CN107434281B - 一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法，属于水处理技术领域。该方法将菌液、过硫酸盐投放到铁片负极的原电池反应器中，铁片失电子产生Fe2+进入溶液中，Fe2+活化过硫酸盐产生硫酸根自由基用以消灭微生物。将余热水加入磁力搅拌水浴锅中，使其自然冷却。本发明方法是模拟利用电厂等工业设备的循环冷却水、高炉冲渣水、泡渣水等余热水加热原电池体系，提高反应速率。本方法工艺简单，成本低，无二次污染物，可产生电流，具有高效消毒功能同时也给低温余热回收利用提供新途径，具有广阔的发展前景。

Description

一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是指一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法。
背景技术
过硫酸盐在环境中较稳定，水溶性好，多为固体便于储存和运输，近年来采用活化过硫酸盐产生
Figure BDA0001360505910000011
的高级氧化法受到重视。
Figure BDA0001360505910000012
相比羟基自由基最大的优势是半衰期更长(4s)，并且其标准电极电势(2.6V)接近羟基自由基的标准电极电势(2.8V)。
Figure BDA0001360505910000013
被认为可以氧化绝大多数污染物，而且pH适用范围广，故这类方法常用于去除染料废水等有机废水、药物及个人护理产品等微污染物。环境友好型的过硫酸盐在反应过程中最终转化成硫酸根，无毒无害，无二次污染，可用于污水、污水处理厂二级出水、饮用水、地表水以及地下水处理。采用过渡金属亚铁离子活化过硫酸盐方法，不需高温加热或是在光照紫外下进行，在常温下即可反应产生
Figure BDA0001360505910000014
装置简单易行。并且在电化学作用下，Fe2+、Fe3+可以循环，有效降低铁泥的生成量。Fe2+若是投放过多，会消耗硫酸根自由基，影响污染物的降解，而生成的Fe3+活化过硫酸盐的效果差。固Fe2+应缓慢释放，使其充分与过硫酸根反应，相比外加铁盐，采用电化学方法产生Fe2+更适用于这个体系。
目前，钢厂、化工厂、电厂的工艺设备循环冷却水以及炼铁高炉的冲渣水和泡渣水中的低温余热回收利用前景广阔，但投入使用的较少，主要用于厂区取暖及洗浴。这类低温余热温度不高，可以用于加热电解质溶液，增强溶液的导电性，提高原电池的反应速率，输出的电流密度随着温度升高而增大。不仅提高了处理效果还可二次利用废弃的热能，经济效益、环境效益明显。
发明内容
本发明在类电芬顿系统基础上，将原电池代替电解池，并加入余热水协同反应，提供一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法。
该方法消毒对象为水中的细菌，具体方法为：将菌液、过硫酸盐投放到铁片负极的原电池反应器中，原电池反应器置于磁力搅拌水浴锅中，余热水加入磁力搅拌水浴锅中进行反应，反应体系的pH范围为3～9。
其中，原电池反应器中正极为石墨、活性炭、碳毡、活性炭纤维等材料中的一种。
原电池反应器中原电池输出的电流密度为0.4～3.5mA/cm2。
余热水的初始温度为40～60℃。余热水利用的余热为低温余热，温度范围是50～85℃，在运输过程中有热损失，最终用于消毒温度为40～60℃，适用于各个季节。
菌液中细菌的数量不超过109CFU/mL。
过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或两种的混合物，过硫酸盐投加浓度为1.5～15mM/L。过硫酸盐投加方法可以是以固体或液体形式投加。
余热水为钢厂、化工厂、电厂的工艺设备循环冷却水或炼铁高炉的冲渣水和泡渣水中的一种或多种。
菌液中细菌为大肠杆菌或胶质芽孢杆菌。
该方法无外加电源，原电池可自发产生电流，原电池体系为铁片做负极，正极可用石墨、活性炭纤维、碳毡等材料；该体系可自发产生电流，铁片失电子生成Fe2+，Fe2+与过硫酸盐反应产生硫酸根自由基，利用自由基进行消毒。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
该方法保留了电化学协同亚铁活化过硫酸盐法可以循环利用铁的优势，并且原电池的Fe2+释放速度比电解池的较慢，Fe2+可与过硫酸盐更充分反应，明显减少了铁泥量。余热加温还能增大体系电导率，进而增大原电池输出的电流。
