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一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法.pdf

關 鍵 詞:
一種 基于 鐵碳微 電解 活化 硫酸鹽 預處理 有機 工業廢水 方法
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摘要
申請專利號:

CN201510236318.4

申請日:

2015.05.11

公開號:

CN104891719A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):C02F 9/06申請公布日:20150909|||實質審查的生效IPC(主分類):C02F 9/06申請日:20150511|||公開
IPC分類號: C02F9/06 主分類號: C02F9/06
申請人: 東華大學
發明人: 陳紅; 薛罡; 畢傳健; 李響; 趙旭好; 孟迪
地址: 201620上海市松江區松江新城人民北路2999號
優先權:
專利代理機構: 上海泰能知識產權代理事務所31233 代理人: 黃志達
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510236318.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.05.04|||2015.10.07|||2015.09.09

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,包括:將鐵Fe與碳C加入到裝有待處理廢水的反應器中,調節廢水的pH值為3.0-6.0,進行曝氣;向反應器中加入過硫酸鹽,啟動反應,0.5~3h后結束反應;將反應結束后的混合液進行混凝沉淀,即將混合液調至堿性,再加入助凝劑,攪拌,靜沉,上清液即為污染物被處理后的出水。本發明解決常規Fe2+活化過硫酸鹽反應速率過快,反應容易停止的問題。本發明用于各種高濃度難降解有機工業廢水預處理,效率高、操作方便、環境友好,為處理難降解工業廢水提供了廣闊的前景。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,包括:
(1)將鐵Fe與碳C按質量比0.2~3:1加入到裝有待處理廢水的反應器中,調節廢水的pH值為3.0-6.0,進行曝氣,曝氣量為2-6mg/L;
(2)向反應器中加入過硫酸鹽,啟動反應,0.5~3h后結束反應;其中,過硫酸鹽的投加量為1~10mM;
(3)將反應結束后的混合液進行混凝沉淀,將混合液的pH調至8~10,再加入助凝劑,攪拌,靜沉,上清液即為污染物被處理后的出水。

2.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(1)中鐵的來源為廢棄鐵刨花,碳的來源為顆粒活性炭。

3.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(1)中鐵的用量為40-120g/L。

4.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(1)中待處理廢水為含有難降解有機污染物的工業廢水;其中,難降解有機污染物為苯、硝基苯、己內酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚NP10、三氯甲烷、環己酮等中的至少一種。

5.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(1)中待處理水的COD為2000~8000mg/L。

6.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(1)中用HCl調節廢水的pH值。

7.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(2)中過硫酸鹽為過硫酸鈉Na2S2O8或者過硫酸鉀K2S2O8。

8.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(3)中用Ca(OH)2調節混合液的pH。

9.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(3)中助凝劑為陰離子型聚丙烯酰胺PAM,投加量為1-2mg/L。

10.  根據權利要求1所述的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,其特征在于,所述步驟(3)中的靜沉時間為0.5-2h。

