CN107188265B - 一种基于uv/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工业废水处理领域，具体地说，涉及一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法。采用如下技术方案，一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）向重金属络合废水中投加氯系氧化剂，然后用盐酸或氢氧化钠溶液调节水质pH并搅拌，进行光照处理破坏络合结构，所述氯系氧化剂产生的活性氯与水中络合态重金属的摩尔当量比5~150:1投加；（2）调节pH值使重金属形成沉淀，之后通过固液分离即完成废水处理。通过采用上述方案，本发明提供一种可实现对电镀、制革、印刷电路板等多行业废水进行经济、高效处理的新型的一种UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法。
Description
技术领域
本发明属于工业废水处理领域，具体地说，涉及一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法。
背景技术
络合重金属废水是当前工业废水的治理的重点与难点，主要来源于电镀、线路板、表面处理、制革和造纸等行业，对人类健康和生态环境造成严重威胁。由于柠檬酸、酒石酸、海藻酸钠、EDTA和NTA等有机络合剂广泛应用于在这些行业的生产工序中，导致废水中重金属以络合形态存在。相比游离态的重金属，络合态重金属因结构稳定，难以被传统的化学沉淀、混凝、吸附等方法有效去除。因此，发展高效且经济的络合态重金属络合废水处理新技术迫在眉睫。
近年来，高级氧化技术 (AOPs) 因氧化能力强、反应速率快、处理效率高而在络合态重金属处理方面受到广泛关注。主要的方法包括UV/H2O2、光催化氧化、电化学氧化和光电催化耦合联用等。这些方法能较为有效地破坏络合态重金属的络合结构，但目前仍处于在实验室研究阶段，受限于药剂成本、处理效率、催化材料活性与稳定性、反应器构造等诸多因素，难以实现工业化应用。
近年来，紫外/氯高级氧化技术因可同时产生羟基自由基（HO·）、活性氯（Cl·、Cl2·-和ClO·等）等多种强氧化性活性氧化物物种而受到广大研究者们的青睐。该技术可有效降解水中农药、内分泌干扰素(EDCs)、药物及个人护肤品（PPCPs）等持久性有机污染物，因而在水与废水处理中具有广阔的应用前景。HO·是一种非选择性的强氧化性，可与EDTA、NTA、柠檬酸等络合态重金属发生快速的氧化反应，其二级反应速率常数高达为108~109 M-1s-1。Cl·、Cl2·-和ClO·等活性氯也可快速氧化EDTA、NTA、柠檬酸等络合态重金属，其反应速率常数也高达~1010 M-1s-1。因此，UV/氯体系中的HO·和活性氯等活性物种可有效破坏EDTA、NTA、柠檬酸等络合态重金属的络合结构。
氧化破络是逐步脱羧的过程，有机经脱羧最终转化为草酸、乙酸、甲酸等小分子有机物以及CO2、NO3 -等无机物，而重金属则以自由态或弱配体络合态（如与草酸、乙酸等络合）游离于溶液中，可在碱性pH下通过沉淀去除。因此，UV/氯高级氧化技术实现对络合态重金属破络，释放出重金属可通过加碱沉淀得以去除。
发明内容
本发明为了克服现有技术存在处理重金属络合废水效果差，而现有的高级氧化技术又受药剂成本、催化或电极材料等因素限制这一现状的问题，提供一种可实现对电镀、制革、印刷电路板等多行业废水进行经济、高效处理的新型的一种UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）向重金属络合废水中投加氯系氧化剂，然后用盐酸或氢氧化钠溶液调节水质pH并搅拌，进行光照处理破坏络合结构，其中重金属络合废水中使用的络合剂为柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸 (EDTA)、氨三乙酸 (NTA)、二乙基三胺五乙酸 (DTPA)、乙二胺二琥珀酸 (EDDS)中一种或多种，所述重金属络合废水中的重金属为铜、镍、铬、锌、铅、钴或镉中的一种或几种，所述氯系氧化剂产生的活性氯与水中络合态重金属的摩尔当量比5~150:1投加；（2）调节pH值使重金属形成沉淀，之后通过固液分离即完成废水处理。
本发明进一步技术方案是：所述步骤（1）中氯系氧化剂为次氯酸钠或漂白粉或液氯或氯气，步骤（1）中的水质pH范围为3~9。
本发明再进一步技术方案是：步骤（1）中的光照处理时间为5-180 min。
本发明最后技术方案是：步骤（2）中通过投加氢氧化钠、氢氧化钾或石灰中的一种或几种来调节pH值至10-12。
通过采用上述方案，本发明达到的效果：
一、电镀、制革、印刷电路板等行业排放的重金属络合废水，经本技术方案处理后，TOC去除率为60-85%，重金属去除率为80-99%，出水水质达到污水综合排放标准（GB8978-1996）。
二、本发明提供的UV/氯高级氧化技术以次氯酸或次氯酸根为氧化剂，与过氧化氢相比，具有紫外吸收能力强、光量子产率高、紫外利用率高等优点，因此，UV/氯高级氧化技术是一种高效的氧化体系。
三、本发明利用UV/氯高级氧化技术中产生的具有强氧化性的羟基自由基和活性氯等多种活性物种协同氧化破络，而现有的Fenton氧化法、光催化氧化法、电化学氧化法等主要通过单一的羟基自由基降解有机物，相比现有的技术，本发明的处理技术对有机物具有更高的破络效果，且TOC和重金属的去除效率更高。
四、本发明中UV/氯高级氧化技术具有pH适用范围广、氧化剂残留量少、处理成本低、操作简单方便等优点，能够实现大规模的工程化应用。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为本发明实施中CuEDTA、TOC和Cu（II）的去除-时间曲线图。
具体实施方式
实施例一：
