CN103420530A - 一种处理废水中难降解有机污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明克服现有技术中铁纳米颗粒进行废水处理时，铁纳米颗粒容易团聚的不足，提供一种处理废水中难降解有机污染物的方法。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种处理废水中难降解有机污染物的方法，步骤如下：在气动超声作用下，并将pH调节为1-5，向其中加入亚铁离子盐，再投入铁纳米颗粒，然后加入过氧化氢，气动超声作用后进行固液分离，废水达标排放。通过采用气动超声波场相对于普通电动超声场可以增大分散和辐射范围，更容易将将铁纳米颗粒很好地分散在废水中，同时空气即是产生气动超声场的介质，又为废水处理系统提供了氧化剂（O2）、搅拌和剪切功能，而能耗设备仅是产生气动超声场的空气压缩机，达到了节能效果。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及废水中难降解有机污染物的处理方法。
背景技术
随着工业的快速发展，经济腾飞的同时，各类工业废水的排放量也逐年递增。其中，高浓度有机废水由于其成分的复杂性，采用一般的废水治理方法已经难以达到经济和技术要求，因此寻求高效处理高浓度有机废水的方法成为现阶段国内外学者共同关注的热点。
处理含氯苯废水的方法很多，除了常见的物理法、化学法、生物法，此外还有污泥灌溉法、地下水注入法和海洋排放法等。目前很多大型企业采用生物法，其优点是除酚率高，处理量大，单位成本耗费低；缺点是投资大，占地面积大，对高浓度含氯苯废水的耐冲击力。近年来，很多学者将研究重点放在采用高级氧化技术及膜分离技术处理含氯苯废水，均收到较好的效果。
以催生羟基自由基为主要氧化剂的高级氧化技术是近年来处理含氯苯废水的研究热点。其中，芬顿法作为高级氧化技术的主流方法，在氧化降解持久性有机污染物方面有其独特优势，反应迅速且分解氧化彻底，因此芬顿法的应用范围不断地扩展。芬顿法可以单独作为一种处理方法氧化降解有机含酚废水，也可以与其他方法（如微电解法、生化法、混凝法等）联用，以取得更好的处理效果。
利用铁纳米颗粒进行废水的处理，现有技术中已有报道，但是由于纳米颗粒粒径小，表面活性高，在溶液中极易发生团聚，使其很难在工业生产中应用。
发明内容
本发明克服现有技术中铁纳米颗粒进行废水处理时，铁纳米颗粒容易团聚的不足，提供一种处理废水中难降解有机污染物的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种处理废水中难降解有机污染物的方法，步骤如下：在气动超声作用下，将废水pH调节为1-5，向其中加入亚铁离子盐，再投入铁纳米颗粒，然后加入过氧化氢，气动超声作用后进行固液分离，废水达标排放。
进一步地，所述的铁纳米颗粒为纳米铁、纳米零价铁或纳米四氧化三铁颗粒，铁纳米颗粒直径为20-30nm，所述的铁纳米颗粒加入量为每100mL的废水中加入0.01-0.1g。
作为优选，所述的过氧化氢加入量为m(H2O2):m(COD)=0.4-1.2。
作为优选，所述亚铁离子盐加入量为n(H2O2):n(Fe2+)=1-20。
作为优选，所述的气动超声频率为20～50kHz，所述的气动超声作用时间为5～60min。
作为优选，所述的固液分离采用电磁场分离方法使固液分离。
本发明的有益效果如下：
1、通过采用气动超声波场相对于普通电动超声场可以增大分散和辐射范围，更容易将铁纳米颗粒很好地分散在废水中；
铁纳米颗粒在酸性条件下有部分表面产生的三价铁离子、二价铁离子与过氧化氢构成fenton试剂，生成的羟基自由基具有很强的氧化能力，同时溶液中过量的三价铁离子和亚铁离子又可以同氢氧根离子形成氢氧化三铁、氢氧化二铁沉淀，氢氧化三铁又可以进一步水解成有很强絮凝效果的络离子，而这些絮凝沉淀被附着在铁纳米颗粒的表面，形成铁氧体。通过磁场可将铁氧体从溶液中分离出来。
该方法氧化技术、铁氧体技术和吸附技术于一体，通过气动超声场的协同作用，完成有机污染物的有效去除，去除率最高可达到100%。Fenton试剂具有操作过程简单、反应速度快、设备简便、费用便宜、对环境友好等优点。Fenton试剂中一部分三价铁离子、二价铁离子也可以被铁纳米颗粒吸附在表面，另一部分可生成铁氧体，进一步提高废水处理效果，同时降低二次污染的风险性；污染物在气动超声场作用下，通过发生纳米效应、空化作用、氧化反应和吸附性能及相互协同作用，实现对有机污染物的降解、吸附。同时克服了铁氧体形成需加热的弊端。
空气即是产生气动超声场的介质，又为废水处理系统提供了氧化剂（O2）、搅拌和剪切功能，而能耗设备仅是产生气动超声场的空气压缩机，达到了节能效果。
2、本发明利用铁纳米颗粒和fenton试剂联合在气动超声条件下处理含氯苯的模拟废水，COD起始浓度为1000mg/L的氯苯废水去除率可达100%，COD起始浓度为3000mg/L的氯苯废水去除率可达94.5%以上。
3、本发明中降低氯苯废水中COD浓度的工艺条件容易控制，在常温即可达到很高的去除率，克服了fenton法和铁氧体法中需要的较高温度条件。
4、本发明处理方法在降低氯苯废水中COD浓度时可间歇式操作，也可连续式操作。
5、本发明的处理方法可以将铁纳米颗粒回收，不会造成二次污染。
具体实施方式
实施例1：
自配COD初始浓度为1000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为3，根据n(H2O2):n(Fe2+)=10的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，接着每100mL的废水中投入0.05g纳米四氧化三铁颗粒，再根据m(H2O2):m(COD)=0.8的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声60min，气动超声频率为20kHz，COD去除率达到100%。
对比实施例1:
