申请日2015.03.03
公开(公告)日2015.06.17
IPC分类号C02F9/06
摘要
本发明属含高浓度硝基苯废水处理的技术领域，为解决单独Fenton法存在处理成本高，易生成有毒的中间产物，造成二次污染等问题，单独微电解法不能将硝基苯污染物彻底矿化为无机小分子物质等问题，提供一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法及装置。高浓度硝基苯废水与空气在超重力设备中完成吹脱传质，吹脱完成后，废水通入带有搅拌装置的铁炭微电解槽内进行微电解还原反应，在微电解槽中加入过氧化氢，废水中的Fe2+与过氧化氢构成Fenton试剂，产生强氧化性的羟基自由基氧化降解废水中有机物。流程简单，使各个技术发挥最大作用，达到以废治废的目的，最大限度地降低了处理成本。处理效率提高20%，反应时间缩短25%，大大的减少了处理成本。
摘要附图
权利要求书
1.一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：步骤如下：(1)先将含高浓度硝基苯废水与新鲜空气在超重力设备中充分接触，完成吹脱传质过程降低废水中有机物含量，(2)吹脱传质完成后，废水通入带有搅拌装置的铁炭微电解槽内进行微电解还原反应，硝基苯被还原为苯胺和其他中间产物，铁炭反应后铁以Fe2+的形式存在于废水中，(3)在微电解槽中加入过氧化氢，废水中的Fe2+与过氧化氢构成Fenton试剂，产生强氧化性的羟基自由基氧化降解废水中有机物。
2.根据权利要求1所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度大于500 mg/L，吹脱完成后废水中硝基苯含量为80~100mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：新鲜空气与废水在超重力设备中的气液比为0.1~1.6m3/L。
4.根据权利要求3所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：新鲜空气与废水在超重力设备中的气液比为0.4~0.8 m3/L。
5.根据权利要求1所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：铁炭微电解槽内的废水用稀盐酸或稀硫酸调节pH值为2~3，铁炭微电解槽内构成原电池的电极材料为铁屑与炭屑，质量比为0.5:1~3:1，铁粉质量为10~30g/L。
6.根据权利要求1所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：步骤(3)中加入的过氧化氢在废水中的浓度为0.01~0.05mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，其特征在于：所述超重力设备为超重力旋转填料床，填料层中的填料为抗氧化、耐腐蚀的金属丝网填料，转速为300~1200rpm。
8.一种实现如权利要求1~7所述的吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：包括设有进气口、出气口、进液口、出液口的旋转填料床(3)，旋转填料床(3)的进气口通过气体流量计(2)连接风机(1)，出气口连接尾气处理装置(9)，进液口通过液泵I(5)连接储液槽(6)，液泵I(5)与进液口之间设有液体流量计(4)，出液口与储液槽(6)和微电解槽(7)相连，微电解槽(7)内设搅拌装置(8)，底部设置过滤装置，微电解槽(7)通过液泵II(10)与过氧化氢储液槽(11)相连。
9.根据权利要求8所述的一种实现吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：所述搅拌装置(8)为电动搅拌器，电动搅拌器的转速为200~800rpm。
10.根据权利要求8所述的一种实现吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水方法的装置，其特征在于：尾气处理装置(9)内的填料为活性炭。
说明书
一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法及装置
技术领域
