CN101172681B

CN101172681B - 膨润土协同超声波处理有机物废水的方法

Info

Publication number: CN101172681B
Application number: CN2007101345574A
Authority: CN
Inventors: 马建锋; 黄文艳; 李定龙
Original assignee: Jiangsu Polytechnic University
Current assignee: Liyang Chang Technology Transfer Center Co., Ltd.
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2027-10-26
Also published as: CN101172681A

Abstract

本发明公开了一种膨润土协同超声波处理有机物废水的方法，将颗粒状或粉碎的10～100目膨润土投加到有机物废水中，膨润土和待处理废水的质量比为1∶50～1∶10000；施加频率为20kHz～120KHz，功率100W～1200W的超声波作用10s～10min；反应产物在沉淀池停留10～60min，土-水沉降分离，废水达标后排放，废水净化处理时间大大缩短、污染物去除效率提高、操作简单、设备规模小且费用降低。

Description

膨润土协同超声波处理有机物废水的方法

技术领域

本发明涉及一种膨润土协同超声波处理有机物废水的方法，特别涉及同时含有阳离子表面活性剂和其他有机物的废水的处理方法。

背景技术

超声辐射水体中的有机污染物，尤其是难生物降解的有机污染物是近年来发展的一项新型水处理技术。频率在15～1000kHz的超声波辐照水体中的有机污染物是由空化效应引起的物理化学过程，超声空化是指液体中的微小气泡核在超声波作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力过程，这一过程可以把声场能量高度集中于极小的空化泡内，并在空化气泡快速闭合的瞬间产生放电、发光、高温、高压、高能量密度、冲击波、微射流及微聚变等物理和化学效应，它集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术的特点于一身，加之操作简单，对设备的要求较低，常常应用于环境保护领域，特别是用在处理废水中毒性高、难降解的有机污染物方面；虽然超声波的使用在一定程度上促进了废水的降解，但对难降解物质需要长时间的超声振荡，该过程需要耗费较大能量，延长了废水处理的停留时间，增大了设备投资。

膨润土是以蒙脱石(Montmorillonite)为主要矿物的粘土岩，蒙脱石是一种含水的层状铝硅酸盐矿物，由两个硅氧四面体中间夹一个铝(镁)氧(氢氧)八面体组成，属于2∶1型的三层粘土矿物，晶层间距离为0.96～2.14nm，这些纳米片层团聚在一起，形成几百纳米到几微米的粘土颗粒。季铵盐类阳离子表面活性剂可通过离子交换作用进入膨润土的层间，显著改变膨润土的二维纳米片层间的尺寸，层间由亲水性变为疏水性，吸附机理由表面吸附变为分配作用为主，吸附去除水中有机污染物的效率比原土高几十到几百倍。近年来，利用阳离子改性得到的有机膨润土在废水处理及污染环境修复中的应用已成为国内外环境科学与工程领域研究的热点。传统的膨润土在废水处理方面的应用需要将膨润土经有机改性得到有机膨润土，其处理有机废水的工艺由两个独立部分构成：一是有机膨润土的合成和有机废水的处理。常见的湿法合成技术需恒温水浴、搅拌2hr以上，耗时耗能和消耗水资源，且有产生含有大量表面活性剂的废水，需进一步处理，此外有机膨润土的合成工艺稳定性不好，直接影响了膨润土改性的质量。此外，吸附过程中，由于改性后膨润土表面疏水性增强，在水中分散困难而利用率低，并且处理后固-液分离困难，影响出水浊度，不利于膨润土污泥的回收利用，这些均限制了有机膨润土在废水处理和污染环境修复中的应用。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提出了一种有效的膨润土协同超声波处理有机物废水的新方法。

本发明采用的技术方案是；将颗粒状或粉碎的10～100目膨润土投加到有机物废水中，膨润土和待处理废水的质量比为1∶50～1∶10000；施加频率为20kHz～120KHz，功率100W～1200W的超声波作用10s～10min；反应产物在沉淀池停留10～60min，土-水沉降分离，废水达标后排放。

