本文是一篇土木工程论文，本文提出采用 Cu2+/HA/PMS 均相体系对此染料分子进行降解去除，系统考察了不同水质本底下目标染料的去除情况，分析了相关因素的影响，并对降解机理进行了分析，结合响应曲面，优化了模拟水本底下技术降解的运行工况。
第 1 章 绪论
1.1 染料废水概述
随着工业文明和生态文明的向前推进，人们的环保意识也在逐步增强，然而经济的发展在一定程度上是以牺牲环境为代价，因此通过寻求更高质量的发展模式进而保护我们的自然环境成为亟待解决的重大社会问题。环境污染现象十分普遍，水气污染、塑料污染、固废污染早已成为亟待消灭的社会隐患[1]，作为影响人类生命之源的污染类型，水污染问题给我们的身心健康带来了许多直接或者潜在的影响，以科学的方式解决水污染问题刻不容缓[2, 3]。染料工业为国民经济的重要贡献力量之一，其产品广泛应用于纺织业、医药、纸张、皮革、化妆品、塑料、电子和印刷等领域[4]。在满足人们对于绚丽多彩世界的幻想的同时，染料废水的产出也给社会环境带来了巨大的挑战。染料废水具有产出量大、危害性高且降解困难的特点[5]，常规水处理工艺对于染料废水并不能起到很好的降解效果，因此寻求更加经济绿色高效的降解处理技术是水环境工作者不断探索的重点难点问题。
1.1.1 染料废水的污染现状
染料的记载可追溯至数千年前，我们的祖先约在公元前 2600 年左右就开始关注天然染料[6]。上世纪 90 年代末，William Henry Pekin 在实验室条件下合成了人工合成染料“苯胺紫”[7]，染料行业搭上了工业革命的末班车，自此蓬勃发展。经过一百多年的发展，20 世纪初，已有数万种染料进入了人们的生产与生活。作为染料产量第一大国[8]，我国 2017 年染料年产量约为 99 万吨，占全球总量的 60%左右，产量占比居世界之最[9]。在生产和使用过程中约有 10%~20%染料释放到水体中[10]，因此实际染料工业排放给水生态环境带来了巨大的压力与挑战。按专家估计，染料的生产环节有至少 2%的染料产品流入废水，其中印染行业的流入量更甚，达 12%~15%[11]。据专家统计，印染废水产量与其污染水量的比值大约为 1:20，说明每产出 1 吨废水，污染的水体吨量达 20 吨[12]，对水环境造成了难以逆转的污染｡
1.2 染料废水处理技术
染料废水常用的处理技术包括物理吸附法、生物降解法以及化学氧化法。
1.2.1 物理吸附法
吸附是指相界面处的物质浓度自动变化的现象[27]。吸附法历史悠久、应用广泛，因其高效吸附性、操作便捷性、经济节约性而在染料废水领域具有一席之地。吸附法中，活性炭为最常用的吸附材料，存在多种形式，例如粉末状，颗粒状，蜂窝状等，通常具有比表面积大、内孔结构丰富、结构稳定等优点[28]。吸附剂的选择往往需要考虑吸附剂的吸附能力以及比表面积的大小。
AZHDARI 等[29]使用富马酸铝（AlF）金属有机骨架（AlF MOF）来修饰还原石墨烯（rGO）并得到了它们的派生复合材料，使用此材料来降解刚果红染料，发现对于初始浓度为1~40μg/mL 的刚果红染料，此复合材料的吸附容量达 178.57mg/g。
Yang 等[30]通过水热处理成功地从废纸箱中制备了磁性碳-铁复合材料，并研究了其作为吸附剂对水溶液中分散染料（DB56）和活性黄色染料（RY3）的去除效率。研究结果表明，在 pH=2 的酸性条件下，DB56 和 RY3 的去除效率分别达到 81.53%和 96.77%，吸附过程遵循拟二级动力学和 Freundlich 等温线。
1.2.2 生物降解法
生物降解法具有处理成本低、污泥产量少以及环境友好的特点。此方法一般只需较少的化学试剂，因其经济性好而适宜广大发展中国家。生物降解法主要利用微生物强大的脱色、降解能力，主要可分为好氧和厌氧两类[31]。
Mei[32]在研究去除含硝基苯胺的废水中，构建了一个曝气生物膜反应器（MABR），以增强对含邻硝基苯胺（2-NA）和对硝基苯胺（4-NA）废水的处理。当进水 NA 负荷为0.120kg/(m3·d)，在 40kPa 的曝气压力和 2.0 的乙酸加料比条件下，2-NA 和 4-NA 去除负荷分别为 0.058 kg/(m3·d)和 0.060 kg/（m3·d）。此外，COD 和总氮 TN 去除率分别为 82.40%和 88.52%。MABR 技术促进了含 NA 废水处理中同时处理 NA 和脱氮的技术，具有不错的工业应用前景。
第 2 章 试验材料方法及理论
2.1 试验材料与仪器
2.1.1 试验材料
本研究主要使用的实验材料见表 2.1。
