CN107311291A - 利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法 - Google Patents

利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及到一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法。通过向水体中曝空气或氧气以提高水体中的含氧量，向水体中投加铁基材料和亚硫酸盐，通过一系列反应生成硫酸根自由基、羟基自由基、单过硫酸根自由基等活性氧化剂来降解有机污染物。高效经济、绿色简洁、适用范围广，确保工业生产过程中所产生的难降解有机物废水可以达标排放，并可保障以有机为污染水体作为水源的水产的供水安全。

Description

利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中 有机污染物的方法
技术领域
本发明涉及一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法。
背景技术
伴随着国家对工业污废水排放要求和生活饮用水卫生安全要求的提高，开发经济、高效的去除水体中难生物降解的有机污染物的技术具有显著的经济效益和社会效益。而对于难生物降解的工业有机废水和有机微污染水体，高级氧化方法是被认为是一种行之有效的技术。在已知的高级氧化方法中，以Fenton (Fenton指的是英国人Fenton发现采用Fe/&shy；H2O2体系能氧化多种有机物。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂,它能有效氧化去除传统废水处理中无法去除的难降解有机物。)为主的利用铁基材料的高级氧化技术由于运行成本低、除污染效果好而受到了广泛关注，被在污废水深度处理和给水净化中得到了应用。Fenton体系通常采用铁基材料和过氧化物(过氧化氢、过硫酸盐)来实现，但由于过氧化物将三价铁还原为二价铁的能力有限，会出现三价铁积累，从而使得传统Fenton体系只有在强酸性条件下(pH<4.0) 才有较好的效果，且产泥量大、铁利用率低。
发明内容
本发明目的是提供一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，高效经济、绿色简洁、适用范围广，确保工业生产过程中所产生的难降解有机物废水可以达标排放，并可保障以有机为污染水体作为水源的水产的供水安全。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，向需处理的有机污染水体中进行曝气，并在富氧水中分别投入铁基材料和亚硫酸盐。
进一步的，所述的铁基材料中铁元素的含量为0.1mmol/L-50mmol/L，所述的亚硫酸盐的投量为0.1mmol/L-10mmol/L，反应的初始pH值为2.5-8.0。
再进一步的，反应的初始pH值为4.0-7.0。
进一步的，所述的曝气方式为预曝气或者间歇式曝气或者持续曝气，曝气使得水体中溶解氧的含量稳定在5mg/L以上。
优选的，曝气的气体为空气或氧气。
优选的，所述的铁基材料为零价铁或磁性氧化铁或钢渣中的一种或者多种。
优选的，所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠或亚硫酸钾或亚硫酸盐氢钾中的一种或者多种。
进一步的，并同时投射紫外光或可见光或太阳光中的一种或者多种。
本发明的技术效果在于：本发明所提供的方法，采用亚硫酸盐代替过硫酸盐，亚硫酸盐与铁离子反应可以生成亚硫酸根自由基，并进一步被曝气所提供的氧气转化为硫酸根自由基进而降解有机污染物。与过氧化物相比，亚硫酸盐可以将三价铁还原为二价铁，进而提高铁的利用率，减少产泥量，扩宽实验所需pH 值范围；此外，亚硫酸盐比过氧化物价格便宜，因此具有更好的经济性。通过本发明的方法，高效经济、绿色简洁、适用范围广，确保工业生产过程中所产生的难降解有机物废水可以达标排放，并可保障以有机为污染水体作为水源的水产的供水安全。
附图说明
图1为初始pH值对零价铁/亚硫酸盐体系降解X-3B的影响；
图2为钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水的脱色效果；
图3为钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水COD的去除效果；
图4为钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水BOD的影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面是本发明的总体方法：
一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，向需处理的有机污染水体中进行曝气，并在富氧水中分别投入铁基材料和亚硫酸盐。
进一步的，所述的铁基材料中铁元素的含量为0.1mmol/L-50mmol/L，所述的亚硫酸盐的投量为0.1mmol/L-10mmol/L，反应的初始pH值为2.5-8.0。
再进一步的，反应的初始pH值为4.0-7.0。
进一步的，所述的曝气方式为预曝气或者间歇式曝气或者持续曝气，曝气使得水体中溶解氧的含量稳定在5mg/L以上。
优选的，曝气的气体为空气或氧气。
优选的，所述的铁基材料为零价铁或磁性氧化铁或钢渣中的一种或者多种。
优选的，所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠或亚硫酸钾或亚硫酸盐氢钾中的一种或者多种。
进一步的，并同时投射紫外光或可见光或太阳光中的一种或者多种。
下面对上述方法的适用条件及实施步骤进行详述：
1、有机废水处理
(1)该方法可用于有机污废水的深度处理，通过在二沉池之后增加曝气化学反应池，控制池中水体的pH值为4.0-7.0，然后在反应池中分别投加一定量的铁基材料(0.1mmol/L-50mmol/L铁)和亚硫酸盐(0.1mmol/L-10mmol/L)，水体中的有机污染物可以被该方法体系中产生的活性自由基氧化降解。
