CN112573740B - 一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物方法及装置。具体步骤为：调节废水的pH；调节pH后的废水进行紫外辐照；紫外辐照的同时向废水中加入高猛酸钾，进行反应。高锰酸钾在中压紫外的催化作用下，产生中间价态的锰、单线态氧、活性自由基等活性成份，对水体中有机污染物质的降解效果较好。
Description
技术领域
本发明属于废水的处理技术领域，具体涉及一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物方法及装置。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着社会在不断的发展，人工合成的新型化合物的种类每年都以惊人的速度提高，分别应用到药品、化工原料、农药以及个人护理用品等领域中。与此同时，这些新型微污染物排放入水体。新型微污染物具有半衰期长，性状稳定的特点，虽然大多数有机物在水体中浓度很小，但传统的污水处理工艺对这些新型微污染物降解能力有限。这使得这有机微污染物成为了近几年人们关注的重点。
现有的处理有机微污染物废水的方法主要有生物处理法、吸附处理法、膜处理法和氧化技术等。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物方法及装置。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物方法，具体步骤为：
调节废水的pH；
调节pH后的废水进行紫外辐照；
紫外辐照的同时向废水中加入高锰酸钾，进行反应。
有机微污染物废水中的特点是含量极小但难以被氧化降解。
在传统的高锰酸钾氧化技术中，会伴随着中间价态的锰产生，这些锰虽然具有很强的氧化能力，但其存活时间短，很容易分解或歧化成稳定性胶体MnO2，因此氧化能力很难得到有效利用。
高锰酸钾在中压紫外的催化作用下，一方面高锰酸钾经紫外还原作用产生5价锰，对有机污染物质进行氧化作用；另一方面体系中利用5价锰与水反应产生单线态氧、氧自由基和羟基自由基等活性成份，高效降解水体中有机污染物；此外体系中产生的4价锰可在后续过滤工艺中在滤料表面利用接触絮凝等作用对有机污染物进一步进行处理。
本申请中相比于现有技术主要借助中间态锰与高锰酸钾和紫外光分别单独作用于废水的处理方法相比极大提高了废水的有机微污染物去除效果。
在本发明的一些实施方式中，调节pH的方法为向废水中加入酸性碱性物质，酸性碱性物质为氢氧化钠、高氯酸固体或其水溶液。其溶液为氢氧化钠溶液和高氯酸溶液。
在本发明的一些实施方式中，废水调节pH为6～7。
酸性碱性物质具有调节废水pH的作用，使废水基本保持中性的条件，在基本中性的条件下，可以符合常规水体酸碱性，有利于应用在水体的有机微污染物的降解。
在本发明的一些实施方式中，紫外线的辐照量为10～20mj/cm2。紫外的辐照量为投入到废水中的紫外线的量，当投入的紫外线的量过少，会导致产生羟基自由基(HO·)和中间价态的锰的速度降低，降解效果变差，如果投入的紫外线的量过多，可能会导致产生的羟基自由基(HO·)又被还原。
在本发明的一些实施方式中，紫外线为中压紫外线。中压紫外线相比于低压紫外线，具有波长范围更宽，对高锰酸钾的催化作用更好。
在本发明的一些实施方式中，高锰酸钾为高锰酸钾固体或其水溶液。加入高锰酸钾水溶液有利于高锰酸钾在废水中的分散效果。
在本发明的一些实施方式中，高锰酸钾的加入量为微克级或毫克级；优选的，高锰酸钾与废水中的有机微污染物的摩尔比为10:1～40:1。
在本发明的一些实施方式中，加入高锰酸钾后反应的时间为30-90min；优选为50-70min。加入高锰酸钾后，开始了高锰酸钾的被紫外线的催化过程和废水中有机微污染物的氧化过程。相比于现有的单独加入高锰酸钾或者单独使用紫外线，或者单独的高锰酸钾、紫外线联合(即先进行紫外线辐照再加入高锰酸钾)进行处理废水的方法，产生了明显的处理效果，处理废水的时间缩短。说明产生的中间活性分子具有更好的氧化活性。
在本发明的一些实施方式中，加入高锰酸钾后反应的温度为5～30℃，升高温度会提高一定的降解效果，降低温度则会削弱有机微污染物降解效果。选择室温为反应条件，主要是因为反应温度较为方便，具有低能耗、操作方便等的优势。
第二方面，一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物装置，包括网格絮凝池、若干紫外灯管，网格絮凝池中分为若干相互独立的处理池，若干紫外灯管位于处理池的中部，处理池的内部，设置纵向排列的垂直交叉的3到5排紫外灯管，若干处理池之间通过溢流连续排列连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括加药装置、集水池、收集池，加药装置与集水池连接，集水池与网格絮凝池连接，网格絮凝池与收集池连接。
第三方面，上述中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法在有机微污染物水体处理领域的应用。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物废水的方法利用紫外辐照和高锰酸钾配合实现，在室温下就可以实现，能耗低，降解迅速，降解效果好。
反应需要紫外辐照设备和反应容器，整个反应需要的设备简单，操作易行，管理维护也较为方便。
在常温常压下进行，材料简单易得，反应速度相对单独高锰酸钾速度快，无外加能源，成本低，对去除水中的机微污染物具有良好的效果，在有机微污染物废水的处理领域有很大的应用前景。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为对比例1单独加入中压紫外，对比例2单独加入高锰酸钾以及实施例1联合使用对含有苯甲酸(BA)的有机微污染物废水的降解情况：T＝20℃；pH＝7；BA＝5μM；KMnO4＝100μM。
图2为对比例1、实施例2、实施例3、实施例4高锰酸钾投加量对含有苯甲酸(BA)的有机微污染物废水降解效果的影响：T＝20℃；pH＝7；BA＝5μM。
图3为实施例5在不同中压紫外作用下催化高锰酸钾(KMnO4)降解的效果：T＝20℃；pH＝7；BA＝5μM；KMnO4＝100μM。