针对 Cu2+/HA/PMS 体系降解 RhB 染料分子单因素探究试验，采用以上试验方法及试验装置进行探究，在不同 PMS 浓度（0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.4mM、0.6mM、0.8mM）、不同 HA 浓度（0.05mM、0.1mM、0.2mM、0.4mM、0.6mM、0.8mM、1.0mM）、不同 RhB 浓度（5μM、10μM、20μM、30μM、40μM）、不同 Cu2+浓度（1μM、10μM、30μM、50μM、80μM）、不同 pH 值（3、5、7、9、11）、不同 Cl-浓度（0mM、5mM、10mM、20mM、30mM）、不同 HCO3-浓度（0mM、10mM、20mM、40mM、50mM）、不同 NO3-（0mM、1mM、5mM、10mM、20mM）条件下进行，进行各因素对反应体系降解效能的影响探究试验。
2.2 试验方法
2.2.1 Cu2+/HA 混合时间
在加入 PMS 启动氧化反应前，需要使用磁力加热搅拌器对含 Cu2+/HA 均相溶液进行混合加热，在探究过程中发现，不同的 Cu2+/HA 混合时间以及在不同的磁力加热搅拌器上反应，都会使得平行试验难以重复，因此所有的试验都在同一磁力搅拌加热器上进行。探究了 Cu2+/HA/PMS 体系在不同 Cu2+/HA 混合时间（15~50min）的条件下 RhB 降解差异。
为防止反应所需试剂发生光解，所有试验过程中涉及的储备液均使用棕色试剂瓶储存。对于 PMS、HA 等易发生氧化还原反应而影响试剂纯度和效果的储备液，置于冰箱冷藏区保存，冷藏区温度设置为 5℃。试验过程所需锥形瓶、烧杯均使用铝箔纸包裹外壁；试验开始后锥形瓶除调节 pH、添加溶液以及取样时间外都使用软胶塞密封瓶口；试验反应过程均使用恒温恒速六联磁力搅拌器辅助进行，达到还原 Cu2+以及充分混合反应物质的目的。温度单因素探究试验需要使用低温恒温槽，并搭配蠕动泵使用。
氧化过程：首先往锥形瓶中加入一定体积的 RhB 储备液以及计算好体积的去离子水，接下来使用连有长橡胶软管的氮气瓶对反应瓶中的 RhB 溶液通 10min N2，以排除溶液中溶解氧对氧化反应的干扰；而后向通完 N2的锥形瓶分别加入一定体积的硫酸铜以及 HA 储备液，并开始计时，同时使用 1mol/L 和 5mol/L 的硫酸和氢氧化钠溶液调节溶液的 pH 值，调节时间严格控制在 5min 内；pH 调节过后，将反应瓶加塞置于恒温恒速磁力搅拌器上搅拌加热 30min，温度控制为 25±0.5℃，转速为 600rpm；最后加入 PMS储备液启动反应，并开始计时，在 1min、2min、4min、6min、8min、10min、15min、20min、25min、30min 时取样 5mL 加入事先准备好的装有 1mL 甲醇溶液的小试管中，快速摇晃试管以淬灭反应。所有储备液均采用去离子水配制，其中 HA 和 PMS 储备液的配制周期小于一星期。所有试验均设两次以上平行试验，每次试验均采用同一加热搅拌器辅助进行，反应前后需检测体系的 pH 值。
第 3 章 Cu2+/HA/PMS 体系对 RhB 的降解效能与影响因素研究 ............... 17
3.1 引言 ................................. 17
3.2 RhB 的降解效能 ......................... 18
3.3 RhB 降解因素影响 ............................. 19
第 4 章 Cu2+/HA/PMS 体系降解 RhB 的机理分析................... 29
4.1 引言 ............................... 29
4.2 氧化动力学行为.................................... 29
4.3 HA 强化作用 ............................. 32
第 5 章 Cu2+/HA/PMS 体系对 RhB 模拟废水的降解效能研究 ....................... 41
5.1 引言 .................... 41
5.2 RhB 降解因素影响 ....................... 41
第 5 章 Cu2+/HA/PMS 体系对 RhB 模拟废水的降解效能研究
5.1 引言
随着国家对环保重视程度的提升，一系列环保政策应运而生，对污水处理技术的要求也在逐步提高[89]。针对难降解染料废水，采用具备高效处理能力的过硫酸盐高级氧化技术切实有效。
RhB 实际废水具有一些典型特点：①染料废水具有高含盐量[5]，往往含有氯化钠、硫酸钠、碳酸钠