本发明的有益效果是：

(1)废水经超声波3s-60s的短时间振荡处理，利用膨润土迅速和废水中阳离子表面活性剂发生反应，同时吸附有机污染物达到平衡，以较短的处理时间得到较高的污染物去除率，实现难降解有机废水在短时间内得到高效吸附净化，达到排放标准，处理时间缩短到现有技术的1/10以上，同时废水中存在的微生物对污染物的降解活性提高约20％～30％。

(2)对同时含苯酚和氯代十六烷基吡啶废水的处理，经膨润土协同超声反应一定时间后，对苯酚和氯代十六烷基吡啶的去除率可分别达85％和99％以上，如果仅超声振荡，在较短的时间内基本没有去除效率。如果不利用超声波，长时间(10h以上)吸附处理，平衡后对苯酚的去除率也仅有50％左右。

(3)同时使用膨润土吸附处理，使得处理相同量的废水所需要的反应器大大减小，节省了前期投资；膨润土无需作任何改性，大大简化了工艺；吸附过程不需搅拌，操作简单，扩大了膨润土在废水处理方面的应用前景。

(4)实现膨润土无需改性即可用于废水处理，大大节约成本。

具体实施方式

下面通过具体实施方式和6个实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明将颗粒状或粉末10～100目膨润土与待处理有机废水混合均匀，膨润土和待处理废水的质量比为1∶50～1∶10000，由功率100W～1200W超声波发生器发出的20kHz～120KHz的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质——废水中，历时10s～10min，超声波在废水中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡。这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而在正压区迅速闭合。在这种被称之为“空化”效应的过程中，空化气泡在爆炸的瞬间产生约4000K和100MPa的局部高温高压环境。利用超声的空化效应，在气泡崩溃时产生的强烈的冲击波和高速射流能破坏固/液、液/液及气/液界面上的滞离层，对膨润土产生粉碎作用，提高膨润土比表面积；加速膨润土层间阳金属离子和废水中的阳离子表面活性剂进行交换；促进表面更新及多相系统有效混合、分散或凝聚，废水中有机物也由于剧烈的混合作用而迅速进入膨润土层间而被吸附去除，通过控制膨润土的用量与超声波振荡能量得到理想的有机污染物去除率。

本发明使用的超声波反应器为超声波发生器、振箱和反应腔组成。反应腔内处理一般为间歇式操作，可用于水力负荷不大、排放标准较高、有机污染物难降解程度高的废水处理场合，通过调节操作工艺条件可达到直接排放要求；反应腔内加入传导介质(一般为水)，废水盘管浸没于传导介质中，废水在管道内通过传导介质接受超声波振荡可用于连续式或半连续式操作，适用于废水量大、连续生产的场合，可处理有机污染物含量较高的废水，视废水特性不同可以采取直接排放或进入下一级处理装置等不同工艺。本发明的反应器型式并不局限于这两种类型。

上述有机污染物包括有机染料、2-萘酚、苯酚、苯胺、菲、对硝基苯酚和各种表面活性剂等有机物。但本发明适用处理的有机污染物并不局限于这些种类。根据现场废水特点和排放要求，可以处理的有机污染物还可以包括许多其他种类，例如，多环芳烃、大分子有机物，以及其它有机污染物。废水所含的阳离子表面活性剂可以是季铵盐类、吡啶类或其他阳离子有机化合物。

考虑到待处理废水中有机污染物含量和排放标准的要求，可通过改变有机膨润土的用量达到不同的处理效果。膨润土的用量以膨润土与待处理废水质量比为衡量指标。一般，综合考虑到处理效果和工艺经济性，膨润土与待处理废水质量比范围可在1∶500～1∶10000之间，但本发明不局限于这个水平。

实施例1

在一个超声波反应器振箱中进行废水处理，加入少量膨润土。废水主要成分为酸性大红和氯代十六烷基吡啶，酸性大红浓度为25mg/L，氯代十六烷基吡啶浓度为25mg/L，膨润土与待处理废水质量比为1∶10000，膨润土为颗粒状。超声波功率100W，频率20kHz，超声作用10min后，膨润土与废水混合物在沉淀池停留10min以离心方法达到固液分离，处理后水质无色澄清，经测定，脱色率大于99％，COD去除大于99％。

