CN108178283A - 去除高氯废水中有机物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：调节高氯废水中的pH至7‑13，然后向其中加入臭氧，同时在催化剂的作用下发生氧化反应，使臭氧氧化有机物，其中，催化剂包括氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的其他金属氧化物，其他金属氧化物选自氧化铁(Fe2O3)、二氧化锰(MnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)和氧化钙(CaO)中的一种或几种。本发明利用臭氧与带负电的催化剂的强相互作用提高臭氧在高氯废水中的溶解度和臭氧分解产生羟基自由基的能力，从而有效发挥臭氧对有机物的氧化能力。

Description

去除高氯废水中有机物的方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，尤其涉及一种去除高氯废水中有机物的方法。
背景技术
高盐废水指含有有机物及可溶性固体物质的废水，该废水中除有机物之外还有大量的可溶性无机离子，如Cl-、SO4 2-、Na+、K+等，其中氯化钠的含量居多，因此高盐废水也可称为高氯废水。废水中氯离子含量过高会造成许多危害，如导致金属管道和构筑物的腐蚀；破坏水体生态平衡，导致水质恶化和淡水资源减少；影响渔业生产和水产养殖；使土壤发生盐碱化，阻碍植物生长等。因此，高氯废水排放前必须经过合理有效的处理。
目前主要的高氯废水处理工艺有吸附法、生物处理法、化学氧化法等。
吸附法以活性炭等介孔材料作为吸附剂，将废水中的悬浮颗粒和不溶性有机物去除。该法操作简单、成本低、效率高，但吸附剂的吸附能力有限，且脱附过程需要加热或大量的脱附剂。
生物处理法是利用微生物的酶，将有机物氧化或还原，最终降解为简单无机物或者生物营养物。该过程能够实现自然界的碳循环，将毒害物质无害化处理。但高盐量会抑制微生物的生存与繁殖，因而用生物法处理此类废水效率低、价值小。
化学氧化法是通过化学反应降解废水中的有机物从而除去化学需氧量(COD)的方法。常用的化学氧化法包括光催化氧化、电化学法、高级氧化法等。其中，高级氧化技术(AOPs)是指在水处理过程中，以具有强氧化能力的羟基自由基作为主要氧化剂的一种氧化体系。相对于其他污水处理工艺而言，高级氧化技术的特点是反应速率快，反应活性强。高级氧化技术可分为Fenton氧化和臭氧氧化。
Fenton氧化是以双氧水作为氧化剂，在亚铁离子的催化作用下产生羟基自由基，从而对有机物进行氧化。该方法反应速率快，操作条件温和，芬顿试剂廉价易得、活性高。但在高盐条件下，芬顿氧化的速率和效率会明显降低；而且反应过程中会产生大量的氢氧化铁污泥沉淀；随着水质变化，Fenton的加入量也难以把控。
臭氧催化氧化是利用催化剂催化产生的羟基自由基，结合强氧化性的臭氧，氧化废水中有机物的一种高级氧化技术。在处理含高浓度氯离子废水的方法工艺中，减少臭氧和氯离子的反应是提高臭氧利用率和降低运行成本的关键。目前本领域研究人员普遍认为臭氧难以有效处理含高浓度氯离子废水。原因是臭氧在含高浓度氯离子废水中的溶解性较差，且易于与氯离子反应，导致臭氧氯利用率较低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种去除高氯废水中有机物的方法，利用臭氧与带负电的催化剂的强相互作用提高臭氧在高氯废水中的溶解度和臭氧分解产生羟基自由基的能力，从而有效发挥臭氧对有机物的氧化能力。
本发明提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
调节高氯废水中的pH至7，然后向其中加入臭氧，同时在催化剂的作用下发生氧化反应，使臭氧氧化有机物，其中，催化剂包括氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的其他金属氧化物，其他金属氧化物选自氧化铁(Fe2O3)、二氧化锰(MnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)和氧化钙(CaO)中的一种或几种。
进一步地，其他金属氧化物选自氧化铁(Fe2O3)、二氧化锰(MnO2)、二氧化铈(CeO2)、氧化铜(CuO)、氧化锌(ZnO)和氧化钙(CaO)中的一种或两种。
进一步地，高氯废水中臭氧的加入量为0.3-0.6g/L。
进一步地，高氯废水中催化剂的加入量为5-30g/L。
进一步地，氧化反应的时间为1-2h。
进一步地，氧化反应的温度为10-35℃。
进一步地，采用氢氧化钠(NaOH)或硫酸(H2SO4)调节pH。
进一步地，臭氧的加入方式为向其中通入臭氧气体或加入溶有臭氧的液体的方式。
进一步地，高氯废水中的氯离子的浓度为0-8000ppm。
进一步地，有机物为苯酚、双酚类和甲苯中的一种或几种。
进一步地，高氯废水中有机物的浓度为100-300ppm。
进一步地，在搅拌条件下进行氧化反应。
本发明方法的原理如下：
本发明将臭氧应用于处理含有高浓度氯离子废水中苯酚等有机物，通过调节反应体系中高氯废水的pH，改变催化剂表面的带电性，使催化剂表面在碱性条件下带有负电电荷。由于高氯废水中含有大量氯离子，带有负电荷的催化剂表面和带有负电的氯离子相互排斥，因此催化剂与臭氧之间的相互作用力增强，从而提高臭氧在水中的溶解度，并产生更多的羟基自由基，羟基自由基能迅速的与有机物反应，使有机物被氧化成CO2和H2O。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
(1)本发明改变了本领域研究人员普遍认为的臭氧难以有效地处理含高浓度氯离子废水的认识；提供了一个方便简单易实施的方法。应用该方法可以大大推进臭氧氧化技术在废水处理领域的应用。
(2)本发明应用范围广，可以应用于处理含有高浓度盐废水，不受限于废水中离子种类、离子强度污染物类型和浓度范围等参数。
(3)本发明解决了臭氧氧化含高氯废水中有机物的不足，实现了对有机物的脱毒、高效降解和彻底矿化，能够大大的提高利用臭氧的效率。
(4)本发明相较于现有吸附-臭氧氧化技术更方便、简单易操作，尤其适用于处理大量的废水项目，可以大大减少运行成本和人力成本。
(5)本发明不受限于温度条件，严苛的温度条件下也能保持高效的氧化效率。
(6)本发明可以减少臭氧氧化过程中副反应的发生，避免氯酸盐、溴酸盐等副产物的产生。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明实施例1-7所用的催化剂的能量色散X射线谱图；
图2是本发明实施例1-7所用的催化剂的X射线衍射图谱；
图3是本发明实施例1-7所用的催化剂的氮气吸附曲线；
图4是本发明实施例1-7所用的催化剂的孔径分布曲线；
图5是本发明实施例1中的方法所测得的苯酚去除率实验数据；
图6是本发明实施例1-4中的方法所测得的苯酚去除率实验数据。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为5000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为7。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜：从图1中可以发现Cu(CuO)元素均匀的分布在催化剂载体中；图2说明该催化剂为氧化铝和氧化铜的复合晶型；图3氮气吸脱附曲线说明该催化剂具有较大的比表面积；图4孔径分布图说明该催化剂具有较广的孔径分布。其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
