CN107344748A - 一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法 - Google Patents
一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,涉及反渗透浓缩液的处理方法。本发明的处理方法:将生物合成施氏矿物投加到待处理水中,进行反渗透处理,向反渗透浓缩液中加入过一硫酸盐,搅拌,反应,沉淀后出水即可。施氏矿物可以吸附一些重金属离子,并且可以将有机物和过一硫酸盐吸附在矿物表面,使过一硫酸盐和施氏矿物表面的Fe3+发生类芬顿反应产生SO4 ·-,进而降解有机物,直到完成有机物的矿化过程。本发明特点:次生铁矿物和过一硫酸盐环境友好,除污染效率高,不产生有毒有害副产物,简单易得,是一种集重金属去除和氧化除污染于一体的高效反渗透浓缩液处理方法。
Description
技术领域
本发明涉及反渗透浓缩液的处理方法,具体涉及一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液的方法。
背景技术
反渗透处理技术是以压力差为动力的膜分离过滤技术,具有能耗低、运行操作简便、系统占地面积小、处理效果好等优点,同时随着制膜技术的进步、能量回收系统的开发、预处理技术的改进等,反渗透处理技术成本逐年下降。目前已被广泛运用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化、环保等领域。
然而,在利用反渗透技术制取回用水的同时,进水中杂质被高度浓缩,能够产生原处理水量三分之一至五分之一的反渗透浓缩液,浓水中无机物、有机物、微生物、胶体等含量大幅度增加,具有成分复杂、浓度高等特点。因此,反渗透浓缩液直接排放会对地表水、土壤和海洋等产生污染,若将其排入到污水处理系统,不仅将增加污水处理系统的负荷及运行成本,而且可能对污水处理厂的正常运行及处理效果产生负面影响。由此可见,反渗透浓缩液的处理是水处理技术中的一道难题。
硫酸根自由基(SO4 ·-)的氧化性很强,中性pH条件下的氧化还原电位高于羟基自由基(·OH),理论上可以氧化大多数有机物,但是反渗透浓缩液中存在的各种阴离子很容易将硫酸根自由基猝灭,这极大地限制了它在反渗透浓缩液处理中的应用。
施氏矿物[Fe8O8(OH)8-2x(SO4)x]是一种结晶度较差的次生羟基硫酸铁矿物,广泛存在于酸性矿山废水中,利用嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)可以生物合成这种次生铁矿物,它可以与过一硫酸盐组成非均相类芬顿体系。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液的方法。
本发明的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液的方法是通过以下步骤实现的:
一、将破碎后过200目筛的次生铁矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗透处理;
二、向步骤一反渗透处理后的反渗透浓缩液中加入过一硫酸盐,搅拌,控制催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(1~10),控制过一硫酸盐浓度为100~5000mg/L,水力停留时间为30~180min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液。
本发明的具体流程图见图1。
本发明的一种次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液方法中所述氧化剂为过一硫酸盐,是过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸钠(NaHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
本发明的一种次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液方法中所述次生铁矿物为施氏矿物,可以由嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)在菌密度约为2.4×107cells/mL,体系初始pH为2.50,Na2SO4为16mmol/L,FeSO4为160mmol/L,培养转速160r/min的条件下培养8天获得。
本发明的一种次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法的原理如下:首先,将施氏矿物加入到待处理的反渗透浓缩液中,由于施氏矿物有较大的比表面积,适宜的孔结构和表面结构,对重(类)金属离子有吸附及共沉淀作用,故可以去除浓缩液中部分重金属离子;然后,加入过一硫酸盐,施氏矿物可以将有机物和过一硫酸盐吸附在其表面,而过一硫酸盐会和次生铁矿物表面的Fe3+发生非均相类芬顿反应,产生硫酸根自由基(SO4 ·-),硫酸根自由基有着很强的氧化能力,可以快速地与吸附在矿物表面的有机物和微生物反应,从而避免了水体中其它阴离子对反应的干扰。机理如图二所示。因此,本发明是一种集吸附重金属、氧化降解有机物和灭活微生物为一体的反渗透浓缩液处理方法。
本发明的一种次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液的方法,具有如下优点:
(1)硫酸根自由基(SO4 ·-)反应活性强、除污染效率高、氧化后不产生有毒有害物质,是一种环境友好型氧化剂。
(2)绿色氧化剂过一硫酸盐作为粉末状固体,化学性质稳定,运输储存方便,价格适中,商业易得,操作简单易行。
(3)反应pH范围宽,受水体条件的影响小。
(4)施氏矿物对一些重金属离子有很好的吸附效果,在处理有机污染物的过程中,也可以降低浓缩液中金属离子的含量,起到减少膜的结垢和腐蚀的作用。
(5)作为催化剂的施氏矿物由嗜酸性氧化亚铁硫杆菌(A.ferrooxidans)合成,生产成本低,廉价易得。
(6)反应发生在矿物表面,有效避免了浓缩液中阴离子对硫酸根自由基的猝灭,极大地拓宽了它的实际应用范围。
本发明的方法在处理反渗透浓缩液中,COD的去除率可以达到90%,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
附图说明
图1是一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法的流程图;
图2是一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法的反应机理图;其中≡Fe代表次生铁矿物表面的Fe;
图3是实施例1的反渗透浓缩液去除率曲线图:其中,□表示单独利用过一硫酸钾对反渗透浓缩液进行氧化降解的COD去除率曲线,■表示利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液的COD去除率曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,它是通过以下步骤实现的:
一、将破碎后过200目筛的次生铁矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗透处理;
二、向步骤一反渗透处理后的反渗透浓缩液中加入过一硫酸盐,搅拌,控制催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(1~10),控制过一硫酸盐浓度为100~5000mg/L,水力停留时间为30~180min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠、过一硫酸铵、过一硫酸钙、过一硫酸镁中的一种或几种按任意比例混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的次生铁矿物为施氏矿物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是:施氏矿物是由嗜酸性氧化亚铁硫杆菌在菌密度为2.4×107cells/mL,体系初始pH为2.50,在含有浓度为16mmol/L的Na2SO4溶液和浓度为160mmol/L FeSO4溶液中,以及转速160r/min的条件下培养8天获得。