CN1247466C - 一种利用磁性吸附剂处理水的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用磁性吸附剂吸附—磁分离—催化氧化的水处理工艺去除水中有机污染物，属于水处理技术领域。本发明特点是：利用铁酸盐型复合金属氧化物或赋磁性活性炭为吸附剂吸附去除水中有机物，然后经过磁分离，高效回收吸附剂，再置于Fe²⁺/H₂O₂氧化体系或电化学催化氧化体系进行再生，同时将负载有机物完全氧化，实现了将原水中有机物的吸附去除与氧化分解置于不同体系分开进行，避免二次污染，吸附剂可循环使用。

Description

一种利用磁性吸附剂处理水的工艺

技术领域：

本发明涉及一种用磁性吸附剂吸附—磁分离—催化氧化的水处理工艺去除水中有机污染物，特别是利用铁酸盐型复合金属氧化物或赋磁性活性炭为吸附剂吸附水中有机物，然后经过磁分离，将吸附剂从水中分离出来，再置于催化氧化体系进行再生，同时将负载有机物完全氧化，避免二次污染，吸附剂经磁分离后可循环使用，属于水处理领域。

背景技术：

常见的去除水中有机污染物的方法分为物理法、化学法和生物法以及它们的组合；物理法有吸附法、混凝沉淀法等，化学法有化学氧化法、催化氧化法等。现行的化学法和生物法都是在原水中进行，受污染物类型影响很大，出水不能保证完全达到要求，有时甚至产生毒性更强的副产物。而物理法中除用粒状活性炭经吸附—再生处理，有机物被破坏掉外，其它方法都没有将有机污染物破坏掉，只是从一个体系转移到另一个体系，仍存在二次污染隐患；即使采用粒状活性炭吸附—再生处理，现在普遍采用的加热再生法也存在着过程繁杂、能耗高、活性炭有5％--10％的损失等问题，而应用粉状活性炭时，这些问题就更加突出，往往只能一次性使用，造成巨大浪费。

另外，众所周知，作为吸附剂和催化剂的固体颗粒物，除结构因素外，其粒径越小、比表面积越大，性能越好；但随之而来的是粒径越小则越难分离，使处理效果降低，运行成本增高，并易造成资源浪费，以至一些颗粒小、比表面大、吸附速度快、容量高的吸附剂(如粉状活性炭)的应用受到限制。所以在吸附、沉淀等工艺中往往存在追求高效与固液分离矛盾问题。

磁分离技术作为一种高效、快速、经济的分离磁性颗粒物的方法已广泛应用于矿业、微生物学、环保等领域，因此可利用磁分离技术来解决小颗粒吸附剂的分离回收问题。

发明内容：

本发明目的是：解决目前物理法、化学法和生物法水处理工艺直接用于受污染原水时存在的效率低、成本高、二次污染隐患以及不能充分发挥小粒径材料的吸附、催化性能等问题，提供一种以高效吸附法净化水、再以催化氧化法进行异位降解有机物同时再生吸附材料的新工艺。

本发明所采用的技术方案是利用具有良好的吸附性能和易磁分离性的磁性吸附剂，较快地将有机污染物从原水中吸附并分离出去，从而使原水得到净化，分离出来的、被吸附在吸附剂上的有机物再采用Fe²⁺/H₂O₂体系氧化或电化学氧化法氧化掉，并同时再生吸附剂。该工艺将原水有机物的去除与氧化分解置于不同体系中进行，使原水处理效果只与吸附有关，不受氧化反应影响。

其基本过程包括：以具有磁性的MFe₂O₄(M＝Fe，Cu，Mn)或载有这些磁性物质的活性炭，特别是粉状磁性活性炭为吸附剂，根据水中有机污染物的浓度，加入一定量的吸附剂并将其分散在含有有机污染物的水中，在搅拌下进行吸附，直至达到吸附平衡或出水要求；然后将该混合体系通过磁分离器进行固液分离，回收负载有机物的吸附剂，并使出水有机物的浓度大大降低。回收的吸附剂可再次返回吸附工艺，或置于催化氧化体系将被吸附的有机物氧化掉，同时吸附剂获得再生，经磁分离，再生吸附剂用水洗涤后返回吸附工艺循环使用；分离出来的氧化母液可做下次氧化处理用。

本发明所用吸附剂是MFe₂O₄(M＝Fe，Cu，Mn)磁性物质或载有这些磁性物质的活性炭，其粒度为0.1-1000μm。这些磁性物质可用已知的共沉淀法方便的制得，所用活性炭为粒状，粉状或活性炭纤维；其中优选粉状活性炭。

本发明所涉及的吸附工艺可以连续或间歇方式进行，只要能够达到完全混合效果即可。而适合于不同溶液的最佳pH值、吸附剂投加量及吸附时间由实验确定。

本发明所涉及的分离方法是将含有磁性吸附剂的混合液直接通过磁分离器进行固液分离。所用磁分离器为永磁或电磁感应高梯度磁分离器，背景磁场强度在1000高斯以上，滤速为20-200m/h。