本发明属于含高浓度硝基苯废水处理的技术领域，具体涉及一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法及装置。
背景技术
硝基苯(Nitrobenzene，NB)是一种重要的化工原料，广泛应用于石油化工、燃料、材料和焦化等行业中。但其化学性质稳定，不易被生物降解，具有强烈的致癌致突变性，现已被多国列为优先控制污染物。
空气吹脱一般是在水处理的底部放有曝气装置，风机送来的空气被分散成微小的气泡，在废水主体中形成气液两相，废水中的挥发性有机物从液相转移到气相中，随气泡离开液相主体。根据气液平衡理论，当液相中挥发性有机物浓度较高时，传质推动力大，有利于有机物从液相进入气相。但当浓度降低到一定程度时，传质推动力变小，处理效率降低。同时传统曝气反应中的液体湍动程度低，造成液相深处有机物无法快速到达气液相界面，传质效果差。由于硝基苯沸点较高，自然条件下的蒸发速度较慢，现有传统曝气吹脱装置或填料塔中气液湍动程度低、气液接触面积小，处理效果并不明显。如果加大气液接触面积和气液湍动程度，可大大提高硝基苯去除率。
超重力技术利用旋转的转子将液体破碎成细小的液滴或液膜、液丝，其尺度都是在几十微米数量级，只有填料塔的几分之一，这就意味着仅在这一点上，质量传递速率就将数倍于填料塔。另外，在旋转的转子中，液体在离心力的作用下流动，而高速旋转的转子提供的离心力是促使填料塔中液体流动的重力的几百倍。这使得液体可以克服表面张力的作用，以极高的速度、极小的尺度，在高比表面的填料中运动。填料弯曲的孔道促使了液体表面的迅速更新，大大增加了液体的湍动。这两点结合在一起，使得在超重力设备中的传质速率较在填料塔中的同样过程提高了1~3个数量级。
微电解技术于20世纪70年代由前苏联科学工作者提出并用于印染废水的处理。该方法是一种利用金属腐蚀原理形成原电池来处理废水的工艺技术，又称内电解法。微电解的电极一般选用两种及以上电位相差较大的材料，在无外加电场情况下，阴、阳极之间因电位差形成为电池效应而对污染物产生物理化学作用。微电解法比电解法和化学絮凝法在废水处理方面的成本低，更具应用前景。目前，该处理技术由于工艺简单、预处理效果好、能有效地提高废水的可生化性，以开始广泛研究和应用于印染、制药、油田、垃圾渗滤液及农药等工业废水的处理。但是微电解法作为废水的预处理方法，不能将硝基苯污染物彻底矿化为无机小分子物质，一般与生物法、臭氧法、Fenton法等其他工艺组合使用，以达到高效去除污染物的目的。
Fenton于1894年发现当H2O2与Fe2+共存时，其分解能力会高于两者单独存在时的分解能力。之后一些学者相继发现，Fe2+与H2O2在酸性条件下(pH=2~3)会发生反应，生成具有非选择性强氧化能力的羟基自由基·OH，并放出大量热。Fenton试剂法是一种高级氧化技术，具有操作简便、反应快速等特点，主要用于处理废水中残存的难降解有机物。Fenton试剂产生自由基氧化机理如下：
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH- + OH (式1)
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2 + H+ (式2)
OH + H2O2 → HO2+H2O (式3)
Fe3+ + HO2 →Fe2++O2+ H+ (式4)
RH + OH → Qs (式5)
上述反应中Fe2+起催化作用，Fe2+与H2O2反应生成·OH游离基的速度很快，而·OH游离基可降解硝基苯，降低废水COD，能将废水中的有机物分子彻底氧化降解。
对于高浓度的硝基苯废水而言，单独利用吹脱法、微电解法或者Fenton法都存在处理效率差的问题。有机化合物降解的过程中，会生成中间产物如小分子酸、醇与目标污染物竞争与羟基自由基反应，使得氧化处理效果明显下降。当有机物含量高时，生成的中间产物就多，废水水质变的更差，氧化效果就明显降低。因此，如何将Fenton法与其他工艺法联合处理废水以提高废水的降解效率、降低处理成本仍是研究的重点。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法及装置。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水的方法，步骤如下：(1)先将含高浓度硝基苯废水与新鲜空气在超重力设备中充分接触，完成吹脱传质过程降低废水中有机物含量，(2)吹脱传质完成后，废水通入带有搅拌装置的铁炭微电解槽内进行微电解还原反应，硝基苯被还原为苯胺和其他中间产物，铁炭反应后铁以Fe2+的形式存在于废水中，(3)在微电解槽中加入过氧化氢，废水中的Fe2+与过氧化氢构成Fenton试剂，产生强氧化性的羟基自由基氧化降解废水中有机物。
