CN108178279A - 一种碳基增效剂协同催化过硫酸盐的水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于绿色生产技术领域。针对养殖废水直接还田施用存在抗生素和重金属的传播风险，本发明以一种碳基材料作为增效剂，提供了一种新型的高级氧化处理重金属及抗生素复合污染养殖废水的方法，将农业废弃物秸秆，在缺氧环境中热解，得到绿色环保碳基材料增效剂。该材料配合过硫酸盐能够快速有效原位同时去除养殖废水中重金属和抗生素。

Description

一种碳基增效剂协同催化过硫酸盐的水处理方法
技术领域
本发明属于绿色生产技术领域，提出一种利用碳基材料作为增效剂，协同原位催化过硫酸盐去除养殖废水中重金属及抗生素的水处理方法。
背景技术
近年来畜禽养殖业的快速发展，产生大量养殖废水包括畜禽粪尿和发酵沼液。养殖废水中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素，具有广阔的农业资源化利用前景。但是粪尿与沼液等养殖废水直接施用存在抗生素和重金属的传播风险，阻碍了资源化利用。因此如何有效地处理养殖废水中重金属及抗生素复合污染是养殖废水资源化利用亟待解决的难题。
目前处理污染废水的方法主要分为物理、化学、生物法，如絮凝沉淀、好氧&厌氧工艺、膜分离法等，这些方法针对工业废水具有良好的处理效果，但对于养殖废水，运行费用大，处理效果差，且破坏养殖废水中的营养成分，阻碍养殖废水进一步的资源化利用。
针对目前养殖业废水无害化技术的空缺，以及废水中含有Cu2+、Zn2+等重金属和各类兽用抗生素，本发明提出利用碳基增效剂协同催化过硫酸盐原位同时去除养殖废水中的重金属和抗生素。
发明内容
本发明提出一种利用碳基材料作为增效剂，协同催化过硫酸盐去除养殖废水中重金属及抗生素的水处理方法，以提高养殖废水的农田安全使用和资源化利用率。
碳基材料是一类众所周知的绿色环保材料，被广泛的应用为吸附材料。本发明中，将碳基材料作为协同催化过硫酸盐增效剂，研究了其使用方法，取得了良好的效果。
本发明的具体技术方案是：
一种碳基增效剂协同催化过硫酸盐原位去除养殖废水中重金属及抗生素的水处理方法，其特征在于，(1)将碳基增效剂(源于农业废弃物秸秆热解产品)添加到养殖废水中，混合后再加入过硫酸盐进行高级氧化处理；在重金属与抗生素复合污染养殖废水中同时原位去除重金属和抗生素。
(2)处理后，通过静置、过滤等方法，将碳基材料分离。
其中，在pH 4-10的养殖废水中加入碳基增效剂，碳基增效剂吸附重金属形成催化位点。催化加入的过硫酸盐降解去除抗生素。
上述高级氧化水处理过程在0-40℃室温条件下进行，养殖废水抗生素污染物浓度在10-1000μg/l范围，重金属(Cu2+、Zn2+等)污染物浓度在5-30mg/l范围。添加碳基材料与所处理的养殖废水的质量相对比例通常在0.3-1mg/l之间。添加过硫酸盐的加入量为与所处理养殖废水的质量比为0.3-1mg/l。
采用碳基材料作为协同催化增效剂后，在相同的过硫酸盐投加量情况下，对抗生素的降解效果明显提高。具体提高程度与加入的增效剂相对比例以及反应条件有关。比较而言，在其他因素相同的情况下，处理温度低于25℃，并且碳基材料投加量大于0.5mg/l时，提高效果显著，且在pH4-10范围内均有较高的去除效果，适应大部分养殖废水pH条件，处理范围广泛。
与现有处理方法相比较，本发明提出的水处理方法具有显著的效果：
(1)碳基材料是一类多孔材料，是将农业废弃物秸秆在缺氧环境中热解得到的，具有较大比表面积和丰富的表面官能团，在水中分散性好，能充分接触水中污染物和过硫酸盐。
(2)碳基材料具有较好的机械强度，在本发明提出的水处理方法中表现了较好的稳定性能够在协同催化过硫酸盐去除抗生素的同时，去除重金属。
(3)碳基材料是一种来源于农业废弃物秸秆的绿色环保材料，简单易得经济实惠，为其实现绿色生产提供了重要的保障。
