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CN106242014A - 一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法 - Google Patents

一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水和废水处理技术领域，公开了一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法。它是将零价铁和过硫酸盐投加到含有有机污染物的废水中，在超声波环境中反应，S2O8 2‑在超声波和零价铁的协同作用下活化产生SO4•‑和HO•，从而降解废水中大部分有机污染物。本发明中零价铁经济高效无污染，过硫酸盐稳定性强，易于保存和运输，在超声作用下即使在pH为碱性时也有较好的降解效果，从而拓宽了零价铁的活化条件，并且反应速度快，降解效率高，可用于废水中有机污染物的快速降解。

Description

一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体来说，是一种利用超声波加零价铁活化过硫酸盐处理废水中有机污染物的方法。
背景技术
在最近十几年，基于硫酸根自由基的高级氧化技术一直被认为是有机废水的一种有效治理技术，从过硫酸盐活化中产生的硫酸根自由基(SO4·-)的氧化还原电位为2.6V，接近于羟基自由基(HO·)的2.8V，因此，它的氧化性很强，理论上能降解大多数有机污染物；另外，过硫酸盐能被多种方式活化，比如超声、加热、光解和过渡金属。
在各种可以活化的过渡金属中，亚铁离子一直被广泛应用于活化过硫酸盐，铁离子来源相对廉价，并且活化效率较高，不过，用铁离子活化过硫酸盐也有在pH>5时会产生氢氧化物沉淀，铁离子不可再生等问题，然而，零价铁可以很好地解决这些问题，超声波作为一种活化方法同样也能促进过硫酸盐产生硫酸根自由基，并且，超声波能有效加强单质铁和水之间的腐蚀作用，一方面，微射流以超声产生的空化泡破裂的形式冲击零价铁的表面，加强了铁表面的腐蚀，它也能导致铁单质粒径的减小，从而增大反应面积；另一方面，空化泡破裂的冲击波能在零价铁颗粒表面产生微小湍流从而促进多相腐蚀反应。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其具体步骤为：
先将模拟废水通入超声波发生装置内，然后将铁粉和过硫酸钾投加至反应容器内，同时开启超声和搅拌器，S2O8 2-在超声波和零价铁的协同作用下主要产生SO4·-和HO·(如方程(1)-(6)所示)，污染物在超声波热解，自由基氧化作用下反应后完成降解。
Fe0→Fe2++2e- (1)
Fe0+S2O8 2-→Fe2++SO4 2- (2)
Fe2++S2O8 2-→SO4·-+SO4 2-+Fe3+ (3)
S2O8 2-+)))(超声波)→2SO4·- (4)
所述的过硫酸盐的投加方式为一次性投加或分批次投加。
所述的过硫酸盐为单过硫酸盐或过硫酸盐，所述单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸铵中的一种或几种的混合物，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
所述的零价铁为纳米铁、常规铁、还原铁、废弃铁中的一种或几种的混合物。
所述的超声波发生装置形态为槽式、探头式、杯式、流动型中的一种或几种的组合。
所述的超声波发生装置的换能器类型为圆片式或夹心式；聚能器类型为半波聚能器或四分之一波长聚能器。
所述的废水通入方式为连续通入式或间歇加入式。
所述的废水处理时的初始pH值为2～11。
所述的废水中污染物为有机污染物。
所述的废水为饮用水、生活污水、工业废水、地表水、地下水或再生水。
本发明是利用零价铁和超声波协同作用活化过硫酸盐产生硫酸根自由基从而降解废水中的污染物以达到废水处理的作用。此活化方法中超声波产生的湍流加速了固液相之间大量的电子转移，并且，超声波产生的微射流能不断清洗零价铁的表面，使铁表面得到更新，使得固液相间的反应能持续进行，这样就能产生大量的硫酸根自由基；空化还能局部产生H2O2，与Fe腐蚀产生的Fe2+组成Fenton体系，也能有效地降解废水中的有机污染物。
本发明的积极效果是：
(1)本发明上述方法pH使用范围宽，有效避免了碱性条件下零价铁活化过硫酸盐效率低下的缺点，因而，无论酸性还是碱性条件下该法都能有效地降解有机污染物。
(2)本发明中过硫酸盐稳定性强、易溶解、可运输、使用方便，零价铁价格低廉但活化效率高，超声波产生的空化泡本身不仅能热解污染物，同时能清洗零价铁表面产生的钝化层，促进零价铁表面的更新，持续产生Fe2+活化过硫酸盐，通过协同效应提高有机物的降解率。