吸附剂所吸附的有机物用湿式催化氧化方法去除，同时再生吸附剂。所用催化氧化体系为Fe²⁺/H₂O₂或电催化氧化方法。Fe²⁺/H₂O₂体系催化氧化反应条件：根据吸附剂及所吸附的有机物不同，反应条件有所不同，一般情况下，固液体积比1∶5-1∶20，pH值为2-6，H₂O₂浓度0.1-2mol/L，Fe²⁺/H₂O₂的摩尔比为1∶20-1∶2，在10--40℃下振荡或用其它方法混合反应10-120分钟，然后进行磁分离，水溶液添加适量Fe²⁺和H₂O₂后可做下次氧化处理用；分离出的吸附剂用少量水洗2-3次后返回吸附工艺循环使用。

电催化氧化方法是在电化学电解槽进行，室温，阴极为石墨或铂电极，阳极为钛钌或铂电极；电极之间距离为3--10cm，将负载有机物的吸附剂填充其间，以2--5％NaCl溶液为支持电解质，电压2-10V，电流为50-2500mA，电解时间1-5小时。电解完毕，用磁分离方法进行固液分离，吸附剂用水洗涤2-3次后即可返回吸附工艺循环使用；电解质溶液则可继续使用。

本发明优点是：(1)采用磁性吸附剂，吸附速度快，回收效率高，基本不受颗粒大小限制；(2)有机物的去除与氧化是在不同体系进行，原水处理效果只与吸附有关，不受氧化反应影响；(3)催化氧化体系与处理原水体系分开，氧化母液及吸附剂均可循环使用，无二次污染。(4)该工艺既可用于给水处理又可用于废水处理。

具体实施方式：

实施例1：某染料废水，主要含酸性红B 200mg/L，pH5.2，取1升废水，加入10g MnFe₂O₄吸附剂，搅拌混合30分钟后进行磁分离，测得出水酸性红B浓度小于5mg/L。将分离出的吸附剂投入30mL pH4、H₂O₂浓度0.5-2.0mol/L的水溶液中，搅拌下加入0.4g FeSO₄·7H₂O，反应1小时后进行磁分离，水溶液TOC≤10mg/L，可继续用于下一批氧化再生(使用时补加适量H₂O₂和FeSO₄·7H₂O)；吸附剂用20mL水浸泡30分钟，经磁分离后返回吸附操作，循环使用。结果表明，经氧化再生后吸附剂吸附能力有所增强，吸附后出水酸性红B浓度小于2mg/L。

实施例2：染料废水及吸附操作同上，不同的是，负载有机物的吸附剂经磁分离后，直接投入新的染料废水再次进行吸附操作，磁分离后，出水投入新的吸附剂做二次吸附；而回收的吸附剂则按例1方法进行氧化再生。这样可使出水有机物浓度更低，吸附剂的利用率更高。

实施例3：染料废水同上，加入CuFe₂O₄吸附剂10g，其它条件同上，最后测得吸附后出水染料浓度小于5mg/L。经氧化再生后吸附剂吸附能力同样增强，循环使用，吸附后出水酸性红B浓度小于2mg/L。

实施例4：染料废水同上，加入含CuFe₂O₄30％的CuFe₂O₄-粉状活性炭磁性吸附剂5g，其它条件同上，最后测得吸附后出水染料浓度小于3mg/L。经氧化再生后吸附剂吸附能力基本不变，循环使用，吸附后出水酸性红B浓度小于3mg/L。

实施例5：用含CuFe₂O₄30％的CuFe₂O₄-粉状活性炭磁性吸附剂做吸附实验，其它条件同上，吸附完毕，磁分离后，负载有机物的吸附剂用电化学方法再生。将吸附剂置于电解槽中，室温，阴极为石墨电极，阳极为铂电极；电极之间距离为3cm，以2--5％NaCl溶液为支持电解质，电压5V，电流为200mA，电解时间4小时。电解完毕，用磁分离方法进行固液分离，电解质溶液可继续使用。吸附剂用水洗涤2-3次后即可返回吸附工艺循环使用；结果表明再生后，吸附剂的吸附容量可达到原吸附容量的80％以上。

Claims (3)

1、一种水处理工艺，其特征在于，对于含有机污染物的原水，先加入磁性吸附剂，该磁性吸附剂为具有磁性的MFe₂O₄或载有这些磁性物质的活性炭，其中M＝Fe，Cu，Mn，利用这些磁性吸附剂吸附去除原水中的有机物，再用磁分离方法进行分离回收，最后用催化氧化法将负载的有机物氧化分解，同时再生吸附剂。

2、按照权利要求1所述的水处理工艺，其特征在于：所述磁分离方法用永磁或电磁感应高梯度磁分离器进行分离，背景磁场强度在1000高斯以上。

3、按照权利要求1所述的水处理工艺，其特征在于：所述催化氧化方法是Fe²⁺/H₂O₂氧化体系或电化学催化氧化法；其中Fe²⁺/H₂O₂氧化体系pH值为2-6，Fe²⁺/H₂O₂的摩尔比为1∶20-1∶2，反应时间10-120分钟；电化学催化氧化法所用阴极为石墨或铂电极，阳极为钛钌或铂电极，阴阳极间电压为2-10V。