說明書

說明書一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法
技術領域
本發明屬于工業廢水的預處理領域,特別涉及一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法。
背景技術
隨著國家節能減排步伐的加快,以及對環境污染治理的決心,污水處理標準日益提高。工業廢水不僅排放量大、濃度高,且種類繁多、降解難度大、毒性強、可生化性差。傳統的生物處理不能滿足處理要求,目前常在生化處理前進行預處理,以期降低生化處理負荷,同時提高廢水的可生化性,因此高效的預處理技術亟待需求。
高級氧化技術(Advanced oxidation processes,AOPs)以產生具有強氧化能力的自由基為特點,可使大分子難降解有機物氧化成低毒或者無毒的小分子物質、提高污染物的可生化性,或者將污染物直接進行礦化;另外,AOPs適用范圍廣、對有機污染物的降解無選擇性、反應速度快,因此具有很好的應用前景,被廣泛用于各種難降解有機廢水的處理。
傳統的AOPs是以羥基自由基(HO·)為主要的活性物質降解污染物質,芬頓反應(Fenton)是最常見的一種產生HO·的方式,然而反應過程需要在酸性條件下進行、產生的HO·易發生淬滅、泥量大、處理成本高。近年來,基于硫酸根自由基(SO4ˉ·)的高級氧化技術去除難降解有機污染物的方法逐漸受到青睞,該方法主要通過過硫酸鹽在一定的活化條件下產生SO4ˉ·,SO4ˉ·的標準氧化還原電位E0=+2.5~3.1V,接近甚至超過HO·(E0=+1.8~2.7V)。活化過硫酸鹽的方法包括加熱活化、過渡金屬離子活化、UV活化、Fe0活化以及活性炭活化等。由于采用過渡金屬離子或者Fe0活化SO4ˉ·的方法相對簡單,無需外加熱源或者光源,其中Fe2+價廉且環境友好,因而受到廣泛關注。
然而在實際應用中,Fe2+使用量的控制成為影響SO4ˉ·氧化效能的重要因素,過量的Fe2+會消耗產生的SO4ˉ·;另外,過硫酸鹽和Fe2+反應速率極快,反應很快停止。因此,準確控制Fe2+與過硫酸鹽反應的量,以及適當延長SO4ˉ·與有機污染物的反應時間,可以充分發揮SO4ˉ·的氧化效能,提高處理能力。因此,如何簡單有效的控制Fe2+與過硫酸鹽反應的量,減少活化劑的用量,適當延長SO4ˉ·與有機污染物的接觸時間,成為亟待解決的問題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,該方法可解決常規Fe2+活化過硫酸鹽反應速率過快,反應容易停止的問題。
本發明的一種基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽的預處理有機工業廢水的方法,包括:
(1)將鐵Fe與碳C按質量比0.2~3:1加入到裝有待處理廢水的反應器中,調節廢水的pH值為3.0-6.0,進行曝氣,曝氣量為2-6mg/L;
(2)向反應器中加入過硫酸鹽,啟動反應,0.5~3h后結束反應;其中,過硫酸鹽的投加量為1~10mM;
(3)將反應結束后的混合液進行混凝沉淀,即將混合液的pH調至8~10,再加入助凝劑,攪拌,靜沉,上清液即為污染物被處理后的出水。
所述步驟(1)中鐵的來源為廢棄鐵刨花,碳的來源為顆粒活性炭。
所述步驟(1)中鐵的用量為40-120g/L。
所述步驟(1)中待處理廢水為工業廢水,含有苯、硝基苯、己內酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚(NP10)、三氯甲烷、環己酮等中的至少一種難降解有機污染物。
所述步驟(1)中待處理水的COD為2000~8000mg/L。
所述步驟(1)中用HCl調節廢水的pH值。
所述步驟(2)中過硫酸鹽為過硫酸鈉Na2S2O8或者過硫酸鉀K2S2O8。
所述步驟(3)中用Ca(OH)2調節混合液的pH。
所述步驟(3)中助凝劑為陰離子型聚丙烯酰胺PAM,加入量為1-2mg/L。
所述步驟(3)中的攪拌時間為20-60s。
所述步驟(3)中的靜沉時間為0.5-2h。
本發明利用鐵與碳構成微電解反應,反應過程陽極發生Fe2+的釋放,且Fe2+為活性較高的新生態,可加強過硫酸鹽的活化,加速硫酸根自由基的生成,提高污染物的去除效能;另外,鐵碳微電解Fe2+的釋放是一個持續過程,可延長Fe2+與過硫酸鹽的作用時間,從而起到強化處理效能的作用;再則,鐵碳微電解中的碳也可以作為過硫酸鹽的活化劑。因此,基于微電解活化的過硫酸鹽可有效去除工業廢水中的難降解有機物。本發明可以作為高濃度工業廢水的預處理,也可以作為工業廢水經常規工藝處理后的深度處理。
本發明利用鐵碳微電解過程在陽極持續釋放的Fe2+,活化過硫酸鹽持續不斷產生具有強氧化性能的硫酸根自由基,從而延長硫酸根自由基與有機污染物的反應時間,提高反應效能;同時碳也具有活化過硫酸鹽的作用,且鐵碳微電解本身具有降解有機污染物的能力,因而可協同提高難降解污染物的降解效能。再者,高級氧化過程Fe2+轉化為Fe3+,可作為混凝劑,在混凝過程使小分子有機物得到進一步去除,污染物的去除效率進一步提高。本方法適用于各種高濃度難降解有機工業廢水預處理,效率高、操作方便、環境友好,為處 理難降解工業廢水提供了廣闊的前景。
有益效果
(1)本發明活化過硫酸鹽所采用的Fe2+,來自鐵碳微電解過程持續釋放的Fe2+,可持續不斷的生成SO4ˉ·,延長了SO4ˉ·與污染物的作用時間,從而提高污染物的降解效能,同時C也可作為活化過硫酸鹽生成SO4ˉ·的活化劑;
(2)鐵碳微電解本身具有降解污染物的特點,因此可耦合SO4ˉ·的氧化作用同步提高難降解污染物的降解效能;
(3)SO4ˉ·氧化污染物的過程可使大分子有機物斷鏈生成小分子有機物,且Fe2+被氧化為Fe3+;對反應結束后的混合液進行混凝,Fe3+本身可作為混凝劑,且混凝過程可使小分子有機物得到進一步去除,污染物的去除效率進一步提高;
(4)本發明反應過程易控制,無需額外的反應設備,無需外加藥劑,不會造成二次污染。
具體實施方式
下面結合具體實施例,進一步闡述本發明。應理解,這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解,在閱讀了本發明講授的內容之后,本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改,這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例1
本實施例中的工業廢水取自某大型化工企業排水,為驗證本發明對難降解污染物降解效能的加強,同時進行了只有鐵碳微電解,以及采用Fe2+活化過硫酸鹽的對比,具體實施步驟如下:
(1)該化工廢水主要包含苯和己內酰胺,COD為4000~5000mg/L,取1L廢水于反應器中,加入質量比為1:1的鐵和碳,鐵的用量為60g,用HCl調節廢水的初始pH為4~5,并進行曝氣,曝氣量為3-4mg/L;
(2)在步驟(1)中的反應器中加入K2S2O8,啟動過硫酸根自由基氧化反應,K2S2O8的投量為3mM,反應時間為1.5h;
(3)將步驟(2)中反應結束的混合液從反應器中倒出,進行混凝沉淀,加Ca(OH)2調節pH至10,以反應結束后的混合液體積為基準投加陰離子型PAM(投加量1mg/L),攪拌40s,靜沉0.5h,混合液出現明顯的泥水分離,上清液即為反應出水;
(4)對比Fe2+對K2S2O8的活化效果。步驟(2)反應結束后,測定混合液中鐵離子的 總量,為105mg/L,即1.875mM,采用1.875mM的FeSO4代替步驟(1)中的鐵碳,對3mM的K2S2O8進行活化,降解該工業廢水,其他反應條件與步驟(1)-(3)相同;
(5)對比鐵碳微電解單獨作用對污染物的降解效能。只進行步驟(1),反應時間為1.5h,混凝沉淀過程同步驟(3);
(6)對步驟(3)~(5)的反應出水進行COD測定,結果見表1。
表1 實施例1中步驟(3)~(5)的反應出水的COD測定