此外，本发明利用余热协同原电池活化过硫酸盐产生自由基进行消毒，设备简单能耗低，操作简便安全，无二次污染。本发明可以为低温余热回收利用提供新途径。本发明采用的是原电池，在保证消毒效果高的同时还能自发产生电流，经济环保。本发明在余热和电化学的协同作用下可高效产生硫酸根自由基以及羟基自由基，适用于大部分pH值的水处理，具有很好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法。本发明方法选用的细菌是大肠杆菌和胶质芽孢杆菌，过硫酸盐为过硫酸钠。
实施例1
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为3mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到35℃，初始pH为9反应1小时，选用的菌种为胶质芽孢杆菌，杀菌率为99.9967％。消毒过程结果如表1：
表1
时间/min 0 20 40 60
pH 9 3.28 3.27 3.30
电流/mA 9.84 9.25 4.52 2.93
消毒率/％ 0 99.99 99.99 99.99
实施例2
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为6mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到35℃，初始pH为7反应30min，选用的菌种为大肠杆菌，20min后的杀菌率可达99.9999％。消毒过程结果如下表：
表2
Figure BDA0001360505910000031
Figure BDA0001360505910000041
实施例3
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为6mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到25℃，初始pH为7反应60min，选用的菌种为大肠杆菌，20min后的杀菌率可达99.9999％。消毒过程结果如表3：
表3
时间/min 0 20 40 60
pH 7 3.28 3.27 3.30
消毒率/％ 0 99.99 99.99 99.99
实施例4
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为1.5mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到35℃，初始pH为7反应40min，选用的菌种为胶质芽孢杆菌，20min后的杀菌率可达99.9923％。消毒过程结果如表4：
表4
时间/min 0 20 40
pH 7 3.32 3.29
消毒率/％ 0 99.99 99.99
实施例5
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为3mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到25℃，初始pH为7反应60min，选用的菌种为胶质芽孢杆菌，60min后的杀菌率可达99.8306％。消毒过程结果如表5：
表5
时间/min 0 20 40 60
pH 7 3.28 3.27 3.30
消毒率/％ 0 79.62 97.10 99.83
实施例6
室温下配置电化学体系，即将铁片正极、石墨负极连接成原电池，放入200mL烧杯中，烧杯里装有电解质Na2SO4溶液0.05M/L,过硫酸钠浓度为3mM/L。利用余热水将体系初始温度升高到25℃，初始pH为7反应60min，选用的菌种为大肠杆菌，60min后的杀菌率可达99.9927％。消毒过程结果如表6：
表6
时间/min 0 20 40 60
pH 7 3.28 3.27 3.30
消毒率/％ 0 96.83 99.47 99.99
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法，其特征在于：将菌液、过硫酸盐投放到铁片负极的原电池反应器中，原电池反应器置于磁力搅拌水浴锅中，余热水加入磁力搅拌水浴锅中进行反应，反应体系的pH范围为3~9；
所述原电池反应器中原电池输出的电流密度为0.4~3.5mA/cm2；
所述余热水的初始温度为40~60°C；利用余热水将体系初始温度升高到25°C或35℃；
所述过硫酸盐为过一硫酸盐、过二硫酸盐中的一种或两种的混合物，过硫酸盐投加浓度为1.5~15mM/L；
所述菌液中细菌的数量不超过109CFU/mL；
所述余热水为钢厂、化工厂、电厂的工艺设备循环冷却水或炼铁高炉的冲渣水或炼铁高炉的泡渣水中的一种或多种；
所述菌液中细菌为大肠杆菌或胶质芽孢杆菌。
2.根据权利要求1所述的利用余热协同原电池活化过硫酸盐的消毒方法，其特征在于：所述原电池反应器中正极为石墨、活性炭、碳毡、活性炭纤维中的一种。
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