CN102897893A

CN102897893A - 一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法

Info

Publication number: CN102897893A
Application number: CN2012104436612A
Authority: CN
Inventors: 马军; 赵吉; 杨晶晶
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2013-01-30

Abstract

一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，它涉及一种水处理方法。本发明的目的是要解决现有水处理方法中氧化处理存在氧化能力差、氧化速度慢、产生有毒有害副产物及处理成本高的问题。方法：将铁原料和氯加入待处理水中进行氧化处理，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物。优点：一、本发明利用原位产生的高活性中间态铁氧化除污染，具有氧化速度快、无有毒有害副产物生成的特点；二、本发明氧化后的产物三价铁盐能发挥混凝剂的作用，降低混凝剂投量，节约试剂费用；三、可以采用铁粉、铁屑作为本发明的铁原料，降低处理成本。本发明主要用于对水中有机物进行处理。

Description

一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法

技术领域

本发明涉及一种水处理方法。

背景技术

人类在生产生活过程中向天然水体排放的有毒有害有机物被频繁检出，虽然其含量较低，但种类繁多，对人类及环境构成了潜在危害。《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中水质指标由原来的35项增至106项，其中毒理指标中的有机化合物从5项增至53项，表明我国对水质的要求日益严格。常规的水处理工艺对水中的微量有机污染物去除效果差，并不能满足水质要求。

为了使水质达标，通常采用化学氧化法来处理含有机污染的水源水，常用的氧化剂包括臭氧、高锰酸盐、二氧化氯、氯气、次氯酸盐、高铁酸盐等。臭氧氧化效果明显，但不适用于含有溴离子的水体，且建设、运行成本高。高锰酸盐氧化水中有机物具有选择性，因此对有机物表现出较高的去除效率，但其价格比较昂贵。二氧化氯消毒主要应用在产水量较小的水厂，其消毒副产物亚氯酸盐对人体有潜在危害。目前为止采用最广泛的一种氧化技术是氯氧化（氯气和次氯酸盐），效果明显，但是其氧化过程中易产生具有致毒作用的卤代消毒副产物，对饮用水安全造成威胁。高铁酸盐作为新兴的氧化剂，和高锰酸盐一样具有选择性，且在特定条件下其氧化速度比高锰酸盐快。高铁酸盐在氧化有机物的过程中伴随着高活性中间态铁的产生，中间态铁具有更强的氧化能力，能快速与有机物发生反应，但易发生自分解，有效利用率低。高铁酸盐需现用现制，成本高，操作条件苛刻，导致其应用得不到推广。因此现有水处理方法的预氧化过程存在氧化能力差、氧化速度慢、产生有毒有害副产物及处理成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是要解决现有水处理方法中氧化处理存在氧化能力差、氧化速度慢、产生有毒有害副产物及处理成本高的问题，而提供一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法。

一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，具体是按以下步骤完成的：将铁原料和氯加入待处理水中进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁原料与氯的质量比为(0.2~500):1。

本发明的原理是氯作为一种两电子氧化剂，采用铁单质（Fe(ZVI)）作为铁原料与HClO反应（氯在水中生成次氯酸），失去两个电子，生成亚铁离子（Fe(II)），Fe(II)进一步失去两个电子生成中间态铁Fe(IV)，或者采用Fe(II)作为铁原料与HClO反应（氯在水中生成次氯酸），Fe(II)失去两个电子生成中间态铁Fe(IV)，中间态铁（Fe(IV)）氧化能力强，氧化速度快，与水中有机物反应产生三价铁（Fe(III)），化学反应过程如下：

Fe(ZVI)+HClO+H⁺→Fe(II)+H₂O+Cl^-（1）

Fe(II)+HClO+H⁺→Fe(IV)+H₂O+Cl^-（2）

Fe(IV)+有机物→Fe(III)+有机物ox（3）

或者

Fe(II)+HClO+H⁺→Fe(IV)+H₂O+Cl^-（1）

Fe(IV)+有机物→Fe(III)+有机物ox（2）

本发明优点：一、本发明利用原位产生的高活性中间态铁氧化除污染，具有氧化速度快、无有毒有害副产物生成的特点；二、本发明氧化后的产物三价铁盐能发挥混凝剂的作用，降低混凝剂投量，节约试剂费用，对于受有机污染严重的水，还可以通过提高铁原料和氯的投加量来达到较好的去除效果，从而摆脱传统氯氧化投量受限制的约束；三、可以采用铁粉、铁屑作为本发明的铁原料，因为铁粉、铁屑可通过磁分离进行回收，能够大大降低处理成本。

附图说明

图1是2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中■表示试验一2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中□表示试验一的对比试验2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图；图2是2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中■表示试验二2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中□表示试验二的对比试验2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图。

具体实施方式

本发明实施方案不局限于列举的具体实施方式，还包括以下具体实施方式的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式是一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，具体是按以下步骤完成的：将铁原料和氯加入待处理水中进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L～10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁原料与氯的质量比为(0.2~500):1。

本实施方式中的待处理水为地表水、污水处理厂二级出水或受有机污染的地下水等含有机物的废水。

本实施方式利用原位产生的高活性中间态铁氧化除污染，具有氧化速度快、无有毒有害副产物生成的特点。

本实施方式氧化后的产物三价铁盐能发挥混凝剂的作用，降低混凝剂投量，节约试剂费用，对于受有机污染严重的水，还可以通过提高铁原料和氯的投加量来达到较好的去除效果，从而摆脱传统氯氧化投量受限制的约束。