以单独使用臭氧的反应体系作为对照实验，测试处理后的废水中苯酚的浓度，结果见图5(pH＝7)，图5中的结果表明在臭氧催化氧化反应体系中苯酚的浓度大大降低，去除率达到79.2％，单独使用臭氧的反应体系苯酚去除率为55.9％，臭氧催化氧化反应体系中苯酚的降解速度明显快于只用臭氧的反应体系，说明加入催化剂后能够提高臭氧的利用效率。
实施例2
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为5000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为9。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜，其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
测试处理后的废水中苯酚的浓度，结果见图6(pH＝9)。
实施例3
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
制备含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为5000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为10。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜，其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
测试处理后的废水中苯酚的浓度，结果见图6(pH＝10)。
实施例4
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为5000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为13。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜，其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
测试处理后的废水中苯酚的浓度，结果见图6(pH＝13)。
从图6中可看出，实施例2的pH条件下苯酚的去除率和去除速度明显优于实施例3和实施例4，实施例2、3、4中pH条件下苯酚的去除率分别为93.6％、90.8％、64.0％，说明在pH为7的条件下臭氧与催化剂表面的相互作用力最强，臭氧利用效率最高，臭氧催化氧化苯酚的性能最好。
实施例5
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为2000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为13。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜，其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
实施例6
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为8000ppm，选用苯酚作为模拟污染物，苯酚浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为13。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化铜，其中废水中催化剂的浓度为10g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.5g/L。反应时间为1h。
实施例7
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为2000ppm，选用甲苯作为模拟污染物，甲苯浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为13。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的氧化锌和氧化钙，其中废水中催化剂的浓度为5g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，反应温度为35℃，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.3g/L。反应时间为2h。
实施例8
本实施例提供了一种去除高氯废水中有机物的方法，包括以下步骤：
配置含有氯离子和苯酚的模拟高氯有机废水：有机废水中的氯离子通过氯化钠的加入来引入，模拟废水中的氯离子浓度为2000ppm，选用甲苯作为模拟污染物，甲苯浓度为250ppm。
向上述模拟高氯有机废水中加入适量的氢氧化钠和硫酸来调节溶液pH为13。然后向溶液中加入催化剂，催化剂为氧化铝(Al2O3)及负载于氧化铝上的二氧化铈和氧化铁，其中废水中催化剂的浓度为15g/L。开启磁力搅拌或机械搅拌来保证反应容器内部的反应均匀发生，反应温度为10℃，通入臭氧进行臭氧氧化反应，废水中臭氧的浓度为0.6g/L。反应时间为2h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
调节所述高氯废水中的pH至7-13，然后向其中加入臭氧，同时在催化剂的作用下发生氧化反应，使所述臭氧氧化所述有机物，其中，所述催化剂包括氧化铝及负载于所述氧化铝上的其他金属氧化物，所述其他金属氧化物选自氧化铁、二氧化锰、二氧化铈、氧化铜、氧化锌和氧化钙中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述高氯废水中臭氧的加入量为0.3-0.6g/L。
3.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述高氯废水中催化剂的加入量为5-30g/L。
4.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：氧化反应的时间为1-2h。
5.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：氧化反应的温度为10-35℃。
6.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：采用氢氧化钠或硫酸调节pH。
7.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述臭氧的加入方式为向其中通入臭氧气体或加入溶有臭氧的液体的方式。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述高氯废水中的氯离子的浓度为2000-8000ppm。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述有机物为苯酚、双酚类和甲苯中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的去除高氯废水中有机物的方法，其特征在于：所述高氯废水中有机物的浓度为100-300ppm。
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