CN104176812A

CN104176812A - 一种采用零价铁粉作为载体的污水处理方法及装置

Info

Publication number: CN104176812A
Application number: CN201410402622.7A
Authority: CN
Inventors: 李洪静
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2014-08-16
Filing date: 2014-08-16
Publication date: 2014-12-03

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体为一种采用零价铁粉作为载体的污水处理方法及装置。本发明以零价铁粉作为载体，在反应器中投加适量的K₂S₂O₈，产生SO₄ ^-•，氧化降解水中的难降解有机污染物，克服了传统高级氧化工艺中采用的HO•在水中分散距离过小，有机污染物降解率较低的问题；在密闭的反应器中，用时控器精确控制进水、投料、搅拌、静沉、排水、排渣的时间，采用聚乙烯（PE）桨叶进行机械搅拌，让铁粉和K₂S₂O₈反应产生的SO₄ ^-•与有机污染物充分接触，处理后的污水不但达标排放，且不易产生二次污染，其运行安全可靠。

Description

一种采用零价铁粉作为载体的污水处理方法及装置

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种采用零价铁粉作为载体的污水处理方及装置法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，很多新兴的难降解有机污染物被排入水体，这些污染物很多都具有内分泌干扰性能，有些毒性很高，且能在生物体中富集。因此，它们对环境的影响不容忽视，探索一种有效的去除内分泌干扰物等难降解有机污染物高效低耗的方法势在必行。

传统的高级氧化工艺（AOPs）能产生HO·活性自由基，已被证明能去除污水中的难降解有机污染物（Oh et al., 2002; Watanabe et al., 2003; Chin et al., 2004; Neamtu et al., 2006）。但是传统AOPs中的HO·在水中分散距离过小，对有机污染物的降解效率较低。

活性自由基SO₄ ^-·的氧化还原电位（2.6V）与HO·相似（2.7V）（Latimer, 1952），SO₄ ^-·在水中比HO·更稳定，分散距离更大（Crimi and Taylor, 2007）。已有文献报道，SO₄ ^-·能有效降解地表水中的有机污染物TCE（Liang et al., 2004; Cao et al., 2008）。而零价铁在自然界中含量丰富，价格低廉，在高级氧化工艺中起到非常重要的作用（Mazellier and Bolte, 1997）。

发明内容

针对传统高级氧化工艺（AOPs）中HO·在水中分散距离过小，对有机污染物的降解效率较低等问题，本发明的目的在于提出一种操作方便、安全、污染物降解效率高、不易产生二次污染的污水处理方法及装置。

本发明提供的污水处理方法，以零价铁粉作为载体，采用Fe⁰激活S₂O₈ ^2-产生SO₄ ^-·，氧化去除污水中的难降解有机污染物，可提高污染物的去除率及矿化率；自动控制进水、进料、搅拌、静沉、排水等程序，可确保操作的方便和安全。

本发明中，零价铁粉投加至改进型序批式反应器中，让铁粉处于缺氧的环境条件下，确保了铁粉与K₂S₂O₈充分反应，更多的零价铁转化为二价铁，与过硫酸根反应，生成更多的SO₄ ^-·，高效地氧化降解水中的难降解有机污染物，同时减少零价铁的消耗量；在反应器中，用时控器精确控制进水、投料、搅拌、静沉、出水、排渣的时间，使处理后的污水达标排放；采用PE桨叶进行机械搅拌，让铁粉和K₂S₂O₈反应产生的SO₄ ^-·与有机污染物充分接触，同时在处理过程中不会产生二次污染。

本发明提供的采用零价铁粉作为载体的污水处理方法，具体步骤如下：

（1）进污水直至体积占反应器容量的2/3～4/5；

（2）向反应器中投加K₂S₂O₈，然后投加零价铁粉，投加完毕后开始搅拌机搅拌；

（3）搅拌时间为2 h～4 h，静沉时间为2 d～3 d；

其中，原污水TOC、投加K2S2O8和铁粉的质量比为1/90/4～1/270/8（即1：90-270：4-8）。

本发明中，对原污水的pH无特殊要求；投加铁粉的一维尺寸宜小于1 mm，所用铁粉在使用前不需做任何处理；

本发明中，搅拌机浆叶材料优选用聚乙烯（PE）。

本发明中，进水、投料、搅拌、静沉、排水、排渣的时间由时控器精确控制；

本发明的反应结束后，剩余的铁粉经沉淀后通过排渣口排出，回收后进行再利用。

使用本发明方法，污水中的难降解有机污染物去除率为100%，污水中TOC去除率大于85%。

本发明还提供一种实现污水处理方法的反应器，其为改进型序批式反应器，主要包括反应器主体和搅拌机，其中反应器主体为长方体结构，所用材料为石英玻璃，反应器主体的一侧上端设置进水口，下端设置排水口，在反应器主体的另一侧上端设置第一投料口，用于投加K₂S₂O₈，底部设置排渣口；反应容器在靠近第一投料口的上表面一端设置第二投料口，用于投加铁粉；在反应器的中线位置附近设置搅拌机，其搅拌桨叶采用聚乙烯材料，搅拌桨叶接近反应器底部，搅拌机电极位于反应器主体上端。

