申请日2014.10.24
公开(公告)日2015.02.04
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明涉及一种电芬顿处理有机废水的方法，具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%～1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.1～0.3w/m3;(4)待反应20～40分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，整个过程中持续搅拌;(5)待2～4个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理，本发明利用超声波破碎反应作为前期处理，之后又利用矿化垃圾参与电解污水净化，从而解决现有芬顿技术中铁离子难去除和污染物去除效率低的缺点。
权利要求书
1.一种电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%～1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.1～0.3w/m3;(4)待反应20～40分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，整个过程中持续搅拌;(5)待2～4个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理。
2.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：超声波破碎反应进行30分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液。
3.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法,其特征在于：所述的矿化垃圾和废水的固液比为1：900。
4.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为 0.15mL。
5.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：进一步所述的电解槽电流为30mA，每接通 15min 后，断开 30min，循环操作经过总时间3h。
6.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%。
7.根据权利要求1所述的电芬顿处理有机废水的方法，其特征在于：所述超声破碎的声能密度为0.2w/ m3。
说明书
一种电芬顿处理有机废水的方法
技术领域
本发明涉及一种矿化垃圾参与的芬顿处理有机废水的方法，特别是涉及一种电芬顿处理有机废水的方法。
背景技术
在水资源环境治理中可通过超声波的方式对废水进行处理，超声波的空化效应为降解水中有害有机物提供可能，从而使超声波污水处理目的的实现。在污水处理过程中，超声波的空化作用对有机物有很强的降解能力，且降解速度很快，超声波空化泡的崩溃所产生的高能量足以断裂化学键，空化泡崩溃产生氢氧基(OH-)和氢基(H+)，同有机物发生氧化反应，能将水体中有害有机物转变成CO2、H2O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物。所以在传统污水处理中生物降解难以处理的有机污染物，可以通过超声波的空化作用实现降解。
芬顿(Fenton)试剂一般是指Fe2+和H2O2构成的氧化体系，由法国科学家H.J.H.Fenton于1894年发明，是一种不需要高温高压，而且设备简单的化学氧化水处理技术。早期芬顿试剂主要应用于有机分析化学和有机合成反应，1964年，Eisenhouser首次将芬顿反应作为废水处理的技术运用，并在苯酚及烷基苯废水处理实验中获得成功。传统的芬顿反应会造成铁离子流失，为解决这个问题，逐步发展起非均相芬顿反应，该反应体系通常是将催化性能最强的铁离子负载到不同的载体上，在保持其催化活性同时获得固 - 液分离能力、避免二次污染。非均相芬顿反应体系具有反应效率高、有效pH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势，是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。目前，多相芬顿催化剂的载体主要有活性炭粉、沸石分子筛、粘土等三类。Fenton 氧化技术是一种有效的污泥预处理技术，但 Fenton 氧化技术需要高浓度的酸和亚铁离子和过氧化氢，反应的时间长且成本较高，如何缩短反应时间，减少过氧化氢使用量，进一步降低 Fenton 氧化成本是研究的方向。
所述芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。主要反应大致如下：
Fe2+ +H2O2==Fe3+ +OH-+HO·
Fe3+ +H2O2+OH-==Fe2+ +H2O+HO·
Fe3+ +H2O2==Fe2+ +H+ +HO2
HO2+H2O2==HO2+O2↑+HO·
芬顿试剂通过以上反应，不断产生HO·(羟基自由基，电极电势2.80EV，仅次于F2)，使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂(氯气，次氯酸钠，二氧化氯，臭氧，臭氧的电极电势只有2.23EV)氧化的物质。
以氯苯为例，C6H5Cl---------------(Fe2+ H2O2)→CO2+H2O+HCl
芬顿试剂的影响因素
根据上述Fenton试剂反应的机理可知，OH ·是氧化有机物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]决定了OH·的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H2O2投加量及投加方式、催化剂种类、催化剂与H2O2投加量之比等。
根据上诉材料中超声波净化废水时，空化泡崩溃产生氢氧基(OH-)和氢基(H+)，以及结合芬顿试剂中进行氧化反应时需要的氢氧基(OH-)和氢基(H+)的参与，可以得出上诉两种技术可以以有协同运用可能。
已知的现有的技术例如：申请号：201310678092.4与201210286680.9中分别提供了超声波与芬顿反应协同治理废水的方法，所述 201310678092.4中提出芬顿反应与和超声波破碎反应是同时进行的，所述201210286680.9中提出的方法是先加入FeCl2和H2O2进行芬顿氧化，然后进行超声波破碎反应，但是上述两个技术中没有充分的利用到废水在超声波破碎反应一段时间后，其中产生的大量的氢氧基(OH-)和氢基(H+)可能对芬顿氧化技术的具有的促进作用。
与一般土壤相比，矿化垃圾具有容重较小、孔隙率高、有机质含量高、阳离子交换容量(CEC)大、吸附和交换能力强的特点。特别是阳离子交换容量，矿化垃圾的阳离子交换容量更是高达0.068mol/100g以上，比普通的砂土高出数十倍(同济大学学报：自然科学版，第 34 卷第10 期，1360 页 )。
