CN109867325A

CN109867325A - 一种紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺

Info

Publication number: CN109867325A
Application number: CN201910154891.9A
Authority: CN
Inventors: 李群; 解玉佳; 周子寅
Original assignee: Tianjin University of Science and Technology
Current assignee: Tianjin University of Science and Technology
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-06-11

Abstract

本发明涉及一种紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺。相比现有过硫酸盐废水处理工艺，本发明利用紫外光辅助硫酸亚铁共同催化过硫酸盐，显著降低硫酸亚铁用量至过硫酸盐用量的1/8‑1/4，与同类方法相比，亚铁用量减少50％以上，从而使处理后废水含盐量大幅度降低，避免了铁盐对水体环境的不良影响。此外，使用紫外光催化并协同过硫酸盐，可加快产生以SO₄ ^‑·为主的活性基团，消除过量铁盐与SO₄ ^‑·之间的副反应，避免SO₄ ^‑·的无效消耗，具有处理时间短，废水pH适用范围广，且紫外线兼具消毒杀菌的作用，其协同过硫酸盐处理有机废水可达到较好的效果。该工艺处理后废水总COD降低，废水处理更彻底。本发明处理废水成本低、常温下处理效率高、操作简单，在难降解有机废水治理技术领域具有良好的应用前景。

Description

一种紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺

技术领域

本发明属于有机废水处理领域，具体涉及紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺。

背景技术

近年来，通过催化过硫酸盐(PS，persulfate)产生硫酸根自由基(SO₄ ^-·)的高级氧化技术，在废水处理技术领域的应用愈加广泛。相比传统芬顿法，过硫酸盐氧化技术pH适应范围广(pH＝2～8)，无需调节pH为 2～4，处理后亦无需加碱调至6～9以达国家排放标准，更环保经济；且SO₄ ^-·标准氧化还原电位(E₀＝+2.5 ～+3.1V)比芬顿法产生的羟基自由基HO·(E₀＝+1.9～+2.7V)高；稳定性和半衰期(SO₄ ^-·的半衰期为30～ 40μs，OH·半衰期小于1μs)更长，使氧化降解污染物更高效；同时，与HO·不同的是，SO₄ ^-·不仅可以通过加成和氢提取对污染物进行氧化，而且更倾向与含不饱和键或芳香性π电子的有机物发生电子转移反应，因此基于SO₄ ^-·的PS高级氧化法处理污染物中含苯环的难降解有机废水更具优势；此外，PS与O₃和H₂O₂相比，更加稳定不易变质，且在使用过程中不会产生挥发性气体。

由于常温条件下PS的反应速率较低，对有机污染物的降解效果不明显，因此要借助光、热、过渡金属离子等催化手段，使其生成具有强氧化性的SO₄ ^-，对有机污染物进行氧化降解。铁催化活化PS由于其廉价易得、高效无毒，在常温下(20℃)即可催化PS，是目前最常用的催化方法，目前常用的铁催化剂主要分为亚铁或络合亚铁、零价铁、铁的氧化物、负载型铁催化剂等。但以上铁催化剂都存在着一定的缺陷： (1)使用亚铁催化PS时，体系中溶解的大量Fe²⁺会瞬间提供过量的催化活性位点，使SO₄ ^-·释放速度过快，因此导致反应很快停止，且过量的Fe²⁺会与污染物竞争消耗SO₄ ^-，降低体系氧化降解污染物的能力，而且亚铁的加入会使废水的含盐量增加；(2)使用络合亚铁虽能在一定程度上控制溶液中游离的Fe²⁺浓度，但络合剂多为有机化合物，它的引入不仅会增加废水的COD，造成二次污染，而且会与污染物竞争SO₄ ^-·； (3)使用零价铁催化PS虽能减缓Fe²⁺的释放而提高体系的有效利用率，但零价铁本身具有强还原性，与强氧化性的PS接触时仍然能够迅速提供过量的催化活性位点与无效消耗。并且在催化PS过程中，零价铁表面会形成各种铁氧化物和针状α-FeOOH，覆盖在零价铁表面使其钝化，大大抑制了零价铁催化过硫酸盐的持续性；(3)使用Fe₃O₄等铁的氧化物或负载型铁催化PS虽能减少氢氧化铁污泥的产生，但此类催化剂在催化PS过程中又表现出催化周期长，再生循环性差等问题。