可以采用铁粉、铁屑作为本实施方式的铁原料，因为铁粉、铁屑可通过磁分离进行回收，能够大大降低处理成本。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的铁原料为亚铁盐或铁单质。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式所述的铁单质为铁粉、铁屑或纳米零价铁。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：当所述的铁原料为亚铁盐时，具体操作过程如下：将亚铁盐和氯加入待处理水中进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的亚铁盐与氯的质量比为(0.2~30):1。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三之一不同点是：所述的亚铁盐采用一次性投加方式或者分批次投加方式加入，所述的氯采用一次性投加方式加入。其它与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同点是：所述的亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或两种混合物。其它与具体实施方式二至四相同。

本实施方式所述的亚铁盐为混合物时，按任意比例混合。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二不同点是：当所述的铁原料为铁单质时，具体操作过程如下：首先将铁单质加入反应器中，然后依次加入待处理水和氯进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁单质与氯的质量比为(2~500):1。其它与具体实施方式二相同。

本实施方式所述的铁单质为铁粉、铁屑或纳米零价铁。

反应结束后采用磁分离方法去除铁氧化物，将剩余的铁单质重新加入反应器中，并补充新的铁单质，然后继续依次加入待处理水和氯进行氧化处理。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的氯为氯气、次氯酸盐、一氯胺或次氯酸盐/一氯胺混合物。其它与具体实施方式一至六相同。

本实施方式所述的次氯酸盐/一氯胺混合物由次氯酸盐与一氯胺按任意比混合而成。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：所述的次氯酸盐为次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或两种混合物。其它与具体实施方式七相同。

本实施方式所述的次氯酸盐为混合物时，按任意比例混合。

采用下述试验验证本发明效果

试验一：一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，具体是按以下步骤完成的：将硫酸亚铁和次氯酸钠加入待处理水中进行氧化处理，硫酸亚铁的投量为7.3mg/L，次氯酸钠的投量为5.2mg/L，氧化处理时间为30min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物。

本试验一所述的待处理水中2,4,6-三氯酚含量为10μmol/L。

试验一的对比试验

将次氯酸钠加入待处理水中进行氧化处理，次氯酸钠的投量为5.2mg/L，氧化处理时间为30min，即完成氧化处理。

本试验一的对比试验所述的待处理水中2,4,6-三氯酚含量为10μmol/L。

记录试验一和试验一的对比试验在氧化0min~30min内2,4,6-三氯酚去除率，如图1所示，图1是2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中■表示试验一2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中□表示试验一的对比试验2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，通过图1可知试验一进行1min后2,4,6-三氯酚的去除率达到80%，而试验一的对比试验进行30min后2,4,6-三氯酚的去除率仅51%，因此可知试验一利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法不仅对2,4,6-三氯酚的除效率高，而且反应时间短，可缩小反应器体积。

试验二：一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，具体是按以下步骤完成的：将铁粉和次氯酸钠加入待处理水中进行氧化处理，铁粉的投量为0.5g/L，次氯酸钠的投量为3.8mg/L，氧化处理时间为30min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物。

本试验二所述的待处理水中2,4,6-三氯酚含量为10μmol/L。

试验二的对比试验

将次氯酸钠加入待处理水中进行氧化处理，次氯酸钠的投量为3.8mg/L，氧化处理时间为30min，即完成氧化处理。

本试验二的对比试验所述的待处理水中2,4,6-三氯酚含量为10μmol/L。

记录试验二和试验二的对比试验在氧化0min~30min内2,4,6-三氯酚去除率，如图2所示，图2是2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中■表示试验二2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，图中□表示试验二的对比试验2,4,6-三氯酚去除率-时间变化曲线图，通过图2可知试验二进行10min后2,4,6-三氯酚的去除率达到88%，而试验二的对比试验进行30min后2,4,6-三氯酚的去除率仅39%，因此可知试验二利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法不仅对2,4,6-三氯酚的去除效率大大提高，同时所采用的铁粉廉价易得，剩余的铁粉能够同通过磁分离的方式回收利用，进一步降低处理成本。

Claims

1.一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法是按以下步骤完成的：将铁原料和氯加入待处理水中进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁原料与氯的质量比为(0.2~500):1。

2.根据权利要求1所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于所述的铁原料为亚铁盐或铁单质。

3.根据权利要求2所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于当所述的铁原料为亚铁盐时，具体操作过程如下：将亚铁盐和氯加入待处理水中进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁原料与氯的质量比为(0.2~30):1。

4.根据权利要求3所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于所述的亚铁盐采用一次性投加方式或者分批次投加方式加入，所述的氯采用一次性投加方式加入。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于所述的亚铁盐为硫酸亚铁和氯化亚铁中的一种或两种混合物。

6.根据权利要求2所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于当所述的铁原料为铁单质时，具体操作过程如下：首先将铁单质加入反应器中，然后依次加入待处理水和氯进行氧化处理，氯的投量为0.2mg/L~10mg/L，氧化处理时间为1min~60min，即完成利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物；所述的铁原料与氯的质量比为(2~500):1。

7.根据权利要求1所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于所述的氯为氯气、次氯酸盐、一氯胺或次氯酸盐/一氯胺混合物。

8.根据权利要求7所述的一种利用高活性中间态铁氧化处理水中有机物的方法，其特征在于所述的次氯酸盐为次氯酸钠和次氯酸钙中的一种或两种混合物。