发明内容
针对上述文献，本发明提供一种能够利用超声波破碎反应作为前期处理，之后又利用矿化垃圾参与电解污水净化，从而克服现有芬顿技术中铁离子难去除和污染物去除效率低的不足的一种电芬顿处理有机废水的方法。
一种电芬顿处理有机废水的方法,具体步骤如下(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%～1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.1～0.3w/m3;(4)待反应20～40分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，整个过程中持续搅拌;(5)待2～4个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理。
进一步所述超声波破碎反应进行30分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液。
进一步所述的矿化垃圾和废水的固液比为1：900。
进一步所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为0.15mL。
进一步所述的电解槽电流为30mA，每接通15min后，断开30min，循环操作经过总时间3h。
进一步所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%。
更进一步所述超声破碎的声能密度为0.2w/m3。
有益效果
与原有技术相比较本发明的优点在于：
1、本发明预先实施超声波破碎反应，使得污水或污泥中的产生了大量的氢氧基(OH+)和氢基(H-)，为之后的电芬顿氧化反应提供了良好的环境的同时节省了H2O2的投入，提高了反应效率，所述芬顿反应消耗的时间由原来的3～6小时，缩短为2～4小时;
2、所述活性炭粉不仅起到了吸附聚集有害物质的作用，过滤后残留的活性炭粉在芬顿反应中还起到了催化作用，进一步的加快了反应效率;
3、利用矿化垃圾参与电解污水净化，从而克服现有芬顿技术中铁离子难去除和污染物去除效率低的缺陷。
具体实施方式
实施例1
一种电芬顿处理有机废水的方法，具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.1/m3;(4)待反应20分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，矿化垃圾和废水的固液比为1：500，所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为0.1mL，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，所述的电解槽电流为5mA，每接通15min后，断开30min，循环操作经过总时间2h。整个过程中持续搅拌,所述的搅拌转速为50r/min;(5)待2个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理,最终得污染物总去除率为80.5%，铁离子浓度为 2.8g/L。
对于同样的废水，在同样条件下，未加入活性炭粉，未施加超声波作用，在相同的时间内，污染物去除率为66.2%。
实施例2
一种电芬顿处理有机废水的方法，具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.9wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.2/m3;(4)待反应30分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，矿化垃圾和废水的固液比为1：700，所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为0.15mL，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，所述的电解槽电流为20mA，每接通17min后，断开35min，循环操作经过总时间3h。整个过程中持续搅拌,所述的搅拌转速为100r/min;(5)待3个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理,最终得污染物总去除率为85.5%，铁离子浓度为1.8g/L。
对于同样的废水，在同样条件下，未加入活性炭粉，未施加超声波作用，在相同的时间内，污染物去除率为71.2%。
实施例3
一种电芬顿处理有机废水的方法，具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的1.1wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.3/m3;(4)待反应40分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，矿化垃圾和废水的固液比为1：900，所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为0.2mL，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，所述的电解槽电流为40mA，每接通20min 后，断开40min，循环操作经过总时间4h。整个过程中持续搅拌,所述的搅拌转速为150r/min;(45)待4个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理,最终得污染物总去除率为 89.5%，铁离子浓度为4.3g/L。
对于同样的废水，在同样条件下，未加入活性炭粉，未施加超声波作用，在相同的时间内，污染物去除率为75.2%。
实施例4
一种电芬顿处理有机废水的方法，具体步骤如下：(1)废水中加入足量的活性炭粉，所述活性炭粉添加量为废水重量的0.7wt%;(2)待活性炭粉吸附大量水中杂质后，把废水进行过滤再注入到超声波反应器中;(3)声波破碎反应，所述超声波的声能密度为0.2/m3;(4)待反应30分钟后，所述废水流入电解槽中，向电解槽中加入矿化垃圾、H2O2溶液，矿化垃圾和废水的固液比为1：900，所述的H2O2溶液用量为每升废水中加入量为0.15mL，所述电解槽阳极电极为铁电极，阴极电极为石墨电极，接通电解槽电流，所述的电解槽电流为30mA，每接通15min后，断开30min，循环操作经过总时间3h。整个过程中持续搅拌,所述的搅拌转速为150r/min;(5)待3个小时后，反应完成后进行沉淀，使固液分离，即可完成废水处理,最终得污染物总去除率为95.5%，铁离子浓度为4.3g/L。。
对于同样的废水，在同样条件下，未加入活性炭粉，未施加超声波作用，在相同的时间内，污染物去除率为80.2%。
