CN101172691A - 硫酸自由基氧化水处理方法 - Google Patents

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王德高
李颖
宋成文
韩敏
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Abstract

本发明涉及高级氧化技术和水处理技术应用领域，是使用产生硫酸自由基的高级氧化技术应用于处理水中有机污染物的方法。使用过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐经过热解、紫外光分解、γ射线辐射分解或金属离子催化方式产生硫酸自由基，具有高氧化活性的硫酸自由基能够和水中的有机污染物发生反应，从而降解和矿化有机污染物和杀死水中生物，达到净化水质的目的；本发明的有益效果是：与芬顿试剂相比，可以在中性或碱性的pH条件下操作；该方法环境友好，不会产生二次污染；处理效率高，反应速度快，适合处理大流量水体；可以应用于饮用水消毒和工业和生活废水处理；不仅能降解水中有机污染物同时还能杀死水中有害生物。

Description

硫酸自由基氧化水处理方法
技术领域
本发明涉及高级氧化技术和水处理技术应用领域，具体是指使用产生硫酸自由基的高级氧化技术应用于处理水中有机污染物的方法。
背景技术
我国是水资源短缺的国家，人均水资源只是世界平均水平的四分之一。水资源短缺已经成为我国经济发展的瓶颈。随着经济的发展，同时产生了大量的工业和生活废水，其中往往含有大量的有毒难降解有机污染物，由于部分有机污染物化学结构稳定、难生物降解，在自然界中长时间存在，对生物具有毒性。很多污水未经过处理直接进入环境，这些难降解的有机污染物随之进入水体，造成地面水、地下水以及土壤的污染，导致饮用水中含有难降解的有机污染物，影响人类的健康，对人类可持续发展造成严重威胁。
目前处理水中有机污染物的方法有很多，主要包括物理法、化学法和生物法。生物处理方法由于具有设备简单和运行费用低的优点，而广泛的应用于废水处理，但其设备占用面积大、处理周期长，特别是对一些难降解有机物，采用普通的生化法很难达到良好的处理效果。而传统的物理化学方法如絮凝和气提等物理方法只是把有机污染物从液相转移到固相或气相，并没有完全消除有机污染物，从而造成了二次污染等方面的问题。
高级氧化技术是处理有毒难降解有机污染物的最有发展前途且对环境无二次污染的方法。各种高级氧化法在水处理领域中获得广泛应用。高级氧化主要是通过各种电磁波、等离子体、催化剂以及氧化剂的协同作用下，在反应体系中产生活性极强的自由基。自由基可以与有机物发生一系列反应，使难降解有机物降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至可以直接矿化成为CO2和H2O。目前高级氧化技术是羟基自由基为主的氧化体系，特别是以芬顿试剂为代表的氧化技术。芬顿试剂具有氧化速率较快，使用设备简单、反应条件温和、操作方便、高效等优点，但是其缺点也很明显，如反应需要酸性条件并且需要消耗大量催化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生硫酸自由基的高级氧化技术应用于处理水中有机污染物的方法，利用这种方法不仅处理水中有机污染物，还可以杀死水中的生物，达到净化水质的目的。
本发明的技术原理：硫酸自由基的产生方法主要有过硫酸盐(S2O8 2-)和单过氧硫酸氢盐(HSO5 -)的热解(70～100℃)、紫外光分解(200-365nm)、γ射线辐射分解和金属离子Mn+(Co2+、Cu2+、Fe2+、Ag+)催化等，具体的反应式如1～6所示：
S2O8 2-+e-→SO4 ·-+SO4 2-             (3)
Mn++S2O8 2-→M(n+1)++SO4 ·-+SO4 2-    (5)
Mn++HSO5 -→M(n+1)++SO4 ·-+OH-       (6)
由上述反应产生的硫酸自由基具有很高的氧化活性，可以和水中的有机污染物反应，破坏有机污染物分子结构，形成相应的氧化产物或生成小分子化合物，经过进一步的矿化反应，生成二氧化碳和水等无毒产物。