本发明的有益效果是：

（1）采用零价铁粉作为载体，反应器中投加适量的K₂S₂O₈，产生SO₄ ^-·，水中的难降解有机污染物去除效率高；

（2）在密闭的反应器中，采用PE桨叶进行机械搅拌，让铁粉和K₂S₂O₈反应产生的SO₄ ^-·与有机污染物充分接触，确保反应器中铁粉不被搅拌桨叶吸附、不易生锈；

（3）自动控制进水、进料、搅拌、静沉、排水等程序，反应结束后，剩余的铁粉通过排渣口排出，回收后进行再利用。处理后的污水不但达标排放，而且避免了传统高级氧化工艺易产生二次污染的问题。

附图说明

图1是一种采用零价铁粉作为载体的污水处理装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

零价铁粉购自Sigma-aldrich公司，其一维尺寸小于1 mm。

本发明中，采用零价铁粉作为载体的污水处理装置示意图如图1所示，其主要包括反应器主体和搅拌机，其中反应器主体为长方体结构，容积为3.0 L，所用材料为石英玻璃，反应器主体的一侧上端设置进水口，下端设置排水口，在反应器主体的另一侧上端设置第一投料口，用于投加K₂S₂O₈，底部设置排渣口；反应容器在靠近第一投料口的上表面一端设置第二投料口，用于投加铁粉，在反应器的中线位置附近设置搅拌机，其搅拌桨叶采用聚乙烯材料，搅拌桨叶接近反应器底部，搅拌机电极位于反应器主体上端。

实施例1：在本实施例中，改进型序批式反应器的容积为3.0 L，进污水直至体积占反应器容量的2/3。氯霉素（CAP）的初始浓度为36 mg/L，加入K₂S₂O₈的浓度为3240 mg/L，加入零价铁粉的量为150 mg。由时控器精确控制进水、投料、搅拌、静沉、排水和排渣的时间。进污水后，同时投加K₂S₂O₈和零价铁粉，投加完成后，开始搅拌；搅拌2 h后，静沉2 d；排水后排渣。运行后的出水结果为：污水中CAP浓度为0 mg/L，CAP去除率为100%，污水中TOC去除率为86%。

实施例2：在本实施例中，改进型序批式反应器的容积为3.0 L，进污水直至体积占反应器容量的7/10。CAP的初始浓度为40 mg/L，加入K₂S₂O₈的浓度为6480 mg/L，加入零价铁粉的量为180 mg。由时控器精确控制进水、投料、搅拌、静沉、排水和排渣的时间。进污水后，同时投加K₂S₂O₈和零价铁粉，投加完成后，开始搅拌；搅拌3 h后，静沉2.5 d；排水后排渣。运行后的出水结果为：污水中CAP浓度为0 mg/L，CAP去除率为100%，污水中TOC去除率为89%。

实施例3：在本实施例中，改进型序批式反应器的容积为3.0 L，进污水直至体积占反应器容量的4/5。CAP的初始浓度为45 mg/L，加入K₂S₂O₈的浓度为11250 mg/L，加入零价铁粉的量为200 mg。由时控器精确控制进水、投料、搅拌、静沉、排水和排渣的时间。进污水后，同时投加K₂S₂O₈和零价铁粉，投加完成后，开始搅拌；搅拌4 h后，静沉3 d；排水后排渣。运行后的出水结果为：污水中CAP浓度为0 mg/L，CAP去除率为100%，污水中TOC去除率为92%。

Claims

1.一种采用零价铁粉作为载体的污水处理方法，具体步骤如下：

（1）进污水直至体积占反应器容量的2/3～4/5；

（2）向反应器中投加K₂S₂O₈，然后投加零价铁粉，投加完毕后搅拌机开始搅拌；

（3）搅拌时间为2 h～4 h，静沉时间为2 d～3 d；然后排水、排渣；

其中，原污水TOC、投加K2S2O8和铁粉的质量比为1：（90-270）：（4-8）。

2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于：步骤（2）中投加铁粉的一维尺寸小于 1 mm。

3.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于：步骤（2）中搅拌机搅桨叶材料采用聚乙烯。

4.一种采用零价铁粉作为载体的污水处理装置，为改进型序批式反应器，其特征在于主要包括反应器主体和搅拌机，其中反应器主体为长方体结构，所用材料为石英玻璃；反应器主体的一侧上端设置进水口，下端设置排水口，在反应器主体的另一侧上端设置第一投料口，用于投加K₂S₂O₈，底部设置排渣口；反应容器在靠近第一投料口的上表面一端设置第二投料口，用于投加铁粉；在反应器的中线位置附近设置搅拌机，其搅拌桨叶采用聚乙烯材料，搅拌桨叶接近反应器底部，搅拌机电极位于反应器主体上端。