CN105836871A - 一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高均相UV‑Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，在均相UV‑Fenton体系中加入新型调控试剂乙酸盐，通过选择溶液体系中乙酸根和铁离子的浓度比例，可以调控体系亚铁离子的光解生成速率达到最优值，从而提高体系降解有机污染物的效率。采用该方法，可以有效提高均相UV‑Fenton体系处理有机废水的效率，缩短处理时间，降低处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及用一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，该方法用于高效处理有机废水，属于废水处理技术领域。
背景技术
难降解有机废水的处理一直以来都备受关注。均相UV-Fenton体系能产生氧化能力极强的羟基自由基，具有氧化降解效率高、产物无污染等优点，是难降解有机废水处理的理想技术。
为降低废水处理后体系中剩余铁离子的处理处置成本，以低浓度铁离子作为基础的均相UV-Fenton技术得到发展，但其催化降解有机污染物的效率却有待提高。国内外众多学者开展了均相UV-Fenton体系的增效研究，以求利用低浓度的铁离子催化剂来达到高效氧化降解有机污染物的目的。
目前，针对均相UV-Fenton体系，国内外研究较多的增效试剂是草酸盐、丙二酸盐、柠檬酸三盐和乙二胺四乙酸盐等几类，而将乙酸盐作为均相UV-Fenton体系增效试剂的研究迄今未见报道。
发明内容
本发明的目的提供一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，使用该方法可以有效提高均相UV-Fenton体系降解有机污染物的效率，从而达到缩短处理时间、降低处理成本的效果。
为实现以上目的，本发明提供了一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，在均相UV-Fenton体系中加入新型调控试剂乙酸盐，通过选择溶液体系中乙酸根和铁离子的浓度比例，可以调控体系亚铁离子的光解生成速率达到最优值，从而达到提高降解有机污染物效率的目的。
具体方案是将有机废水初始pH值调为3.0，水温为30～50℃，加入乙酸盐和硫酸铁搅拌溶解（乙酸根浓度范围可根据实际情况调整，乙酸根:铁离子摩尔浓度为1:8～16:8），而后加入过氧化氢并打开置于反应器/池中央的紫外灯。增效的均相UV-Fenton体系能快速降解水中的有机污染物。
本发明的操作方式以序批式间歇反应为主。
本发明提供了一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，应用于实际工业废水处理有以下优点（1）氧化效果极强，处理时间短；（2）产物为二氧化碳和水，无污染，符合绿色化学和可持续发展理念；（3）乙酸钠比较常见，安全，成本低廉，有利于降低废水处理成本；（4）乙酸盐对于均相UV-Fenton增效效果强于草酸盐和其它大部分调节剂，是一种新型高效调节剂。
在处理难降解有机废水时，可直接用此法进行氧化处理，也可和其它废水处理法合用，以取得最佳效果，具体情况具体分析。例如，可以和生化法连用，先用增效均相UV-Fenton法，经处理后废水可生化性大幅提高，再使用生物法进行处理，直至完全矿化；再例如，处理酸化废水以便于调节废水pH值，再用增效均相UV-Fenton法处理废水中的难降解基团，而后用沉淀法、膜处理法、普通化学氧化法进行处理，废水处理效果会大大增加。
本发明还阐述了增效剂对均相UV-Fenton体系的增效原理。应用乙酸盐其增效原理在于：（1）首先，铁离子与溶液中的乙酸根进行配位反应，形成弱稳定性的络合物；（2）该络合物在紫外光下光解还原产生亚铁离子，其量子产率高于铁离子；（3）亚铁离子与过氧化氢反应产生羟基自由基；（4）羟基自由基高效降解水中有机污染物使之矿化。乙酸盐增效原理的关键在于其与铁离子络合物光解产生亚铁离子的速率合适，不会因为亚铁离子生成速率过高而引发亚铁离子还原消耗羟基自由基的副反应。
