CN102701314A - 一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法 - Google Patents

Abstract

一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，它涉及饮用水的处理方法，本发明要解决现有的饮用水处理方法中存在催化剂中金属离子泄漏量大、催化剂回收利用率低和有机污染物降解率较低的问题。本发明通过如下步骤来实现：一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析；二、将有机物污染水注入到水池中，按池水中有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（18~21）:1:（28~32）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐；三、将步骤二中称取的铁酸锌和过硫酸盐投加到水池中并充分搅拌，波长λ≧400nm的可见光源照射下铁酸锌催化过硫酸盐对饮用水中有机污染物进行去除。本发明适用于饮用水的处理工程领域。

Description

一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法

技术领域

本发明涉及饮用水的处理方法。

背景技术

目前常规饮用水处理工艺不能有效去除地下水中痕量的有机污染物，而高级氧化技术和活性碳吸附技术虽然可以弥补传统工艺的不足，但它们在实际工程的应用中也存在一定弊端。比如过渡金属氧化物在水处理中的应用已取得了一定的成绩，有待于进一步的研究和探讨，这主要是由于采用铁等金属离子与过氧化氢或过硫酸盐发生Fenton或类Fenton反应的方式产生羟基自由基来处理水中有机污染物时，存在pH值适用范围窄、生成大量铁盐沉积污泥、运行费用高等问题。而活性碳吸附技术需要定期更换或再生造成日常运行成本较高，而且去除效果难以长期保持，因此活性炭吸附很少单独使用，在多数情况下都是与臭氧或其他工艺联用。目前所采取解决方法是用过渡金属进行非均相催化氧化，但该方法在使用过程中仍存在催化剂中金属离子泄漏和催化剂回收利用率低的问题。

发明内容

本发明是要解决现有的饮用水处理方法中存在催化剂中金属离子泄漏量大、催化剂回收利用率低和有机污染物降解率较低的问题，而提出一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法。

本发明中的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法按以下步骤进行：

一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析，其中有机污染物为苯酚、苯甲酸或二者按任意摩尔比的混合物；

二、将有机物污染水注入到水池中，按池水中有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（18~22）:1:（28~32）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐，其中过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵或三者按任意摩尔比的混合物；

三、将步骤二中称取的过硫酸盐投加到水池中并充分搅拌，保持池水温度为20℃~25℃及pH值为3~8的条件下，将步骤二中称取的铁酸锌投加到水池中并充分搅拌，用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水6h~10h后，用永磁铁对铁酸锌回收3~5次，就完成了有机物污染水中有机污染物的去除，达到饮用水标准。

本发明的机理是传统方法采用的是单独一种金属离子，如Fe²⁺离子或Zn²⁺离子，金属离子泄漏量大，本发明采用铁酸锌作为催化剂，其分子是为ZnFe₂O₄，当中的既有Fe³⁺离子又有Zn²⁺离子，二者之间形成键合作用，会使金属离子泄漏量大大减少。其次由于铁酸锌本身具有磁性，可用永磁铁对铁酸锌回收反复使用，大大提高催化剂回收利用率。另外在可见光照射下，铁酸锌催化过硫酸盐会导致过硫酸根自由基的生成速率和数量的增大，大大提高了有机污染物的降解率。

本发明的有益效果如下：

1、传统方法采用的是单独一种金属离子，如Fe²⁺离子或Zn²⁺离子，金属离子泄漏量大，本发明采用铁酸锌作为催化剂，其分子是为ZnFe₂O₄，当中的既有Fe³⁺离子又有Zn²⁺离子，二者之间形成键合作用，会使金属离子泄漏量大大减少。

2、铁酸锌本身具有磁性，可用永磁铁对铁酸锌回收反复使用，大大提高催化剂回收利用率。

3、在可见光照射下，铁酸锌催化过硫酸盐会导致过硫酸根自由基的生成速率和数量的增大，大大提高了有机污染物的降解率。

4、一次性投入成本低，运行费用低，催化剂安全无毒。

5、本发明操作简单，能耗小，不用进行曝气、紫外辐照、微波辐照、超声空化、外加电磁场和加热。

附图说明

图1是实验一、实验二中苯甲酸的去除率随反应时间的变化曲线，其中—●—表示铁酸锌催化过硫酸盐时苯甲酸的去除率随反应时间的变化曲线。—■—表示过硫酸盐单独氧化时苯甲酸的去除率曲线。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式中的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法是通过以下步骤实现的：

一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析，其中有机污染物为苯酚、苯甲酸或二者按任意摩尔比的混合物；

二、将有机物污染水注入到水池中，按池水中有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（18~22）:1:（28~32）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐，其中过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵或三者按任意摩尔比的混合物；

三、将步骤二中称取的过硫酸盐投加到水池中并充分搅拌，保持池水温度为20℃~25℃及pH值为3~8的条件下，将步骤二中称取的铁酸锌投加到水池中并充分搅拌，用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水6h~10h后，用永磁铁对铁酸锌回收3~5次，就完成了有机物污染水中有机污染物的去除，达到饮用水标准。