实施例2

在一个超声波反应器振箱中进行废水处理，加入少量膨润土。废水主要成分为对硝基苯酚和十六烷基三甲基溴化铵，对硝基苯酚浓度为75mg/L，十六烷基三甲基溴化铵浓度为175mg/L，膨润土与待处理废水质量比为1∶50，膨润土过100目筛。超声波功率1200W，频率20kHz，超声作用10s后，膨润土与废水混合物在沉淀池停留20min以离心方法达到固液分离，处理后水质无色澄清，经测定，对硝基苯酚去除率大于99％，COD去除大于99％。

实施例3

在一个超声波反应器振箱中进行废水处理，加入少量膨润土。废水主要成分为苯酚和十四烷基三甲基溴化铵，苯酚浓度为25mg/L，十四烷基三甲基溴化铵浓度为80mg/L，膨润土与待处理废水质量比为1∶500，膨润土过80目筛。超声波功率500W，频率120KHz，超声作用1min后，膨润土与废水混合物在沉淀池停留30min以离心方法达到固液分离，处理后水质无色澄清，经测定，苯酚去除率大于85％，COD去除大于97％。

实施例4

在一个超声波反应器振箱中进行废水处理，加入少量膨润土。废水主要成分为染料橙II，浓度为125mg/L，加入少量十六烷基三甲基溴化铵和膨润土，十六烷基三甲基溴化铵和膨润土质量比为1∶10，膨润土与待处理废水质量比为1∶500，膨润土过100目筛。超声波功率1200W，频率60KHz，超声作用10min后，膨润土与废水混合物在沉淀池停留40min以离心方法达到固液分离，处理后水质无色澄清，经测定，染料橙II去除率大于99％，COD去除大于99％。

实施例5

在一个超声波反应器振箱中进行废水处理，加入少量膨润土。废水主要成分为菲，浓度为1mg/L，加入少量十四烷基三甲基溴化铵和膨润土，十四烷基三甲基溴化铵和膨润土质量比为1∶20，膨润土与待处理废水质量比为1∶10000，膨润土过10目筛。超声波功率100W，频率20KHz，超声作用10s后，然后沉降60min，分离固液两相，处理后水质无色澄清，经测定，菲去除率大于99％，COD去除大于99％。

实施例6

在反应器内加入传导介质(水)，废水盘管浸没水中，加入膨润土的废水连续通过盘管，在管道内通过传导介质接受超声波作用，废水中酸性嫩黄和氯代十六烷基吡啶浓度分别为50mg/L和100mg/L。膨润土过50目筛，与废水质量比为1∶3000。超声波功率1200W，频率120kHz，超声作用10min。然后沉降50min，分离固液两相，上层清液脱色效果明显，经测定，酸性嫩黄去除率为99％，COD去除大于99％。

Claims

1.一种膨润土协同超声波处理有机物废水的方法，先将颗粒状或粉碎的10～100目膨润土投加到有机物废水中，再施加频率为20～120KHz、功率为100～1200W的超声波作用，最后将反应产物在沉淀池停留10～60min，土-水沉降分离，废水达标后排放，其特征是：所述膨润土和有机物废水的质量比为1∶50～1∶10000，超声波作用时间为10s～10min；所述的有机物废水为同时含有阳离子表面活性剂和其它有机物的废水。

2.一种膨润土协同超声波处理有机物废水的方法，先将颗粒状或粉碎的10～100目膨润土投加到有机物废水中，再施加频率为20～120KHz、功率为100～1200W的超声波作用，最后将反应产物在沉淀池停留10～60min，土-水沉降分离，废水达标后排放，其特征是：所述膨润土和有机物废水的质量比为1∶50～1∶10000，超声波作用时间为10s～10min；投加膨润土的同时在所述的有机物废水中加入阳离子表面活性剂，促进其它有机污染物的去除，所加入的阳离子表面活性剂与膨润土的重量比为：0.1～0.2∶1。