高浓度硝基苯废水中硝基苯浓度大于500mg/L，吹脱完成后废水中硝基苯含量为80~100mg/L。新鲜空气与废水在超重力设备中的气液比为0.1~1.6 m3/L。优选气液比为0.4~0.8 m3/L。铁炭微电解槽内的废水用稀盐酸或稀硫酸调节pH值为2~3，铁炭微电解槽内构成原电池的电极材料为铁屑与炭屑，质量比为0.5:1~3:1，铁粉质量为10~30g/L。步骤(3)中加入的过氧化氢在废水中的浓度为0.01~0.05mol/L。所述超重力设备为超重力旋转填料床，填料层中的填料为抗氧化、耐腐蚀的金属丝网填料，转速为300~1200rpm。
首先将含高浓度硝基苯废水与新鲜空气在超重力设备中充分接触，完成吹脱传质过程降低废水中有机物含量。在吹脱效果不显著时将废水通入带有搅拌装置的铁炭微电解槽内进行微电解还原反应，将硝基苯还原为苯胺和其他中间产物。铁炭反应后铁以二价铁(Fe2+)的形式存在于废水中，此时在微电解槽中加入过氧化氢，使废水中的Fe2+与过氧化氢构成Fenton试剂，产生强氧化性的羟基自由基氧化降解废水中有机物。废水中的有机污染物在微电解-Fenton试剂的协同作用下得到降解。采用酸性化合物调节微电解槽内的废水pH值为2~3。微电解槽处理量为1.5L~2.5L/批。
微电解为Fenton试剂氧化处理污水提供了廉价的Fe2+，废水在撞击流旋转填料床装置中与过氧化氢的体积流量比为5:1~10:1，Fenton试剂中H2O2的浓度为0.01~0.05mol/L。废水在微电解槽处理后达到可生化进入生化处理系统。
一种实现上述吹脱-微电解-Fenton氧化法处理含高浓度硝基苯废水方法的装置，包括设有进气口、出气口、进液口、出液口的旋转填料床，旋转填料床的进气口通过气体流量计连接风机，出气口连接尾气处理装置，进液口通过液泵I连接储液槽，液泵I与进液口之间设有液体流量计，出液口与储液槽和微电解槽相连，微电解槽内设搅拌装置，底部设置过滤装置，微电解槽通过液泵II与过氧化氢储液槽相连。
所述搅拌装置为电动搅拌器，电动搅拌器的转速为200~800rpm。尾气处理装置内的填料为活性炭。
本发明的有益效果是：利用超重力反应器高度强化混合和传质的特点，在空气吹脱阶段，有效的促进了硝基苯从液相进入气相的速率，较传统塔设备提高1~2倍，处理时间缩短80%。当吹脱过程中硝基苯去除不显著时，利用铁炭微电解还原硝基苯，使苯环上的钝化基团硝基转变成氨基，使得苯环活性提高，在相同处理条件下，氧化效率提高20%，反应时间缩短25%。随后添加过氧化氢，其与微电解反应生成的Fe2+构成Fenton试剂，氧化降解有机物，达到可生化标准，由于微电解所使用的电级材料可选用工业生产过程产生的铁屑及炭屑，可达到以废治废的目的，并为Fenton试剂的催化氧化提供了廉价的Fe2+，水处理成本降低30%。
与传统的鼓泡装置或填料塔吹脱硝基苯废水比较，当硝基苯浓度从500mg/L降低到80~100mg/L时，本发明使用超重力旋转填料床吹脱的处理时间可缩短80%。
对于高浓度硝基苯废水而言，如果直接利用微电解/Fenton法处理，虽然可以达到较高的处理效果，但是处理成本和处理时间都非常长。在硝基苯降解过程中会产生许多中间物质小分子酸和醇，这些中间产物的出现使得废水水质改变，同时中间产物还可捕获消耗羟基自由基使其含量减少，进而氧化效率降低。如直接利用微电解/Fenton氧化法处理500mg/L硝基苯废水，在硝基苯降解过程中废水水质较初始时有了很大的变化，同时产生了大量中间产物会消耗羟基自由基，氧化效率越来越低。本发明在氧化降解阶段前利用吹脱法使得废水中的目标污染物含量减少后再进行微电解/Fenton氧化法反应，可最大限度的减少废水水质变化和降低中间产物的生成量，使得羟基自由基消耗物生成量减少，进而提高氧化效率。本发明所产生的效果明显高于单独三者处理总和，具有协同作用，可实现缩短60~80%处理时间，处理成本降低50%。
