CN102295342B - 一种鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鼓泡空化法降解废水中有机污染物。以解决水污染问题。采用的技术方案是：降解器中加入玻璃珠；将含有有机污染物的废水加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；由降解器的底部通入气体，反应3～5小时。本发明，在玻璃珠和空气鼓泡的共同作用下，可以有效地降解废水中的酸性红B等有机污染物，降解率可达97%以上，是一种高效，节能，无二次污染且装置简单的污水处理方法，具有实用价值，并能够大规模处理各种废水。

Description

一种鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法

技术领域

本发明属于环保领域，具体地涉及一种采用鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法。

背景技术

近年来，随着人口的增长和社会经济的发展，各种污染物的排放量也与日俱增，特别是污染物对水的污染已对人类生存和社会发展构成了严重的威胁。近年来，人们已经开始关注水污染的问题，防止水体恶化和保护水资源已经成为人类共同追求的目标。在水处理方面，空化技术作为难降解废水的处理方法，不仅可以有效去除各种有毒物质，而且还具有无二次污染、反应装置简单和降解效果明显等诸多优点，因此成为近些年来比较受关注的新型水处理方法。空化技术是一种物化水的新处理方法。目前，在污水处理方面研究的比较多的主要是超声空化和水力空化。但由于超声空化技术缺乏多方面相关专业学科知识的综合利用，难以实现工业化。水力空化技术仍处于起步阶段，而且降解效率相对较低，还不能在实际中应用。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种高效，节能，无二次污染的新的降解有机污染物的空化方法，即鼓泡空化法。

本发明采用的技术方案是：一种鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，步骤如下：

1）降解器中加入直径为1.0～5.0 mm 的玻璃珠；

2）将含有有机污染物的废水加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，反应3～5小时。

优选的，鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，步骤如下：

1）降解器中加入直径为1.0～5.0 mm 的玻璃珠；

2）调节含有有机污染物的废水的浓度为5～25 mg·L^-1，酸度为pH = 4.3～8.0，加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，控制气体流速为4.5～13.5 L·min^-1，反应3～5小时。

更优选的，鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，步骤如下：

1）降解器中加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠；

2）调节含有有机污染物的废水的浓度为10 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0，加入降解中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应3～5小时。

本发明，利用水中的气泡上升过程中被玻璃珠分割和融合，接触面破裂时产生高温和放出大量能量，与水（H₂O）和氧气（O₂）反应生成氧化性极强的氢氧自由基（∙OH）和超氧自由基（∙O₂‾），来降解废水中的有机污染物。

本发明的有益效果是：在玻璃珠和空气鼓泡的共同作用下，可以有效地降解废水中的酸性红B等有机污染物，降解率可达97%以上。本发明是一种高效，节能，无二次污染且装置简单的污水处理方法，具有实用价值，并能够大规模处理各种废水。

附图说明

图1是一种降解器的结构示意图；

图中，1、反应器；2、玻璃珠；3、气泡；4、含有有机污染物的废水；5、气泵；6、阀门。

图2是鼓泡时间对降解率的影响图；

图中， ■：空气鼓泡+玻璃珠；◆：空气鼓泡。

图3是玻璃珠直径对降解率的影响图。

图4是初始浓度对降解率的影响图。

图5是初始酸度对降解率的影响图。

图6是气体流速对降解率的影响图。

图7是对含有不同有机污染物的废水的降解图。

图8是对比实验结果图；

图中，a：原液；b：空气鼓泡；c：空气鼓泡+玻璃珠.

