CN110255693B - 一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的方法 - Google Patents

一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中污染物的方法，具体步骤如下：向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和天然氧化还原介体，使之与微量有机污染物反应完全，其中，高锰酸钾的投加量为0.5‑10mg/L，天然氧化还原介体的投加量为0.5‑100mg/L，所述天然氧化还原介体为含有酚羟基官能团的有机小分子单体，小分子有机单体作活化高锰酸钾降解有机污染物，使得高锰酸钾能够高效率的去除水体中的难降解的微量有机污染物，同时消耗小分子有机单体，无二次污染；尤其是，针对单用高锰酸钾的去除率较低的难降解有机污染物如磺胺类药物、双氯芬酸、苯酚等，能将去除率提高至90％以上。

Description

一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的 方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中污染物的方法。
背景技术
水源持续污染，饮用水标准越来越严格，使得饮用水除污染问题越来越引起人们的关注。常规饮用水处理工艺已经很难满足人们对水质的要求，国内外的试验研究与实际生产结果表明，受污染水源水经过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺通常只能去除水中微量有机污染物的20-30％，且溶解性微量有机污染物的存在不利于破坏胶体的稳定性而使常规处理工艺对原水浊度的去除效果明显下降，因此为减轻其对人类健康的危害，寻找有效的深度处理技术来强化去除微量有机污染物迫在眉睫。
高锰酸钾应用于水处理具有易于运输、储存、投加方便、价格低、处理效果好、无毒副产物产生等特点，因此已经在水厂中广泛应用于控制臭味和微生物的生长，抑制地表水中藻类的繁殖，去除藻毒素，去除色度、铁、锰，亚砷酸盐等。高锰酸钾是一种绿色氧化剂，己经受到越来越多的关注和应用。但是当利用高锰酸钾氧化水源中的微量有机污染物时，存在对微量有机污染物去除率低缺点。
发明内容
针对现有高锰酸钾对水中微量有机污染物去除率低的问题，特别是为了解决对水中难降解微量有机污染物去除率低的问题，本发明采用天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解有机污染物过程，使得高锰酸钾能够高效率的去除水体中的难降解的有机污染物。
本发明的技术方案为：
一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的方法，步骤如下：向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和天然氧化还原介体，使之与微量有机污染物反应完全，其中，高锰酸钾的投加量为0.5-10mg/L，天然氧化还原介体的投加量为0.5-100mg/L，所述天然氧化还原介体为含有酚羟基官能团的有机小分子单体。
优选的，所述天然氧化还原介体选自香草醛、香草酸、丁香醛、丁香酸、丁香酚、对香豆酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯甲酸、乙酰丁香酮、阿魏酸、愈创木酚、儿茶酚、3-甲氧基儿茶酚、三甲氧基苯酚、乙酰香草酮和乙酰丁香酮中的一种或几种。
更为优选的，所述天然氧化还原介体选自丁香醛、香草醛和对香豆酸中的一种。
上述天然氧化还原介体在反应过程中起电子穿梭作用，对高锰酸钾降解有机污染物起活化作用，加快降解过程，同时提高有机污染物的去除率。具体机理为酚羟基在反应中脱去H形成—O·自由基，从而增加了氧化性，提高了对有机物的降解速率。
优选的，高锰酸钾投加量应根据所处理水实际情况确定，当微污染有机物含量较低时，高锰酸钾投加量一般为0.5-2.5mg/L；若有机物泄露等情况导致水中微污染有机物含量过高，则高锰酸钾投加量可适当提高，一般为2.5-10mg/L。
进一步优选，在实际水处理中，高锰酸钾具体投加量应通过烧杯实验确定。
优选的，所述天然氧化还原介体与高锰酸钾的摩尔比为1-15:1。
进一步优选，所述天然氧化还原介体与高锰酸钾的摩尔比为4-6:1。
优选的，所述微量有机污染为内分泌干扰物、药物和个人护理品、溴代阻燃剂、全氟化合物、表面活性剂和多环芳烃中的一种或几种的混合。
进一步优选，所述微量有机污染物为多氯联苯、双酚A、双酚AF、炔雌醇、雌酮、DDT及其分解产物、四溴对二甲苯、六溴对二甲苯、全氟辛酸、磺胺甲恶唑、双氯芬酸、苯酚、四环素、对羟基苯甲酸丁酯、硬脂酸、卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、萘、蒽中的一种或多种。
本发明的有益效果在于：
1.本发明的方法采用含有酚羟基官能团的小分子有机单体作为天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解有机污染物，使得高锰酸钾能够高效率的去除水体中的难降解的微量有机污染物，同时消耗小分子有机单体，无二次污染；尤其是，针对单用高锰酸钾的去除率较低的难降解有机污染物如磺胺类药物、双氯芬酸、苯酚等，能将去除率提高至90％以上；
2.本发明采用的氧化剂高锰酸钾在反应过程及结束后不会产生氯代或溴代等有毒副产物。还原产物二氧化锰可以通过吸附、氧化、助凝等作用与高锰酸钾协同去除污染；
3.本发明方法具有工艺简单、操作简便、所用化学药品易得价廉，运行成本低，并且容易实现对现有水厂进行升级改造。
附图说明
图1为实施例1有机废水中有机污染物的去除率；
图2为实施例2有机废水中有机污染物的去除率；
图3为实施例3有机废水中有机污染物的去除率；
图4为实施例4有机废水中有机污染物的去除率；
图5为实施例5有机废水中有机污染物的去除率；
图6为实施例6有机废水中有机污染物的去除率；
图7为本发明降解去除微量有机污染物的过程图。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的方法的步骤大体如下：向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和天然氧化还原介体，处理时间为1min-2h，其中高锰酸钾的投加量为0.5-10mg/L，天然氧化还原介体的投加量为0.5-100mg/L，且天然氧化还原介体与高锰酸钾的摩尔比为1-15:1。
以下实施例中含有微量有机污染物的水为实验室自行配置。微量有机污染物的检测方法为通过高效液相色谱(HPLC，Waters 2695，Waters，USA)测定，所述高效液相色谱配备Waters XBridge C18柱(4.6mm×250mm，5μm)和Waters 2698PDA检测器，具体各有机物检测方法如下表所示。
Figure BDA0002120007310000031
实施例1
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和丁香醛，处理时间为1h，其中磺胺甲恶唑的浓度为1mg/L，高锰酸钾的投加量为5mg/L，丁香醛投加量为25mg/L。检测磺胺甲恶唑的去除率，如图1所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对磺胺甲恶唑的去除率从2.27％升高到89.78％，升高了约40倍。
实施例2
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和香草醛，处理时间为20min，其中双氯芬酸的浓度为1mg/L，高锰酸钾的投加量为5mg/L，香草醛投加量为50mg/L。检测双氯芬酸的去除率，如图2所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对双氯芬酸的去除率从4.83％升高到97.32％，升高了约20倍。
实施例3
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和丁香醛，处理时间为10min，其中苯酚的浓度为0.5mg/L，高锰酸钾的投加量为5mg/L，丁香醛投加量为40mg/L。检测苯酚的去除率，如图3所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对苯酚的去除率从7.65％升高到88.34％，升高了约11倍。
实施例4
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和对香豆酸，处理时间为10min，其中四环素的浓度为2mg/L，高锰酸钾的投加量为7.5mg/L，对香豆酸投加量为60mg/L。检测四环素的去除率，如图4所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对四环素的去除率从24.45％升高到97.54％，升高了约4倍。
实施例5
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和香草醛，处理时间为15min，其中对羟基苯甲酸丁酯的浓度为0.8mg/L，高锰酸钾的投加量为7.5mg/L，香草醛投加量为50mg/L。检测对羟基苯甲酸丁酯的去除率，如图5所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对对羟基苯甲酸丁酯的去除率从4.23％升高到96.07％，升高了约23倍。
实施例6
向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和对香豆酸，处理时间为20min，其中双酚A的浓度为1mg/L，高锰酸钾的投加量为7.5mg/L，对香豆酸投加量为30mg/L。检测双酚A的去除率，如图6所示。与单独高锰酸钾氧化相比，本发明对双酚A的去除率从34.76％升高到98.69％，升高了约3倍。