本发明是通过以下方法实现的：酸自由基氧化水处理方法，使用过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐经过热解、紫外光分解、γ射线辐射分解或金属离子催化方式产生硫酸自由基，具有高氧化活性的硫酸自由基能够和水中的有机污染物发生反应，从而降解和矿化有机污染物，同时还能杀死水中生物，达到净化水质的目的；具体步骤是：在含有污染物的水中添加过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐，热解温度为70-100℃，热解温度为70℃时为首选，或者使用能够产生200-365nm波长的紫外灯照射水体；或者使用钴60放射源产生γ射线辐射水体；或者在水中添加金属离子Co2+、Cu2+、Fe2+、Ag+催化方式产生硫酸自由基；用具有高氧化活性的硫酸自由基氧化降解水中的有机污染物，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐与污染物的比例在1∶1至100∶1之间。
实施效果可用紫外可见分光光度计、气相色谱、液相色谱等仪器测定。
本发明的有益效果是：(1)与芬顿试剂相比，可以在中性或碱性的PH条件下操作；(2)该方法环境友好，不会产生二次污染；(3)处理效率高，反应速度快，适合处理大流量水体；(4)可以应用于饮用水消毒和工业和生活废水处理；(5)不仅能降解水中有机污染物同时还能杀死水中有害生物。
附图说明
图1是本发明的工业和生活污水处理工艺流程图。
图2是本发明的饮用水处理工艺流程图。
图3是本发明的工业污水处理效果图。
具体实施方式
实施例1
工业污水含有多环芳烃的一种蒽，经过测定浓度为0.712mg/L。在污水中添加过硫酸钾(K2S2O8)，按照每1000L污水添加29.6g K2S2O8。在300W的高压汞灯的照射下，水中的S2O8 2-过氧键断裂产生硫酸自由基。经过5分钟后，蒽的去处率达到90％以上，而没有添加K2S2O8的条件下，蒽的去处率仅为40％左右，结果如图3所示。
实施例2
饮用水经过初级处理以后，在饮用水中添加过硫酸钠(Na2S2O8)，按照每1000公斤饮用水添加3gNa2S2O8，经过254nm的低压汞灯照射，经过5分钟处理后，测定水中细菌总数。取1mL水样在牛肉膏蛋白胨琼脂培养基上，37℃经过24h培养后，计算菌落数量。饮用水处理前数量为500个，经过处理后总菌数为20个，小于我国关于饮用水的规定100个，完全符合我国饮用水标准。
实施例3
饮用水体中经过测定含有浓度为1.5mg/L浓度的三氯乙烯，在饮用水中添加过硫酸钾(K2S2O8)，按照每1000L饮用水添加74g K2S2O8，经过30℃加热4小时，饮用水中的三氯乙烯未检出，已经完全降解，完全符合我国饮用水标准。

Claims (2)

1.酸自由基氧化水处理方法，其特征在于，使用过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐经过热解、紫外光分解、γ射线辐射分解或金属离子催化方式产生硫酸自由基，具有高氧化活性的硫酸自由基能够和水中的有机污染物发生反应，从而降解和矿化有机污染物，同时还能杀死水中生物，达到净化水质的目的，具体步骤是：在含有污染物的水中添加过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐，热解温度为70-100℃；或者使用能够产生200-365nm波长的紫外灯照射水体；或者使用钴60放射源产生γ射线辐射水体；或者在水中添加金属离子Co2+、Cu2+、Fe2+、Ag+催化方式产生硫酸自由基；用具有高氧化活性的硫酸自由基氧化降解水中的有机污染物，过硫酸盐或单过氧硫酸氢盐与污染物的比例在1∶1至100∶1之间。
2.按照权利要求1所述的硫酸自由基氧化水处理方法，其特征在于，所述的热解温度为70℃。
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