申请日2011.12.09
公开(公告)日2012.06.13
IPC分类号C02F1/36; C02F1/78
摘要
超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，它涉及含硝基苯酚废水处理方法。本发明要解决现有处理含硝基苯酚废水方法存在能耗高、去除效率低的技术问题。方法：向反应器内通入含硝基苯酚废水，超声波处理同时通入臭氧进行反应;臭氧通过固定在反应器底部的微孔扩散器通入反应器内;即完成了废水中硝基苯酚的去除。本发明所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的工艺有益效果主要体现在：通过对工艺参数的优化，达到能耗低、去除效率高、适合实际硝基苯酚废水处理的目的。对硝基苯酚去除效率非常高，达90%以上，具有十分重大的市场开发前景。
权利要求书
1.超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在于超声臭氧处理含硝基苯酚废水的 方法是按下述步骤进行的：向反应器内通入含硝基苯酚废水，超声波处理同时通入臭氧进 行反应;工艺参数：硝基苯酚的初始浓度为20～300mg/L、pH值为3.0～4.0，超声波频率为 20～40kHz、超声波声强为30～50W/cm2、臭氧通入量为120～240ml/L·min、水力停留时间 为30～60min，臭氧通过固定在反应器底部的微孔扩散器通入反应器内;即完成了废水中硝 基苯酚的去除。
2.根据权利要求1所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在于所述超声 波频率为30kHz，超声波声强为40W/cm2。
3.根据权利要求2所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在于所述臭氧 通入量为150～220ml/L·min。
4.根据权利要求2所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在于所述臭氧 通入量为180ml/L·min。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在 于所述水力停留时间为40min。
6.根据权利要求5所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法，其特征在于所述pH 值为3.0。
说明书
超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法
技术领域
本发明涉及含硝基苯酚废水处理方法。
背景技术
对硝基苯酚是化工、染料、医药等行业废水中常见的有机污染物，因其毒性大，在环 境中停留时间长，难于生物降解，被中国和美国环保局(EAP)同时列入优先控制污染物“黑 名单”中。对硝基苯酚的淡水生物急性中毒浓度为230μg/L，盐水生物的急性中毒浓度 为4580μg/L，为确保人体健康，水中对硝基苯酚浓度应低于70μg/L，美国各洲规定， 饮用水中对硝基苯酚浓度不得高于20μg/L。对硝基苯酚遇高热放出有毒气体，能经呼吸 道和皮肤吸收，可使血液输送氧的能力下降，致使头痛、眩晕、皮肤和嘴唇发紫等症状出 现。当暴露在高浓度对硝基苯酚气体中时，会导致呼吸困难、脉搏减弱、血压降低，严重 时直接致死。对硝基苯酚刺激皮肤、眼睛、鼻子、喉咙等，并对肾和肝产生危害。
目前处理对硝基苯酚废水的方法主要有生化法、吸附法、液膜法和化学氧化法等。低 浓度对硝基苯酚废水通常采用生物降解法来处理，较高浓度对硝基苯酚废水则多采用活性 炭吸附、溶剂萃取、化学氧化等方法处理。生化法虽然在处理低浓度有机废水方面比较有 效，花费相对较低，但其占地面积大，操作条件严格，降解速度慢。吸附法和液膜法只是 一般的分离操作，污染物从一相转到另外一相，带来二次污染。而高级氧化技术因具有氧 化彻底，无二次污染等优点，在对硝基苯酚废水处理方面的研究日益引起人们的重视。超 声波强化臭氧氧化技术是近几年发展起来的高级氧化技术，具有较好的工业应用前景，目 前尚处于探索阶段。
发明内容
本发明要解决现有处理含硝基苯酚废水方法存在能耗高、去除效率低的技术问题;而 提供了超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法。
本发明中超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法是按下述步骤进行的：向反应器内通入 含硝基苯酚废水，超声波处理同时通入臭氧进行反应;工艺参数：硝基苯酚的初始浓度为 20～300mg/L、pH值为3.0～4.0，超声波频率为20～40kHz、超声波声强为30～50W/cm2、 臭氧通入量为120～240ml/L·min、水力停留时间为30～60min，臭氧通过固定在反应器底 部的微孔扩散器通入反应器内;即完成了废水中硝基苯酚的去除。
超声强化臭氧氧化作用主要表现在两个方面：①臭氧的分解。在超声波作用下，臭氧 分解产生其它具有更高活性的自由基如·OH等;②传质速率常数kLa的增大。超声一方 面可将臭氧气泡粉碎成“微气泡”，提高臭氧与水的接触面积，即增大a;另一方面，通 过增加水的混合程度和紊动强度，降低液膜厚度，减少阻力，增大kL，从而提高臭氧的 传质速率。
在超声波作用下，臭氧被迅速分解，并释放出O·自由基：
O3→O2+O·
O·+O3→2O2(副反应)
臭氧热解产生的O·在空化泡内与水蒸气反应产生·OH
O·+H2O→2·OH
与此同时，水蒸气在空化泡内热解产生·OH
H2O→·OH+·H
上述产生的·OH在空化泡气液界而相互结合成H2O2