图4为对比例3先后加入中压紫外、高锰酸钾对比实施例1同时联合使用对含有苯甲酸(BA)的有机微污染物废水的降解情况：T＝20℃；pH＝7；BA＝5μM；KMnO4＝100μM。
图5为中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物装置示意图，其中下方的图为上方图的剖视图；
图6为实验例的有机微污染物的处理效果。
其中，1.集水池，2.网格，3.收集池；4.加药罐；5.20W紫外灯管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中加入100μM的高锰酸钾，同时加入中压紫外灯的照射，反应在恒温槽控制的T＝20℃的反应条件下进行。
对比例1
向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中加入中压紫外的照射，反应在恒温槽控制的T＝20℃的反应条件下进行，得到降解后的水样。
对比例2
向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中加入100μM的高锰酸钾，反应在恒温槽控制的T＝20℃的反应条件下进行。
实施例2
相比于实施例1，高锰酸钾的投加量为50μM。
实施例3
相比于实施例2，高锰酸钾的投加量为150μM。
实施例4
相比于实施例2，高锰酸钾的投加量为200μM。
实施例5
相比于实施例1，紫外线的辐照量为10mj/cm2。
对比例3
向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中加入中压紫外灯的照，然后加入射5μM的高锰酸钾，反应在恒温槽控制的T＝20℃的反应条件下进行。
对上述实施例和对比例得到的水样进行紫外分光光度计检测，可以得到染料分子的去除率。
结果如图1、图2、图3、图4所示，如图1可知，向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中单独加入中压紫外的照射时，有机微污染物废水几乎没有降解；如图1可知，向含有5μM苯甲酸的中性废水中(pH＝7)中单独加入高锰酸钾，有机微污染物废水几乎没有降解；如图2可知，加入50μM的高锰酸钾时，反应时长60min，去除率仅为25％左右，当高锰酸钾投加量提高4倍，由50μM增加至200μM，苯甲酸的去除率则达到50％以上；由图3可知，与实施例1投加量相同，当加入紫外线的辐照量为10mj/cm2的中压紫外照射时，60min后，苯甲酸的降解率从30％降低到了15％。由图4可知，UV+KMnO4联合的处理效果好于单独的处理效果，效果相差较多。
所以实施例1的处理方法反应时间短，并且高锰酸钾的投加量少，去除效果好。
经多次实验，水质在本设备净化后有大幅改善。
如图5所示，本发明的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物装置，主要是待处理废水汇集到集水池1，在加药罐4投入高锰酸钾储备液；进入网格2，沿流程一定距离的过水断面中设置紫外灯管4，每个网格内设置四层紫外灯，通过紫外灯的照射来达到降解有机微污染物的目的；最终汇集到收集池3，水流流出。
实验例
试验工艺参数：紫外线灯管采用20W紫外灯管，辐照度为172.6μW/cm2。
原水水质：有机微污染物(苯甲酸)浓度为0.8～1μg/L，CODcr为350～450mg/L，pH为7.3～7.5。
出水水质：有机微污染物(苯甲酸)浓度为0.1～0.2μg/L，CODcr为80～120mg/L，pH为7.1～7.3。
本设备在运行7天后有机微污染物浓度明显下降，其他水质无明显变化，具体如图6所示，具有长期运行的能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：具体步骤为：
调节废水的pH；
调节pH后的废水进行紫外辐照；
紫外辐照的同时向废水中加入高锰酸钾，进行反应；
紫外线的辐照量为10～20mj/cm2；
紫外线为中压紫外线；
高锰酸钾在中压紫外的催化作用下，一方面高锰酸钾经紫外还原作用产生5价锰，对有机污染物质进行氧化作用；另一方面体系中利用5价锰与水反应产生单线态氧、氧自由基和羟基自由基活性成份，高效降解水体中有机污染物。
2.如权利要求1所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：调节pH的方法为向废水中加入酸性碱性物质，酸性碱性物质为高氯酸固体、氢氧化钠固体或其水溶液。
3.如权利要求1所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：废水调节pH为6～7。
4.如权利要求1所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：高锰酸钾为高锰酸钾固体或其水溶液。
5.如权利要求1所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：高锰酸钾的加入量为微克级或毫克级；高锰酸钾与废水中的染料的摩尔比为1～10:1。
6.如权利要求1所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：加入高锰酸钾后反应的时间为90-150min。
7.如权利要求6所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法，其特征在于：加入高锰酸钾后反应的时间为110-130min；
加入高锰酸钾后反应的温度为室温。
8.权利要求1-7任一所述的中压紫外催化高锰酸钾降解有机微污染物的方法在有机微污染物处理领域的应用。
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-
2020
- 2020-12-25 CN CN202011567966.5A patent/CN112573740B/zh active Active
Patent Citations (2)
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