出站报告。作者对六年来各位研究生做出的创造性劳动表示由衷的感谢，他们是：吴德礼、王红武、樊金红、支霞辉、黄理辉、涂传青、葛利云、丁志刚、赖世华、刘剑、叶张荣、冯俊丽、肖华、刘剑平、罗亮、卢毅明、石晶、张艳、金璇、孙必鑫、闵乐、曾小勇。在执行国家“863计划”（项目编号2002AA601270）课题过程中，高廷耀先生给予了我们关键性的指导，徐文英、周荣丰、张善发、陈玲等老师也做出了重要的贡献，在此一并表示感谢。最后，还要感谢李国建老师对本书的校对和樊金红、王红武、吴德礼所做的文字工作。
　　课题组在催化还原领域继续进行着研究工作，目前除国家“863计划”外，还得到了教育部、上海市科学技术委员会、江苏省科技厅的资助，研究已取得了有价值的成果，如催化还原技术转化环境激素类物质、催化铁与水解酸化方法耦合等，由于篇幅所限，这些成果没能一一介绍。限于作者业务水平和精力的原因，本书肯定存在不少缺点和错误，恳请读者予以批评指正。

现代水处理技术：深度净化与资源回收的前沿探索 图书简介 本书系统梳理了当前水处理领域中一系列前沿且高效的深度净化技术，旨在为环境工程师、水处理专业研究人员以及相关行业从业者提供一个全面、深入的技术参考手册。本书聚焦于如何应对日益严峻的水质挑战，特别关注那些传统工艺难以有效去除的新型污染物以及实现水资源循环利用的关键技术路径。 全书内容结构严谨，从水质污染的本质特征入手，逐步过渡到各类高级氧化、膜分离、吸附及生物修复技术的机理、设备选型、工程应用与经济性评估。我们力求在理论深度与工程实践之间架起一座坚实的桥梁。 第一部分：水质挑战与深度净化需求 本部分首先阐述了当前全球水环境面临的主要挑战，不仅仅局限于常规污染物（如BOD、COD、悬浮物）的控制，更深入探讨了微量有机污染物（PPCPs）、内分泌干扰物（EDCs）、全氟和多氟烷基物质（PFASs）等“新兴污染物”（CECs）的来源、毒理学效应及其在水体中的迁移转化规律。通过对这些复杂污染物的深入剖析，本书论证了传统活性污泥法等一级、二级处理技术在应对现代工业和生活废水复杂性方面的局限性，从而引出了发展和应用高效深度净化技术的迫切性。同时，本部分也探讨了水循环利用的国家政策导向和技术标准要求，为后续章节奠定理论基础。 第二部分：高级氧化技术（AOPs）的效能与优化 高级氧化技术是实现难降解有机物深度去除的核心手段之一。本书详细介绍了臭氧氧化（O₃）、芬顿/类芬顿反应（Fenton/Fenton-like）、紫外/过硫酸盐（UV/PDS）体系、光催化氧化（TiO₂ Photocatalysis）等主流AOPs的反应动力学、自由基（如羟基自由基•OH、硫酸根自由基•SO₄⁻）的生成机制及其选择性。 重点内容包括： 1. 反应器设计与优化： 探讨了不同氧化剂投加方式、反应pH值、催化剂负载技术对氧化效率的影响，并对比了微反应器与传统釜式反应器的适用性。 2. 催化剂的创新： 深入分析了铁基、碳基材料在类芬顿反应中提高稳定性和去除效率的潜力，以及非均相光催化剂的制备与光电协同效应。 3. 自由基的调控： 阐述了通过添加特定捕获剂或改变反应条件来调控优势氧化自由基的策略，以期提高对特定目标污染物的去除效率并减少不必要的副产物生成。 第三部分：膜分离技术在水处理中的集成应用 膜技术因其截留效率高、占地面积小等优点，已成为水处理领域不可或缺的一部分。本书对微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）进行了系统性的阐述，并着重分析了在高回收率和高污染负荷条件下的应用挑战。 膜污染的控制与清洗： 详细分析了膜污染的机理（包括有机物、胶体颗粒和微生物引起的污染），并提出了化学清洗方案（酸洗、碱洗、氧化清洗）的优化策略，以及动态预处理技术（如气液反冲洗）的应用。 正渗透（FO）技术： 专门开辟章节讨论了正渗透技术在废水零排放（ZLD）和低能耗浓缩领域的应用前景，包括选择合适的拉索液（DSW）及其回收技术。 膜生物反应器（MBR）： 结合了生物降解与膜分离的MBR技术，重点讨论了高污泥浓度下的传质阻力、丝状菌控制以及膜通量衰减的长期监测与预测模型。 第四部分：吸附与离子交换的精细化管理 吸附和离子交换是处理痕量、高选择性污染物（如重金属离子、阴离子染料、微量有机物）的有效手段。本书超越了对传统活性炭的简单介绍，重点关注了新型功能化吸附材料的研发。 金属有机框架（MOFs）与共价有机框架（COFs）： 介绍了这类具有高比表面积和可设计孔道结构的材料在选择性吸附重金属和特定有机分子方面的巨大潜力。 选择性离子交换树脂： 针对特定离子的交换动力学、再生效率的优化，以及在水体除盐和特定元素回收中的应用案例。 吸附剂的再生与循环利用： 探讨了热再生、溶剂萃取再生以及电化学再生方法对吸附剂寿命和运行成本的影响。 第五部分：集成系统设计与资源化路径 现代水处理的发展趋势是集成化和资源化。本书的最后一部分将上述单元技术进行有机结合，构建适应复杂水质的集成系统。 串联与并联工艺优化： 提供了基于污染负荷分析和目标水质要求的工艺流图设计指南，例如“AOPs + UF + RO”用于生产高品质回用水的流程。 污染物资源回收： 重点探讨了如何从废水中回收有价物质，如磷的回收（鸟粪石沉淀法、离子交换法）、氮的回收（ANAMMOX工艺在深度脱氮中的应用），以及从浓缩液中回收盐分的技术路线。 过程控制与自动化： 引入了传感器技术、在线监测系统（如ORP、TOC、特定离子电极）在实现水处理过程自动化控制中的应用，以确保出水水质的稳定性和运行的经济性。 本书内容涵盖了从基础理论到工程实践的广阔范围，对于希望掌握现代水处理核心技术的专业人士而言，是不可多得的参考资料。全书案例丰富，图表详实，强调实际操作中的技术抉择与风险评估。