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是:催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(2~8)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是:催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(3~6)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是:催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(4~5)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一不同的是:过一硫酸盐浓度为200~4500mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一不同的是:过一硫酸盐浓度为500~4000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一不同的是:过一硫酸盐浓度为800~3500mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式一不同的是:过一硫酸盐浓度为1000~3000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:过一硫酸盐浓度为1000~2000mg/L。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三:本实施方式与具体实施方式一不同的是:水力停留时间为50~150min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四:本实施方式与具体实施方式一不同的是:水力停留时间为70~120min。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五:本实施方式与具体实施方式一不同的是:水力停留时间为90~110min。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例1
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸钾,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸钾的质量比为1:2,过一硫酸钾浓度为800mg/L,水力停留时间为120min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的反渗透处理液的处理效果见图3,由图3中可知,单独利用过一硫酸钾对反渗透浓缩液进行处理(□),COD的去除效率不高,反应120min,COD的去除效率不到20%,而利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液(■),反应120min,COD的去除率可以达到90%,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
实施例2
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸钠,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸钠的质量比为1:4,过一硫酸钾浓度为1000mg/L,水力停留时间为100min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的方法COD的去除率可以达到90%以上,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
实施例3
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸铵,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸铵的质量比为1:6,过一硫酸钾浓度为500mg/L,水力停留时间为80min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的方法COD的去除率可以达到90%以上,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
实施例4
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸钙,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸钙的质量比为1:5,过一硫酸钾浓度为2000mg/L,水力停留时间为150min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的方法COD的去除率可以达到90%以上,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
实施例5
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸镁,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸镁的质量比为1:8,过一硫酸钾浓度为3000mg/L,水力停留时间为110min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的方法COD的去除率可以达到90%以上,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
实施例6
本实施例的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)处理反渗透浓缩液方法,其是通过以下步骤实现的:将施氏矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗处理;然后向反渗透浓缩液中加入过一硫酸镁,搅拌,控制施氏矿物和过一硫酸镁的质量比为1:10,过一硫酸钾浓度为4000mg/L,水力停留时间为130min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐(PMS)去除反渗透浓缩液。
本实施例的方法COD的去除率可以达到90%以上,基本上完成对反渗透浓缩液COD的去除。
Claims (10)
1.一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于它是通过以下步骤实现的:
一、将破碎后过200目筛的次生铁矿物加入到待进行反渗透处理的水中,进行反渗透处理;
二、向步骤一反渗透处理后的反渗透浓缩液中加入过一硫酸盐,搅拌,控制催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(1~10),控制过一硫酸盐浓度为100~5000mg/L,水力停留时间为30~180min,即完成利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液。
2.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于所述的过一硫酸盐为过一硫酸钾、过一硫酸钠、过一硫酸铵、过一硫酸钙、过一硫酸镁中的一种或几种按任意比例混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于所述的次生铁矿物为施氏矿物。
4.根据权利要求1或3所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于施氏矿物是由嗜酸性氧化亚铁硫杆菌在菌密度为2.4×107cells/mL,体系初始pH为2.50,在含有浓度为16mmol/L的Na2SO4溶液和浓度为160mmol/L FeSO4溶液中,以及转速160r/min的条件下培养8天获得。
5.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(2~8)。
6.根据权利要求5所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(3~6)。
7.根据权利要求6所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于催化剂和过一硫酸盐的质量比为1:(4~5)。
8.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于过一硫酸盐浓度为200~4500mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于过一硫酸盐浓度为500~3000mg/L。
10.根据权利要求1所述的一种利用次生铁矿物活化过一硫酸盐处理反渗透浓缩液的方法,其特征在于水力停留时间为50~120min。
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