(2)该方法亦可用于有机污废水的预处理。大量工业有机废水的可生化性较低，难以在生物处理过程中被有效降解。该方法可通过在生物池前设立曝气化学反应池，控制池中水体的pH值为2.5-8.0，然后在反应池中分别投加一定量的铁基材料(0.1mmol/L-50mmol/L铁)和亚硫酸盐(0.1mmol/L-10mmol/L)，通过该体系氧化后将难生物降解的有机污染物氧化成易于被生物利用的有机物，进而在生物池中去除
2、给水处理
该方法可用于降解微污染水体中难降解有机污染物的去除，通过在给水处理工艺中增设曝气化学反应池，该反应池既可置于滤池之前、也可置于滤池之后。控制曝气化学反应池中水体的pH值为4.0-7.5，然后在反应池中分别投加一定量的铁基材料(0.1mmol/L-50mmol/L铁)和亚硫酸盐(0.1 mmol/L-10mmol/L)，通过该体系内产生的活性自由基氧化降解水体中的有机污染物。
本发明的原理：
(1)铁基材料在酸性或者富氧条件下可向水体中释放铁离子，释放的铁离子与亚硫酸根或者亚硫酸氢根络合，进而可生成亚硫酸根自由基，亚硫酸根自由基与水体中的氧气快速反应后可生成具有强氧化活性的硫酸根自由基。在该方法内，硫酸根自由基是降解有机污染物的主要活性自由基。
(2)亚硫酸根或者亚硫酸氢根可将该方法体系内的三价铁还原为二价铁，进而提高铁的利用率，抑制铁泥的生成。
(3)亚硫酸根或者亚硫酸氢根作为还原剂可以有效抑制铁基材料表面钝化反应，从而提高铁基材料的利用率。
下面以染料废水为例，通过实验研究脱色效果、铁基材料的利用率、水体可生化性的变化、以及与传统过氧化物体系的对比发现该发明具有如下优点：
(1)具有高效的脱色效果；
(2)由于过氧化物价格较高，该发明方法具有更高的经济性；
(3)可有效抑制铁基材料的表面钝化，进而提高铁基材料的利用率；
(4)通过二价铁和三价铁的循环，减少铁泥的生成；
(5)该方法的最优运行pH值为4.0-7.0，为弱酸性或中性，相比于传统Fenton 体系，具有更高的实际应用价值。
具体实施过程如下：
(1)零价铁复合亚硫酸钠降解活性艳红X-3B：如图1所示，当零价铁投量为0.5mmol/L，亚硫酸钠投量为1mmol/L时，20mg/L的X-3B在反应pH值为 3.0-7.0范围内均可以被有效去除，其中最优pH值为4.0-6.0，在该pH范围内，反应60min后，X-3B的去除率可达到70％以上；即使反应pH值为7.0，在相同的反应时间内，X-3B的去除率也可达到57％。
(2)太阳光照射下钢渣复合亚硫酸钠处理实际染料废水：取某印染厂的实际废水开展实验，并将该发明所提方法与过硫酸盐进行对照，其实验条件见图2 至图4所示实验条件。通过图2和图3可知，本发明所提供的钢渣复合亚硫酸盐体系可以有效去除实际染料废水的色度(约85％去除率)，并可去除部分COD，且该方法的处理效果优于钢渣复合过硫酸盐体系。图4表明经过钢渣复合亚硫酸盐体系处理后的染料废水的BOD显著增高，表明水体的可生化性显著提高。该实验所用实际染料废水的的BOD5/COD值在0.14～0.19，表明其可生化性较差，经钢渣复合过硫酸盐体系处理后，BOD5/COD值提高到0.19～0.29，而经钢渣复合亚硫酸盐体系处理后，BOD5/COD值提高到了0.34～0.40，大大提高了染料废水出水的可生化性，出水的可生化性已能基本满足生物法的处理要求。
具体的，图1初始pH值对零价铁/亚硫酸盐体系降解X-3B的影响，实验条件:[X-3B]＝20mg L-1,[Fe(0)]0＝0.5mM,[Na2SO3]0＝1mM，曝空气；
图2钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水的脱色效果，实验条件：[Na2SO3]0＝1mM,[PS]0＝2mM,steel slag＝10g/L,曝气,太阳光照射；
图3钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水 COD的去除效果，实验条件：[Na2SO3]0＝1mM,[PS]0＝2mM,steel slag＝10g/L, 曝气,太阳光照射；
图4钢渣/过硫酸盐体系(A)和钢渣/亚硫酸盐体系(B)对实际染料废水 BOD的影响，实验条件：[Na2SO3]0＝1mM,[PS]0＝2mM,steel slag＝10g/L,曝气,太阳光照射。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。

Claims (8)

1.一种利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：向需处理的有机污染水体中进行曝气，并在富氧水中分别投入铁基材料和亚硫酸盐。
2.根据权利要求1所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的铁基材料中铁元素的含量为0.1mmol/L-50mmol/L，所述的亚硫酸盐的投量为0.1mmol/L-10mmol/L，反应的初始pH值为2.5-8.0。
3.根据权利要求2所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：反应的初始pH值为4.0-7.0。
4.根据权利要求1所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的曝气方式为预曝气或者间歇式曝气或者持续曝气，曝气使得水体中溶解氧的含量稳定在5mg/L以上。
5.根据权利要求1或4所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：曝气的气体为空气或氧气。
6.根据权利要求1或2所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的铁基材料为零价铁或磁性氧化铁或钢渣中的一种或者多种。
7.根据权利要求1或2所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠或亚硫酸氢钠或亚硫酸钾或亚硫酸盐氢钾中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的利用曝气条件下非均相铁基材料复合亚硫酸盐氧化降解水中有机污染物的方法，其特征在于：并同时投射紫外光或可见光或太阳光中的一种或者多种。
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