申請(qǐng)日2014.10.24
公開(公告)日2015.03.04
IPC分類號(hào)C02F9/08
摘要
本發(fā)明涉及一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水方法，具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3;(4)待反應(yīng)20～40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到3～5，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)待2～3個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理，本發(fā)明使超聲波凈水與芬頓氧化凈水相結(jié)合增強(qiáng)了凈水效率，節(jié)約了凈水成本。
權(quán)利要求書
1.一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%～1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3;(4)待反應(yīng)20～40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到3～ 5，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)待2～3個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述超聲波破碎反應(yīng)進(jìn)行30分鐘后，向所述超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述的放入的Fe2+與H2O2的摩爾比為900：1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述超聲破碎的聲能密度為0.2w/m3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，其特征在于：所述控制芬頓反應(yīng)的PH值為4。
說明書
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及芬頓氧化治理廢水的方法，特別是涉及一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法。
背景技術(shù)
在水資源環(huán)境治理中可通過超聲波的方式對(duì)廢水進(jìn)行處理，超聲波的空化效應(yīng)為降解水中有害有機(jī)物提供可能，從而使超聲波污水處理目的的實(shí)現(xiàn)。在污水處理過程中，超聲波的空化作用對(duì)有機(jī)物有很強(qiáng)的降解能力，且降解速度很快，超聲波空化泡的崩潰所產(chǎn)生的高能量足以斷裂化學(xué)鍵，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基(OH-)和氫基(H+)，同有機(jī)物發(fā)生氧化反應(yīng)，能將水體中有害有機(jī)物轉(zhuǎn)變成CO2、H2O、無機(jī)離子或比原有機(jī)物毒性小易降解的有機(jī)物。所以在傳統(tǒng)污水處理中生物降解難以處理的有機(jī)污染物，可以通過超聲波的空化作用實(shí)現(xiàn)降解。
芬頓(Fenton)試劑一般是指Fe2+和H2O2構(gòu)成的氧化體系，由法國科學(xué)家H.J.H.Fenton于1894年發(fā)明，是一種不需要高溫高壓，而且設(shè)備簡單的化學(xué)氧化水處理技術(shù)。早期芬頓試劑主要應(yīng)用于有機(jī)分析化學(xué)和有機(jī)合成反應(yīng)，1964年，Eisenhouser首次將芬頓反應(yīng)作為廢水處理的技術(shù)運(yùn)用，并在苯酚及烷基苯廢水處理實(shí)驗(yàn)中獲得成功。傳統(tǒng)的芬頓反應(yīng)會(huì)造成鐵離子流失，為解決這個(gè)問題，逐步發(fā)展起非均相芬頓反應(yīng)，該反應(yīng)體系通常是將催化性能最強(qiáng)的鐵離子負(fù)載到不同的載體上，在保持其催化活性同時(shí)獲得固 - 液分離能力、避免二次污染。非均相芬頓反應(yīng)體系具有反應(yīng)效率高、有效PH范圍寬廣以及催化劑可再生利用等優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦透呒?jí)氧化工藝。目前，多相芬頓催化劑的載體主要有活性炭粉、沸石分子篩、粘土等三類。Fenton 氧化技術(shù)是一種有效的污泥預(yù)處理技術(shù)，但 Fenton 氧化技術(shù)需要高濃度的酸和亞鐵離子和過氧化氫，反應(yīng)的時(shí)間長且成本較高，如何縮短反應(yīng)時(shí)間，減少過氧化氫使用量，進(jìn)一步降低 Fenton 氧化成本是研究的方向。
所述芬頓反應(yīng)是以亞鐵離子為催化劑的一系列自由基反應(yīng)。主要反應(yīng)大致如下：
Fe2++H2O2==Fe3++OH-+HO·
Fe3+ +H2O2+OH-==Fe2++H2O+HO·
Fe3++H2O2==Fe2++H++HO2
HO2+H2O2==HO2+O2↑+HO·
芬頓試劑通過以上反應(yīng)，不斷產(chǎn)生HO·(羥基自由基，電極電勢(shì)2.80EV，僅次于F2)，使得整個(gè)體系具有強(qiáng)氧化性，可以氧化氯苯、氯化芐、油脂等等難以被一般氧化劑(氯氣，次氯酸鈉，二氧化氯，臭氧，臭氧的電極電勢(shì)只有2.23EV)氧化的物質(zhì)。
以氯苯為例，C6H5Cl---------------(Fe2+ H2O2)→CO2+H2O+HCl
芬頓試劑的影響因素
根據(jù)上述Fenton試劑反應(yīng)的機(jī)理可知，OH·是氧化有機(jī)物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]決定了OH·的產(chǎn)量，因而決定了與有機(jī)物反應(yīng)的程度。影響該系統(tǒng)的因素包括溶液pH值、反應(yīng)溫度、H2O2投加量及投加方式、催化劑種類、催化劑與H2O2投加量之比等。
根據(jù)上訴材料中超聲波凈化廢水時(shí)，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基(OH-)和氫基(H+)，以及結(jié)合芬頓試劑中進(jìn)行氧化反應(yīng)時(shí)需要的氫氧基(OH-)和氫基(H+)的參與，可以得出上訴兩種技術(shù)可以以有協(xié)同運(yùn)用可能。
已知的現(xiàn)有的技術(shù)例如：申請(qǐng)?zhí)枺?01310678092.4與201210286680.9中分別提供了超聲波與芬頓反應(yīng)協(xié)同治理廢水的方法，所述 201310678092.4中提出芬頓反應(yīng)與和超聲波破碎反應(yīng)是同時(shí)進(jìn)行的，所述201210286680.9中提出的方法是先加入入FeCl2和H2O2進(jìn)行芬頓氧化，然后進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，但是上述兩個(gè)技術(shù)中沒有充分的利用到廢水在超聲波破碎反應(yīng)一段時(shí)間后，其中產(chǎn)生的大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)可能對(duì)芬頓氧化技術(shù)的具有的促進(jìn)作用。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述不足提供一種能夠利用超聲波破碎反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)進(jìn)行芬頓氧化從而對(duì)廢水進(jìn)行治理的方法。
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%～1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3，(4)待反應(yīng)20～40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié) pH 值到3～5 ，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)待2～3個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