本发明的机理是传统方法采用的是单独一种金属离子，如Fe²⁺离子或Zn²⁺离子，金属离子泄漏量大，本发明采用铁酸锌作为催化剂，其分子是为ZnFe₂O₄，当中的既有Fe³⁺离子又有Zn²⁺离子，二者之间形成键合作用，会使金属离子泄漏量大大减少。其次由于铁酸锌本身具有磁性，可用永磁铁对铁酸锌回收反复使用，大大提高催化剂回收利用率。另外在可见光照射下，铁酸锌催化过硫酸盐会导致过硫酸根自由基的生成速率和数量的增大，大大提高了有机污染物的降解率。

本发明的有益效果如下：

1、传统方法采用的是单独一种金属离子，如Fe²⁺离子或Zn²⁺离子，金属离子泄漏量大，本发明采用铁酸锌作为催化剂，其分子是为ZnFe₂O₄，当中的既有Fe³⁺离子又有Zn²⁺离子，二者之间形成键合作用，会使金属离子泄漏量大大减少。

2、铁酸锌本身具有磁性，可用永磁铁对铁酸锌回收反复使用，大大提高催化剂回收利用率。

3、在可见光照射下，铁酸锌催化过硫酸盐会导致过硫酸根自由基的生成速率和数量的增大，大大提高了有机污染物的降解率。

4、一次性投入成本低，运行费用低，催化剂安全无毒。

5、本发明操作简单，能耗小，不用进行曝气、紫外辐照、微波辐照、超声空化、外加电磁场和加热。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中按有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（19~21）:1:（29~31）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中按有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为20:1:30的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三中池水温度为21℃~24℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤三中池水温度为23℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中池水pH值为4~7。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中池水pH值为6。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水7h~9h。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水8h。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三中用永磁铁对铁酸锌回收4次。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

为了验证本发明的有益效果，进行了以下实验：

实验一：一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法按以下步骤进行：

一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析，其中有机污染物为苯甲酸，经检测苯甲酸为40μmol/L。

二、将有机物污染水注入到水池中，其中有机物污染水的体积为16m³，结合已测得的有机物污染水的苯甲酸含量值，得出苯甲酸的摩尔数为0.64mol，按苯甲酸、铁酸锌和过硫酸钾的摩尔比为20:1:30的比例分别称取0.032mol的铁酸锌和0.96mol的过硫酸钾。

三、将步骤二中称取的0.032mol的铁酸锌和0.96mol的过硫酸钾投加到水池中并充分搅拌，保持池水温度为22℃~24℃和pH值为7的条件下，将步骤二中称取的0.032mol的铁酸锌投加到水池中并充分搅拌，用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水10h后，用永磁铁对铁酸锌回收5次，就完成了有机物污染水中有机污染物的去除，达到饮用水标准。

实验二：单独使用过硫酸盐的饮用水有机污染物去除方法按以下步骤进行：

一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析，其中有机污染物为苯甲酸，经检测苯甲酸为40μmol/L。

二、将有机物污染水注入到水池中，其中有机物污染水的体积为16m³，结合已测得的有机物污染水的苯甲酸含量值，得出苯甲酸的摩尔数为0.64mol，按苯甲酸和过硫酸钾的摩尔比2:3的比例称取0.96mol的过硫酸钾。图1中—●—表示铁酸锌催化过硫酸盐时苯甲酸的去除率随反应时间的变化曲线。

三、将步骤二中称取的0.96mol的过硫酸钾投加到水池中并充分搅拌，保持池水温度为22℃~24℃和pH值为7的条件下，用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水10h后，就完成了有机物污染水中苯甲酸的去除。图1中-■-表示过硫酸盐单独氧化时苯甲酸的去除率曲线。

经对比图1两条曲线可知，单独使用过硫酸钾去除苯甲酸时，效果不好，苯甲酸的去除率随时间变化不大，始终在5%以下；可见光照射下铁酸锌催化过硫酸钾去除苯甲酸时，效果明显，苯甲酸的去除率随处理时间的延长有很大程度的提高，最佳苯甲酸的去除率可达60%，达到了本发明的目的。

Claims (10)

1.一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：

一、取有机物污染水样进行有机污染物含量分析，其中有机污染物为苯酚、苯甲酸或二者按任意摩尔比的混合物；

二、将有机物污染水注入到水池中，按池水中有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（18~22）:1:（28~32）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐，其中过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵或三者按任意摩尔比的混合物；

三、将步骤二中称取的过硫酸盐投加到水池中并充分搅拌，保持池水温度为20℃~25℃及pH值为3~8的条件下，将步骤二中称取的铁酸锌投加到水池中并充分搅拌，用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水6h~10h后，用永磁铁对铁酸锌回收3~5次，就完成了有机物污染水中有机污染物的去除，达到饮用水标准。

2.如权利要求1所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤二中按有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为（19~21）:1:（29~31）的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐。

3.如权利要求1所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤二中按有机污染物、铁酸锌和过硫酸盐的摩尔比为20:1:30的比例分别称取铁酸锌和过硫酸盐。

4.如权利要求1、2或3所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中池水温度为21℃~24℃。

5.如权利要求1、2或3所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中池水温度为23℃。

6.如权利要求4所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中池水pH值为4~7。

7.如权利要求4所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中池水pH值为6。

8.如权利要求6所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水7h~9h。

9.如权利要求6所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中用波长λ≧400nm的可见光源连续照射池水8h。

10.如权利要求8所述的一种采用铁酸锌对饮用水的处理方法，其特征在于步骤三中用永磁铁对铁酸钴回收4次。

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