以自来水配制Cu-EDTA废水浓度为0.3 mmol/L，次氯酸钠与Cu-EDTA为摩尔比60，pH 4.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施中CuEDTA在30 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为82%，Cu(II)去除率约为95%。
实施例二：
以自来水配制Ni-EDTA废水浓度为0.3 mmol/L，次氯酸钠与Ni-EDTA摩尔比为90，pH 3.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施方案中Ni-EDTA在20 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为86%，Ni(II)去除率约为98%。
实施例三：
以自来水配制Ni-NTA废水浓度为0.3 mmol/L，漂白粉与Ni-NTA摩尔比为90，pH4.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施方案中Ni-NTA在30 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为80%，Ni(II)去除率约为97%。
实施例四：
以自来水配制Cd-柠檬酸废水浓度为0.3 mmol/L，氯气与Cd-柠檬酸摩尔比为90，pH 5.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施方案中Cd-柠檬酸在30 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为76%，Cd(II)去除率约为94.5%。
实施例五：
以自来水配制Co-酒石酸废水浓度为0.3 mmol/L，液氯与Co-酒石酸摩尔比为60，pH 5.5，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施方案中Co-柠檬酸在30 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为70%，Cd(II)去除率约为87%。
实施例六：
将0.6 mmol/L Co-酒石酸溶液和0.6 mmol/L Cu-柠檬酸溶液等比例混合成模拟废水，次氯酸钠与络合物摩尔比为60，pH 3.5，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应120 min。本实施方案中金属络合物在60 min内完全降解，反应120 min后，TOC去除率约为82.5%，Co(II)和Cu(II)去除率分别为92%和98%。
实施例七：
将0.3 mmol/L Cu-柠檬酸溶液和0.3 mmol/L Ni-柠檬酸溶液等比例混合成模拟废水，次氯酸钠与络合物摩尔比为45，pH 3.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。
本实施方案中金属络合物在20 min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为78.5%，Cu(II)和Ni(II)去除率分别为94.5%和92.5%。
实施例八：
将0.3 mmol/L Pb-EDTA溶液和0.3 mmol/L Pb-DTPA溶液等比例混合成模拟废水，次氯酸钠与络合物摩尔比为60，pH 4.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应60 min。本实施方案中金属络合物在20min内完全降解，反应60 min后，TOC去除率约为75%，Pb(II)去除率分别为94.5%和92.5%。
实施例九：
将0.3 mmol/L Ni-EDTA溶液和0.3 mmol/L Pb-DTPA溶液等比例混合成模拟废水，次氯酸钠与络合物摩尔比为90，pH 4.0，温度25 0C。按本发明的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法中的步骤进行反应30 min。本实施方案中金属络合物在20min内完全降解，反应30 min后，TOC去除率约为60%，Ni(II)和Pb(II)去除率分别为80.5%和90.5%。
Claims (4)
1.一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）向重金属络合废水中投加氯系氧化剂，然后用盐酸或氢氧化钠溶液调节水质pH并搅拌，进行光照处理破坏络合结构，其中重金属络合废水中使用的络合剂为柠檬酸、酒石酸、乙二胺四乙酸 (EDTA)、氨三乙酸 (NTA)、二乙基三胺五乙酸 (DTPA)、乙二胺二琥珀酸(EDDS)中一种或多种，所述重金属络合废水中的重金属为铜、镍、铬、锌、铅、钴或镉中的一种或几种，所述氯系氧化剂产生的活性氯与水中络合态重金属的摩尔当量比5~150:1投加；（2）调节pH值使重金属形成沉淀，之后通过固液分离即完成废水处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：所述步骤（1）中氯系氧化剂为次氯酸钠或漂白粉或液氯或氯气，步骤（1）中的水质pH范围为3~9。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：步骤（1）中的光照处理时间为5-180 min。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于UV/氯高级氧化技术处理重金属络合废水的方法，其特征在于：步骤（2）中通过投加氢氧化钠、氢氧化钾或石灰中的一种或几种来调节pH值至10-12。
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