進(jìn)一步所述超聲波破碎反應(yīng)進(jìn)行30分鐘后，向所述超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2。
進(jìn)一步所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4。
進(jìn)一步所述的放入的Fe2+與H2O2的摩爾比為900：1。
進(jìn)一步所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%。
進(jìn)一步所述超聲破碎的聲能密度為0.2w/m3。
更進(jìn)一步所述控制芬頓反應(yīng)的PH值為4。
有益效果
與原有技術(shù)相比較本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
1、本發(fā)明預(yù)先實(shí)施超聲波破碎反應(yīng)，使得污水或污泥中的產(chǎn)生了大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)，為之后的芬頓氧化反應(yīng)提供了良好的環(huán)境的同時(shí)節(jié)省了H2O2的投入，提高了反應(yīng)效率，所述芬頓反應(yīng)消耗的時(shí)間由原來的3～5小時(shí)，縮短為2～3小時(shí);
2、所述活性炭粉不僅起到了吸附聚集有害物質(zhì)的作用，過濾后殘留的活性炭粉在芬頓反應(yīng)中還起到了催化作用，進(jìn)一步的加快了反應(yīng)效率。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7%，所述活性炭粉為顆粒活性炭粉或者柱狀活性炭粉;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為 0.1w/m3;(4)待反應(yīng)20分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到3，所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4，所述的放入的Fe2+ 與H2O2的摩爾比為800:1，并且對(duì)污水進(jìn)行攪拌;(5)待2個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為 97.7%，即可完成廢水處理。
分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)使用，將分離得到的固體加入到相同量的廢水中，施加聲能密度為0.1w/m3的超聲波，20分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到3，同時(shí)進(jìn)行攪拌，待2個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為96.9%。
對(duì)于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時(shí)間內(nèi)，污染物去除率為66.2%，且 Fe2+無法重復(fù)利用。
實(shí)施例2
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.9%，所述活性炭粉為顆�；钚蕴糠刍蛘咧鶢罨钚蕴糠�;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為 0.2w/m3;(4)待反應(yīng)30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到4，所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4，所述的放入的Fe2+ 與H2O2的摩爾比為 900：1，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)待2.5個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為98.7%，即可完成廢水處理。
分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)使用，將分離得到的固體加入到相同量的廢水中，施加聲能密度為 0.2w/m3的超聲波，30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié) pH 值到3，同時(shí)進(jìn)行攪拌，待2.5個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為97.9%。
對(duì)于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但但未加入活性炭粉，未施加超聲波作用，在相同的時(shí)間內(nèi)，污染物去除率為 50.2%，且Fe2+無法重復(fù)利用。
實(shí)施例3
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的1.1%，所述活性炭粉為顆�；钚蕴糠刍蛘咧鶢罨钚蕴糠�;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.3w/m3;(4)待反應(yīng)40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)pH值到5，所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4，所述的放入的Fe2+與H2O2的摩爾比為1000：1，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)待3個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為 94.7%，即可完成廢水處理。
分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)使用，將分離得到的固體加入到相同量的廢水中，施加聲能密度為 0.3w/m3的超聲波，40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到5，同時(shí)進(jìn)行攪拌，待3個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為 92.9%。
對(duì)于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時(shí)間內(nèi)，污染物去除率為50.2%，且Fe2+無法重復(fù)利用。
實(shí)施例4
一種利用超聲波催化的芬頓氧化治理廢水的方法，具體步驟如下：具體步驟如下：(1)廢水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7%，所述活性炭粉為顆�；钚蕴糠刍蛘咧鶢罨钚蕴糠�;(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進(jìn)行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中;(3)進(jìn)行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為 0.2w/m3;(4)待反應(yīng)30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)PH值到4，所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4，所述的放入的Fe2+與H2O2的摩爾比為800：1，同時(shí)進(jìn)行攪拌;(5)2個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為99%，即可完成廢水處理。
分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)使用，將分離得到的固體加入到相同量的廢水中，施加聲能密度為 0.2w/m3的超聲波，30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調(diào)節(jié)PH值到4，同時(shí)進(jìn)行攪拌，待2個(gè)小時(shí)后，反應(yīng)完成后進(jìn)行沉淀，使固液分離，測(cè)定得到的污染物的去除率為97.9%。
對(duì)于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時(shí)間內(nèi)，污染物去除率為86.2%，且Fe2+無法重復(fù)利用。