附图说明
图1为本发明5种热解温度下碳基增效剂处理养殖废水抗生素效果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明5种热解温度下碳基增效剂处理养殖废水抗生素效果图，其中CK为不添加增效剂对照组。
实施例1
一种碳基增效剂在沼液中原位去除重金属和抗生素的应用：
在含有120μg/l抗生素和8ppm重金属养殖废水中加入0.5mg/l不同热解温度下制备的碳基增效剂，吸附重金属原位形成催化位点30分钟后加入2.5mg/l过硫酸钠催化降解抗生素，4小时重金属去除率90％以上，抗生素去除率20％-50％如图1所示。
实施例2
在含有120μg/l抗生素和8ppm重金属养殖废水中加入0.3-1.0mg/lSCS700增效剂，吸附重金属原位形成催化位点30分钟后加入150μg/l-600μg/l过硫酸钠催化降解抗生素，4小时重金属去除率90％以上，抗生素去除率50％-80％如表2所示。
实施例3
在含有120ppb抗生素和8ppm重金属不同pH的养殖废水中加入0.5mg/lSCS700增效剂，吸附重金属原位形成催化位点30分钟后加入300μg/l过硫酸钠催化降解抗生素，4小时重金属去除率90％以上，抗生素去除率50％-80％如表1所示。
实施例4
在含有120μg/l抗生素和8ppm重金属养殖废水中加0.5mg/lSCS700增效剂，吸附重金属原位形成催化位点30分钟后加入150μg/l-600μg/l过硫酸钠催化降解抗生素，4小时重金属去除率90％以上，抗生素去除率50％-80％如表2所示。
实施例5
一种碳基增效剂协同催化过硫酸盐的水处理方法成本核算，碳基增效剂的价格1.064元/千克，过硫酸盐的价格5.3元/千克，以养殖废水抗生素污染浓度1000μg/l，重金属污染浓度30mg/l计，每处理1吨养殖废水，以用碳基增效剂5g计，价格5÷1000*1.064＝0.0053元,过硫酸盐用量2.5g计，2.5÷1000*5.3＝0.0133元，需0.0053+0.0133＝0.0186元/吨。
表1.700℃热解制备的碳基增效剂SCS700去除养殖废水中重金属及抗生素反应条件优化
表1
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种碳基增效剂协同催化过硫酸盐的水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将碳基增效剂添加到养殖废水中，混合后再加入过硫酸盐进行氧化处理；
2)通过静置、过滤，将碳基材料分离。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，在pH 4-10的养殖废水中加入碳基增效剂。
3.根据权利要求2所述的水处理方法，其特征在于，所述养殖废水抗生素污染物浓度在10-1000μg/l范围，重金属污染物浓度在5-30mg/l范围。
4.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，水处理过程在0-40℃条件下进行。
5.根据权利要求1所述的水处理方法。其特征在于，所添加的碳基增效剂与所处理养殖废水的质量比为0.3-1mg/l。
6.根据权利要求1所述的水处理方法。其特征在于，水处理过程在25℃以下温度进行，碳基增效剂的投加量与废水的质量比大于0.5mg/l。
7.根据权利要求1所述的水处理方法。其特征在于，所述碳基增效剂是多孔材料，具有较大比表面积和丰富的表面官能团，来源于农业废弃物秸秆。
8.根据权利要求1所述的水处理方法。其特征在于，所述过硫酸盐的加入量为与所处理养殖废水的质量比为0.3-1mg/l。
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