具体实施方式

以下实施例采用如图1所示的一种降解器。

实施例 1 鼓泡空化法降解废水中有机污染物——鼓泡时间对降解率的影响

步骤如下：

1）降解器中加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）调节酸性红B水溶液的浓度为10 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0，加入降解器中，加入量为高出玻璃珠3cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应1～5小时。不同时间取样测定UV-vis光谱，测定酸性红B水溶液的浓度。定量分析采用UV-vis分光光度法。对一系列酸性红B溶液进行UV-vis光谱全程扫描，确定最大吸收峰的波长（λ_max = 510 nm），相应的吸光度对浓度作标准工作曲线，待测溶液浓度用内插法确定，由浓度变化计算酸性红B的降解率。

同时做对比试验，降解器中不加玻璃珠，结果如图2。

图2显示随着空气鼓泡时间的延长，酸性红B的降解率也越来越高，表明越来越多的酸性红B被降解。鼓泡3.0 h时，降解率达到了77.84 %，5.0 h时，降解率达到了97 %以上，溶液中的酸性红B几乎被完全降解。相反，没有玻璃珠存在时，酸性红B的降解率却很低。鼓泡3.0 h时，降解率为12.32 %，5.0 h时10 mg·L^-1降解率只有14.68 %。

实施例 2 鼓泡空化法降解废水中有机污染物——玻璃珠直径对降解率的影响

步骤如下：

1）降解器中分别加入直径为1.0～1.5 mm，2.0～2.5 mm，3.0～3.5 mm和4.0～4.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）调节酸性红B水溶液的浓度为10 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0，加入降解器中，加入量为高出玻璃珠3cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应3小时。采用UV-vis分光光度法（λ_max = 510 nm）测定溶液的浓度，由浓度变化计算酸性红B的降解率。结果如图3。

玻璃珠的直径决定鼓入空气气泡的大小和数量，进而影响到整体的空化效果。直径小的玻璃珠能够产生数量大和体积小的气泡，但由于没有气泡融合时变大的空间，进而影响到空化效应的产生。直径大的玻璃珠产生气泡的数量较少，气泡融合的次数较低，也不会有明显的空化效应产生。如图3所示，酸性红B的降解率随着玻璃珠直径的增加而提高，当玻璃珠直径为2.0～2.5 mm时，酸性红B的降解率达到77.84%，当玻璃珠直径达到3.0～3.5 mm时，酸性红B的降解率达到84%，酸性红B的降解率增加较小，以后随着直径的增加，降解率增加很小。因此本发明优选玻璃珠直径为2.0～2.5 mm。

实施例 3 鼓泡空化法降解废水中有机污染物——初始浓度对降解率的影响

步骤如下：

1）降解器中分别加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）调节酸性红B水溶液的初始浓度为分别为5 mg·L^-1 ，10 mg·L^-1，15 mg·L^-1， 20 mg·L^-1，25 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0，加入降解器中，加入量为高出玻璃珠3 cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应3小时。采用UV-vis分光光度法（λ_max = 510 nm）测定溶液的浓度，由浓度变化计算酸性红B的降解率。结果如图4。

废水溶液的初始浓度是影响有机污染物降解速度和降解程度的一个重要因素。初始浓度过高，往往需要更长的处理时间，而且降解也不彻底。初始浓度过低，由于有机污染物远离反应活性区域而不易被降解。因此，合适的初始浓度是最佳的降解条件之一。由图4可知，开始时，酸性红B的降解率随着初始浓度的增加而增加，初始浓度超过10 mg·L^-1后，降解率反而开始下降。所以，本发明，优选10 mg·L^-1作为含有有机污染物的废水的初始浓度。

实施例 4 鼓泡空化法降解废水中有机污染物——初始酸度对降解率的影响

步骤如下：

1）降解器中分别加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）调节酸性红B水溶液的初始浓度为分别为10 mg·L^-1，酸度分别为pH = 4.0， pH = 6.0， pH = 8.0，加入降解器中，加入量为高出玻璃珠3cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应3小时。采用UV-vis分光光度法（λ_max = 510 nm）测定溶液的浓度，由浓度变化计算酸性红B的降解率。结果如图5。

溶液的pH值不但影响到酸性红B等染料的存在形式，也影响到空化效应产生氢氧自由基（∙OH）和超氧负离子自由基（∙O₂ ^‾）的能力。一般情况下，碱性介质中有利于∙OH自由基的生成，而酸性介质中有利于∙O₂ ^‾自由基的生成。如图5所示，由于采用空气鼓泡法能够通入足够的氧气，综合结果，本发明的最佳降解效果出现在弱酸性介质中（pH = 6.0）。