具体实施方式
实施例1：
具体应用时措施如下，在光化学反应器中心（或反应池中央）设置石英套管，内置紫外灯管，石英套管和光化学反应器（反应池中央）之间的中间区域为反应降解区，反应区下部设置搅拌装置。初始pH值为3.0，水温为30℃，6W-30W紫外灯管（254 nm）置于反应器/池中央石英套管中作为光源。反应区加入硫酸铁和过氧化氢构建均相UV-Fenton体系，加入不同浓度乙酸钠作为增效试剂，乙酸钠浓度范围可根据实际情况调整（乙酸根与铁离子摩尔比为1:8到16:8），具体比值由实际情况而定。
比较实施例1-1：
在圆柱光化学反应器中心设置一根石英套管，内置紫外灯管，下方设置磁力搅拌，中间层为反应降解区。本实验设定铁离子浓度为0.1mmol/L，偶氮染料金橙Ⅱ浓度为0.2 mmol/L, 过氧化氢浓度为10 mmol/L，以6W紫外灯（254nm）作为光源构建基本的均相UV-Fenton体系。增效试剂乙酸钠浓度由0变化到0.2 mmol/L。实验结果如表1所示。当乙酸根与铁离子摩尔比为1时，染料金橙II的降解速度常数能从无增效试剂的0.424min-1提高到0.561min-1，染料金橙II的降解速率能提高32.3%。表明乙酸钠是均相UV-Fenton体系的高效增效试剂。本发明特征为加入乙酸钠为调控剂，且调控范围内的最佳投加量乙酸根和铁离子摩尔比为1。
表1 乙酸根与铁离子比例对均相UV-Fenton降解染料金橙II速率常数的影响
比较实施例1-2：
在圆柱光化学反应器中心设置一根石英套管，内置紫外灯管，下方设置磁力搅拌，中间层为反应降解区。本实验设定铁离子浓度为0.1mmol/L，偶氮染料金橙Ⅱ浓度为0.2 mmol/L, 过氧化氢浓度为10 mmol/L，以6W紫外灯作为光源构建基本的均相UV-Fenton体系。增效试剂乙酸钠、草酸钠、丙二酸钠、柠檬酸三钠、乙二胺四乙酸二钠浓度为0.1 mmol/L。实验结果如表2所示。五种增效试剂中，乙酸钠能明显促进均相UV-Fenton体系降解染料的速度，表明乙酸钠是均相UV-Fenton体系的高效增效试剂。
表2 不同增效试剂对均相UV-Fenton降解染料金橙II速率常数的影响
实施例2：
在圆柱光化学反应器中心设置一根石英套管，内置紫外灯管，下方设置磁力搅拌，中间层为反应降解区。本实验设定铁离子浓度为0.1mmol/L，偶氮染料金橙Ⅱ浓度为0.2 mmol/L, 过氧化氢浓度为10 mmol/L，以6W紫外灯作为光源构建基本的均相UV-Fenton体系。增效试剂乙酸钠、乙酸铵和乙酸钾的浓度为0.1 mmol/L。三种增效均相UV-Fenton体系中，染料金橙II的降解速度常数分别为0.561min-1、0.503min-1和0.494min-1，均高于无增效试剂均相UV-Fenton体系降解染料金橙II的速度常数（0.424min-1）。表明不同的乙酸盐均能增效均相UV-Fenton体系的降解能力，其中乙酸钠是均相UV-Fenton体系的最佳增效试剂。
Claims (3)
1.一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，具体步骤如下：将有机废水初始pH值调为3.0，水温为30～50℃，加入乙酸盐和硫酸铁搅拌溶解，而后加入过氧化氢并打开置于反应器/池中央的紫外灯；增效的均相UV-Fenton体系能快速降解水中的有机污染物。
2.权利要求1所述的一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，其特征在于，在均相UV-Fenton体系中加入乙酸盐为调控剂，乙酸盐可以是乙酸钠、乙酸钾和乙酸铵中的一种。
3.根据要求1所述的一种提高均相UV-Fenton体系降解水中有机污染物效率的方法，其特征在于，在均相UV-Fenton体系中加入乙酸盐为调控剂，乙酸盐浓度范围可根据实际情况调整，乙酸根:铁离子摩尔比例控制在1:8～16:8范围。
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