高含盐废水是废水处理的一大难题，而含盐有机废水在其中占比非常高。废水中高浓度盐类不仅给废水的生化处理带来困难，造成处理效率低，稳定性差，水体渗透压改变等危害，而且面临高投入、高消耗和高能耗的突出问题。高含盐量也是目前芬顿法和过硫酸盐法处理废水普遍的不足。紫外光是一种能量远强于可见光的高能量电磁波，某些物质被紫外光(UV)照射时，就会产生光化学反应。波长在200～400nm 范围内的UV所具有的能量(3～6eV)正是被许多物质(化学键能在3～6eV的范围内)吸收后产生光化学反应所需要的能量。短波范围内的UV，其光子能量比较大，能直接引起一些物质的化合和分解反应。同时，紫外光辐射通常与自由基的形成有密切的关系，其所在的频率范围使其具有较高的能量，从而能够激发各种物质产生具有较高活性的自由基，因此紫外光辐射对于多种反应都具有推动作用。本发明利用紫外光辅助硫酸亚铁共同催化过硫酸盐，大大减少了硫酸亚铁用量，从而使处理后废水含盐量大幅度降低，避免了铁盐对水体环境造成的负荷及影响，而且利用紫外光与硫酸亚铁联合催化，提高了过硫酸盐的氧化效果，达到降总COD的效果，而并非只是将有机污染物转移到沉降物中，忽视沉降物中有机污染物的降解，废水处理更彻底。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺。。

本发明通过以下技术方案实施：

(1)测定难生化降解有机废水的COD_Cr值，使过硫酸盐在有机废水中的浓度与COD_Cr值的比为 (0.9～1.1)∶1，确定过硫酸盐的加入量。

(2)废水中加入硫酸亚铁与过硫酸盐，硫酸亚铁的添加量与过硫酸盐的比值为1/8～1/4。

(3)废水置于紫外光灯下照射反应0.5～3小时，充分反应后，废水得到净化。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)通过利用紫外光辅助硫酸亚铁共同催化过硫酸盐，大大减少了硫酸亚铁用量，从而使处理后废水含盐量大幅度降低，避免了铁盐对水体环境的不良影响。

(2)紫外光与硫酸亚铁联合催化，提高了过硫酸盐的氧化效果，处理后废水总COD降低，废水处理更彻底。

具体实施方式

实施例1

采用本发明的方法对某造纸厂二沉池废水进行处理。

取二沉池废水300mL，COD_Cr为280mg/L，硫酸亚铁用量0.017g，过硫酸盐用量0.084g，将过硫酸盐投放到盛有废水溶液的反应容器中，混合溶解后置于紫外光照射试验箱照射反应0.5～3小时，紫外光源功率为10～60W，废水净化完成。

实验结果

照射时间	0.5h	1h	2h	3h
					COD<sub>Cr</sub>去除率	60％	74％	89％	91％

实施例2

采用本发明的方法对某造纸厂二沉池废水模拟实际情况进行处理。

常温条件下，取COD_Cr为320mg/L的废水进行处理，浓度为2％的硫酸亚铁的流量控制为0.0173g/min，浓度为2％的过硫酸盐的流量控制为0.0864g/min(0.32kg/t)，反应15min，反应过程中紫外照射，紫外光源功率为10～60W，沉降12h，废水净化完成。经检测，废水COD去除率达到88％。

Claims

1.一种紫外光辅助硫酸亚铁催化过硫酸盐有机废水处理工艺，其特征在于包括以下步骤：

根据难生化降解有机废水的COD_Cr值按(0.9～1.1)∶1比例添加过硫酸盐，硫酸亚铁的添加量与过硫酸盐的比值为1/8～1/4，以紫外光作为自由基引发方式，处理时间为0.5～3小时，紫外光源功率为10～60W/(L·min)废水，反应体系温度为20～40℃，反应体系的pH值为2～8，COD去除率达到90％以上。

2.根据权利要求1所述过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵等。