实施例 5 鼓泡空化法降解废水中有机污染物——气体流速对降解率的影响

步骤如下：

1）降解器中分别加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）调节酸性红B水溶液的初始浓度为分别为10 mg·L^-1，酸度分别为pH = 6.0，加入降解器中，加入量为高出玻璃珠3 cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速分别为4.5 L·min^-1，9.0 L·min^-1，13.5 L·min^-1，反应3小时。采用UV-vis分光光度法（λ_max = 510 nm）测定溶液的浓度，由浓度变化计算酸性红B的降解率。结果如图6。

气体流速既决定单位时间内气泡在玻璃珠中形成和破裂的次数，也决定气泡的大小和形状。流速过慢，气泡在玻璃珠中可以自然形成和破裂，有利于单个气泡空化效应的产生。但是，单位时间内的空化效率较低。流速过快，往往使气泡来不及破裂就穿过玻璃珠中的空隙而不产生空化效应。如图6所示，随着气体流速的增加，酸性红B的降解率呈现出下降的趋势。因此本发明优选气体流速为4.5 L·min^-1。

实施例 6 鼓泡空化法降解废水中有机污染物

步骤如下：

1）降解器中分别加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量为降解器体积的四分之三；

2）分别加入初始浓度为10 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0的酸性红B水溶液，偶氮品红水溶液，刚果红水溶液和罗丹明B水溶液，加入量为高出玻璃珠3 cm；

3）由降解器的底部通入气体，控制气体流速分别为4.5 L·min^-1，反应3小时。采用UV-vis分光光度法（λ_max = 510 nm）测定溶液的浓度，由浓度变化计算酸性红B，偶氮品红，刚果红和罗丹明B的降解率。结果如图7。

如图7所示，鼓泡空化法对几种染料都有较高程度的降解，表明本发明是一种广谱的处理有机污染物废水的方法。但降解率的顺序为酸性红B > 偶氮品红 > 刚果红 > 罗丹明B。这说明结构简单的偶氮类染料较容易被降解，而结构复杂的含杂原子的三环类染料较难被降解。

实验例 7 对比试验

比较原液，空气鼓泡，空气鼓泡联合玻璃珠三种情况下的酸性红B水溶液降解率，结果见图8。

图8表明酸性红B水溶液（10 mg·L^-1, pH = 6.0）在250 nm，305 nm和510 nm处有三个主要吸收锋，分别来自于偶氮键和苯环的π→π*和n→π*跃迁。在玻璃珠（2.0～2.5 mm）和空气鼓泡（4.5 L·min^-1, 3.0 h）的联合作用下，酸性红B水溶液的各个吸收锋均大幅度下降，这说明在玻璃珠存在下，空气鼓泡对酸性红B具有明显的降解作用。没有玻璃珠存在时，单纯空气鼓泡也能使酸性红B溶液的吸收峰有一定程度的下降，但程度非常小。这说明单纯空气鼓泡不能有效的降解酸性红B。

Claims (3)

1.一种鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，其特征在于步骤如下：

1）降解器中加入直径为1.0～5.0 mm 的玻璃珠；

2）将含有有机污染物的废水加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，反应3～5小时。

2.根据权利要求1所述的鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，其特征在于步骤如下：

1）降解器中加入直径为1.0～5.0 mm 的玻璃珠；

2）调节含有有机污染物的废水的浓度为5～25 mg·L^-1，酸度为pH = 4.3～8.0，加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，控制气体流速为4.5～13.5 L·min^-1，反应3～5小时。

3.根据权利要求2所述的鼓泡空化法降解废水中有机污染物的方法，其特征在于步骤如下：

1）降解器中加入直径为2.0～2.5 mm的玻璃珠；

2）调节含有有机污染物的废水的浓度为10 mg·L^-1，酸度为pH = 6.0，加入降解器中，加入量为废水没过玻璃珠；

3）由降解器的底部通入空气，控制气体流速为4.5 L·min^-1，反应3～5小时。

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