Claims (7)

1.一种天然氧化还原介体活化高锰酸钾降解水中有机污染物的方法，具体步骤如下：向含有微量有机污染物的水中投加高锰酸钾和天然氧化还原介体，使之与微量有机污染物反应完全，天然氧化还原介体与高锰酸钾的摩尔比为1-15:1，所述天然氧化还原介体为含有酚羟基官能团的有机小分子单体；
所述天然氧化还原介体选自香草醛、香草酸、丁香醛、丁香酸、丁香酚、对香豆酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯甲酸、阿魏酸、愈创木酚、儿茶酚、3-甲氧基儿茶酚、三甲氧基苯酚、乙酰香草酮和乙酰丁香酮中的一种或几种；
所述微量有机污染物为内分泌干扰物、药物和个人护理品、溴代阻燃剂、全氟化合物、表面活性剂和多环芳烃中的一种或几种的混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天然氧化还原介体选自丁香醛、香草醛和对香豆酸中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，高锰酸钾的投加量为0.5-10mg/L，天然氧化还原介体的投加量为0.5-100mg/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述天然氧化还原介体与高锰酸钾的摩尔比为4-6:1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高锰酸钾的具体投加量为0.5-2.5mg/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高锰酸钾的具体投加量为2.5-10mg/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微量有机污染物为多氯联苯、双酚A、双酚AF、炔雌醇、雌酮、DDT及其分解产物、四溴对二甲苯、六溴对二甲苯、全氟辛酸、磺胺甲恶唑、双氯芬酸、苯酚、四环素、对羟基苯甲酸丁酯、硬脂酸、卵磷脂、十二烷基苯磺酸钠、萘、蒽中的一种或多种。
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