2·OH→H2O2
形成的·OH自由基和H2O2均具有强氧化性，尤其是·OH自由基氧化电极电位高达 2.80V，比O3(2.07V)高35%，氧化能力仅次于氟;另外，该基团具有高电负性(亲电 性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。H2O2氧化电极电位1.76V。因 此，·OH自由基和H2O2可以起到双协同作用，实现对污染物的深度氧化分解，进而达到 处理目的。
在超声臭氧氧化体系中，臭氧均被迅速分解，且1molO3可产生2mol·OH，而在单 独臭氧氧化体系中，1molO3只产生1mol·OH。因此，超声臭氧氧化体系存在协同效应 主要是由臭氧在空化泡中热解产生更多的·OH引起的。
所述硝基苯酚为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①邻硝基苯酚，②间硝基 苯酚，③对硝基苯酚。
优选的，所述硝基苯酚为对硝基苯酚，在废水中浓度为20～300mg/L。
进一步，所述工艺参数为：声波频率30kHz、声强40W/cm2、臭氧量180ml/L·min、 pH3.0、槽内水力停留时间40min。
具体的，所述工艺如下：处理对象为含对硝基苯酚20～100mg/L的废水，采用不锈钢 反应槽，臭氧通过固定在反应槽底面的微孔扩散器与废水接触，在声波频率30kHz、声强 40W/cm2、臭氧量180ml/L·min、pH3.0、槽内水力停留时间40min的工艺参数下，进行 废水中对硝基苯酚的去除。
相对于单独臭氧氧化体系和单独超声波氧化体系来说，超声臭氧处理含硝基苯酚废水 的工艺存在明显的协同作用，其增强因子在150%以上，大大提高了降解的效率。
本发明所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的工艺有益效果主要体现在：通过对工艺 参数的优化，达到能耗低、去除效率高、适合实际硝基苯酚废水处理的目的。对硝基苯酚 去除效率非常高，达90%以上，具有十分重大的市场开发前景。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意 组合。
具体实施方式一：本实施方式中超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法是按下述步骤进 行的：向反应器内通入含硝基苯酚废水，超声波处理同时通入臭氧进行反应;工艺参数： 硝基苯酚的初始浓度为20～300mg/L、pH值为3.0～4.0，超声波频率为20～40kHz、超声波 声强为30～50W/cm2、臭氧通入量为120～240ml/L·min、水力停留时间为30～60min，臭 氧通过固定在反应器底部的微孔扩散器通入反应器内;即完成了废水中硝基苯酚的去除。
本实施方式方法对硝基苯酚去除效率在90%以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述超声波频率为30kHz， 超声波声强为40W/cm2。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述臭氧通入量为 150～220ml/L·min。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述臭氧通入量 为180ml/L·min。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述水力停留时 间为40min。其它步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述pH值为3.0。 其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
采用下述试验验证发明效果：
试验一：含对硝基苯酚74.14mg/L的废水的超声臭氧氧化处理工艺，采用不锈钢反应 槽，臭氧通过固定在反应槽底面的微孔扩散器与废水接触，在声波频率30kHz、声强 40W/cm2、臭氧量180ml/L·min、pH3.0、槽内水力停留时间40min的工艺参数下，进行 废水中对硝基苯酚的去除。O3和水蒸气在空化泡中热解产生·OH，实现对硝基苯酚的深 度氧化分解，从而达到对含对硝基苯酚废水超声臭氧氧化处理的目的，废水处理结果见表 1。
表1.废水处理结果
表1中为超声臭氧、单独超声、单独臭氧处理含对硝基苯酚的废水的数据。其中，单 独臭氧和单独超声时臭氧与超声的剂量根据经济性决定。通过表一可以看出，超声臭氧处 理含对硝基苯酚废水的去除率要远高于单独超声和单独臭氧时的。之所以臭氧比超声的效 果差，是因为pH3.0时，臭氧产生的羟基自由基少，降解能力弱。
在超声臭氧体系中，一方面，超声波的机械剪切作用大大提高了单位液相体积的传质 面积a及液相传质分系数kL，总的体积传质系数kLa。提高了1.52～1.77倍，使溶液中臭 氧浓度增加。另一方面，臭氧在空化泡内热解产生·OH等自由基，使其分解速率远大于 臭氧的自分解速率。这两方面因素均能加速对硝基苯酚的降解，其中臭氧气体在空化泡中 热解产生·OH是造成超声波强化臭氧氧化体系具有协同效应的主要原因。
试验二：其他条件同试验一，即含对硝基苯酚74.14mg/L的废水的超声臭氧氧化处理 工艺，采用不锈钢反应槽，臭氧通过固定在反应槽底面的微孔扩散器与废水接触，在声波 频率30kHz、声强40W/cm2、臭氧量180ml/L·min、槽内水力停留时间40min的工艺参 数下。
与现有技术相比，本发明所述的超声臭氧处理含硝基苯酚废水的工艺具有能耗低、去 除效率高、适合实际含硝基苯酚类废水处理等优点，具有十分重大的市场开发前景。