實施例2
本實施例中的工業廢水取自某化工廠排水,主要含有硝基苯、壬基酚聚氧乙烯醚NP10、三氯甲烷、環己酮等有機污染物,COD為3400~4800mg/L,采用基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽處理的方法,具體步驟如下:
(1)取500mL廢水于反應器中,加入質量比為0.5:1的鐵和碳,鐵的用量為100g,用HCl調節廢水的初始pH為5-6,并進行曝氣,曝氣量為2-4mg/L;
(2)在步驟(1)中的反應器中加入K2S2O8,啟動過硫酸根自由基氧化反應,K2S2O8的投量為5mM,反應時間為1h;
(3)反應結束后,將步驟(2)中的混合液倒出,進行混凝沉淀反應,加Ca(OH)2調節pH至9,然后,以反應結束后的混合液體積為基準投加陰離子型PAM(投加量2mg/L),攪拌30s,靜沉2h,泥水明顯分層,上清液即為反應后的出水。
測定進水COD為3897mg/L,反應后出水COD為1278mg/L,有機污染物的去除率為67.2%,COD去除率高,具有高效的預處理能力。
實施例3
本實施例所取工業廢水為某印染廠出水,主要含有苯胺、聚乙烯醇以及某些分散染料,COD濃度為5000~8000mg/L,采用本發明所述方法,具體實施步驟如下:
(1)取水樣500mL,用HCl調節初始pH約為5,加入質量比為3:1的鐵和碳,鐵的用量為50g/L;進行曝氣,曝氣量為3-5mg/L;
(2)在步驟(1)的反應器中,投加8mM的Na2S2O8,反應時間為2.5h;
(3)反應結束后,將步驟(2)中的混合液倒出,進行混凝沉淀反應,加Ca(OH)2調節pH至10,以反應結束后的混合液體積為基準,投加陰離子型PAM(投加量1.5mg/L),攪拌40s,靜沉2h,泥水明顯分層,上清液即為反應后的出水。
測定進水COD為7346mg/L,出水COD為2432mg/L,有機污染物的去除率為66.9%,因此本發明對高濃度有機污染物有良好的去除效能。
實施例4
本實施例所取污水來自某化工園區的污水處理廠的進水,由于污水來源于不同化工企業,污水組成成分復雜,進水COD為2000-3000mg/L,直接進行厭氧水解、好氧生物接觸氧化反應,生化效果差,采用本發明進行預處理,以提高生化效能,具體實施步驟如下:
(1)取水樣1000mL,COD測定結果為2243mg/L,用HCl調節pH至5-6,加入質量比為3:2的鐵和碳,鐵的投加量為100g;進行曝氣,曝氣量為2-4mg/L;
(2)在步驟(1)中的反應器中,投加4mM的Na2S2O8,反應時間為1.5h;
(3)反應結束后,將步驟(2)中的混合液倒出,進行混凝沉淀反應,加Ca(OH)2調節pH至9,以反應結束后的混合液體積為基準,投加陰離子型PAM(投加量1.5mg/L),攪拌30s,靜沉1.5h,泥水明顯分層,上清液即為預處理反應出水,出水COD為932mg/L;
(4)將步驟(3)預處理反應出水進一步采用厭氧水解10h、好氧生物接觸氧化20h,生化處理后的出水COD為156mg/L;
(5)將步驟(1)中的原水稀釋至COD約為932mg/L,直接采用步驟(4)中的厭氧水解10h,好氧生物接觸氧化20h,生化處理后的出水COD為412mg/L。
從以上對比可知,經過本發明的預處理,在預處理階段不僅可以使COD降解,還可以提高污水的可生化性能。因此,本發明基于鐵碳微電解活化過硫酸鹽處理難降解有機廢水的方法具有廣泛的適用范圍和廣闊的應用前景。

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