将实施例1中的气动超声换为电动超声60min，其他条件不变，具体步骤如下：
自配COD初始浓度为1000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为3，根据n(H2O2):n(Fe2+)=10的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，接着每100mL的废水中投入0.05g纳米四氧化三铁颗粒，再根据m(H2O2):m(COD)=0.8的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下电动超声60min，气动超声频率为20kHz，COD去除率达到84.6%
对比实施例2：
不加入纳米四氧化三铁颗粒，其他条件同实施例1，具体步骤如下：
自配COD初始浓度为1000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为3，根据n(H2O2):n(Fe2+)=10的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，再根据m(H2O2):m(COD)=0.8的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声60min，气动超声频率为20kHz，COD去除率达到58.5%。
对比实施例3：
自配COD初始浓度为1000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为3，接着投入0.05g纳米四氧化三铁颗粒于氯苯废水中，常温（20-25℃）下气动超声60min，气动超声频率为20kHz，COD去除率达到35.3%。
对比实施例4：
自配COD初始浓度为1000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为3，接着每100mL的废水中投入0.05g纳米四氧化三铁颗粒，常温下气动超声60min后，通过磁场分理出沉淀，再根据n(H2O2):n(Fe2+)=10的配比先将七水合硫酸亚铁投入经过纳米四氧化三铁颗粒处理后的废水中，接着，再根据m(H2O2):m(COD)=0.8的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声60min，气动超声频率为20kHz，COD去除率达到90.3%。可见铁纳米颗粒和芬顿试剂单独加入对废水处理效果远不如两者同时对废水进行处理的效果，说明两者同时对废水进行处理时不仅发挥着各自的作用其间还存在协同作用。
实施例2:
自配COD初始浓度为3000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为1，根据n(H2O2):n(Fe2+)=1的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，接着每100mL的废水中投入0.01g纳米四氧化三铁颗粒，再根据m(H2O2):m(COD)=1.2的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声60min，气动超声频率为50kHz，COD去除率达到94.5%。
实施例3:
自配COD初始浓度为2000mg/L的氯苯工业废水，调节pH为5，根据n(H2O2):n(Fe2+)=10的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，接着每100mL的废水中投入0.1g纳米四氧化三铁颗粒，再根据m(H2O2):m(COD)=0.4的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声5min，气动超声频率为30kHz，COD去除率达到99.7%。
实施例4:
自配COD初始浓度为2500mg/L的氯苯工业废水，调节pH为4，根据n(H2O2):n(Fe2+)=20的配比先将七水合硫酸亚铁投入废水中，接着每100mL的废水中投入0.05g纳米四氧化三铁颗粒，再根据m(H2O2):m(COD)=0.8的配比加入过氧化氢，常温（20-25℃）下气动超声50min，气动超声频率为40kHz，COD去除率达到95.6%。
Claims (6)
1.一种处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：在气动超声作用下将废水pH调节为1-5，向其中加入亚铁离子盐，再投入铁纳米颗粒，然后加入过氧化氢，气动超声作用后进行固液分离，废水达标排放。
2.根据权利要求1所述的处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：所述的铁纳米颗粒为纳米铁、纳米零价铁或纳米四氧化三铁颗粒其中的一种，铁纳米颗粒直径为20-30nm，所述的铁纳米颗粒加入量为每100mL的废水中加入0.01-0.1g。
3.根据权利要求1所述的处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：所述的过氧化氢加入量为m(H2O2):m(COD)=0.4-1.2。
4.根据权利要求1所述的处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：所述亚铁离子盐加入量为n(H2O2):n(Fe2+)=1-20。
5.根据权利要求1所述的处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：所述的气动超声频率为20～50kHz，所述的气动超声作用时间为5～60min。
6.根据权利要求1所述的处理废水中难降解有机污染物的方法，其特征在于：所述的固液分离采用电磁场分离方法使固液分离。
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