具体实施方式
以下提供本发明一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法的具体实施方式。
实施例1
一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，具体操作步骤如下：
(1)室温下配置20mg/L的2,4,6-三氯酚(TCP)模拟废水，调节pH为5.0，置于250mL反应器内，按浓度比K2S2O8:TCP＝20:1投加液体过硫酸钾和0.05gFe0，混合均匀。
(2)将反应器置于电功率600W,工作频率40KHz的超声波发生装置上，开启超声和搅拌器，反应60min。
其结果如表1所示，表1的结果表明本发明建立的超声波加零价铁活化过硫酸盐的活化方法的宽适用性和高效性。
表1本方法与单纯零价铁活化法在不同pH条件下降解率比较
项目 TCP降解率％ pH值
零价铁/过硫酸钾 64％ 5.0
本发明方法 98％ 5.0
零价铁/过硫酸钾 21％ 9.0
本发明方法 76％ 9.0
零价铁/过硫酸钾 15％ 11.0
本发明方法 69％ 11.0
实施例2
一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，具体操作步骤如下：
(1)室温下配置20mg/L的2,4,6-三氯酚(TCP)模拟废水，pH为6.0，置于250mL反应器内，按浓度比K2S2O8:TCP＝20:1投加液体过硫酸钾和0.05gFe0，混合均匀。
(2)将反应器置于电功率600W,工作频率40KHz的超声波发生装置上，开启超声和搅拌器，反应20min。
其结果如表2所示，表2的结果表明本发明建立的超声波加零价铁活化过硫酸盐的活化方法的宽适用性和高效性。
表2 TCP在不同体系降解效果比较
项目 TCP降解率％ pH值
超声波/零价铁 12％ 6.0
超声波/过硫酸钾 28％ 6.0
零价铁/过硫酸钾 63％ 6.0
本发明方法 93％ 6.0
实施例3
一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，具体操作步骤如下：
(1)室温下配置20mg/L的2,4,6-三氯酚(TCP)模拟废水，pH为6.0，置于250mL反应器内，按浓度比K2S2O8:TCP＝20:1投加液体过硫酸钾和0.05gFe0，混合均匀。
(2)将反应器置于电功率600W,工作频率40KHz的探头式超声波发生装置上，开启超声和搅拌器，反应20min。
其结果如表3所示，表3的结果表明不同超声波发生器对本发明建立的超声波加零价铁活化过硫酸盐的活化方法的不同影响。
表3不同超声波发生器降解效果比较
项目 槽式TCP降解率％ 探头式TCP降解率％
超声波/零价铁 12％ 21％
超声波/过硫酸钾 28％ 42％
本发明方法 93％ 98％
实施例4
一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，具体操作步骤如下：
(1)室温下配置20mg/L的对氯硝基苯模拟废水，pH为6.0，置于250mL反应器内，按浓度比K2S2O8:TCP＝20:1投加液体过硫酸钾和0.05gFe0，混合均匀。
(2)将反应器置于电功率600W,工作频率40KHz的超声波发生装置上，开启超声和搅拌器，反应20min。
其结果如表4所示，表4的结果表明本发明建立的超声波加零价铁活化过硫酸盐的活化方法的宽适用性和高效性。
表4对氯硝基苯在不同体系降解效果比较
项目 对氯硝基苯降解率％ pH值
超声波/过硫酸钾 24％ 6.0
零价铁/过硫酸钾 75％ 6.0
本发明方法 99％ 6.0

Claims (11)

1.一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，其具体步骤为：
先将模拟废水通入超声波发生装置内，然后将铁粉和过硫酸钾投加至反应容器内，同时开启超声和搅拌器，S2O8 2-在超声波和零价铁的协同作用下主要产生SO4•-和HO•，污染物在超声波热解，自由基氧化作用下反应后完成降解。
2.Fe0→Fe2++2e- （1）
Fe0+S2O8 2-→Fe2++SO4 2- （2）
Fe2++S2O8 2-→SO4•-+SO4 2-+Fe3+ （3）
S2O8 2-+）））（超声波）→2SO4•- （4）
SO4 2-+H2O↔SO4 2-+H++HO• （5）。
3.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述过硫酸盐的投加方式为一次性投加或分批次投加。
4.如权利要求2所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述过硫酸盐为单过硫酸盐或过硫酸盐，所述单过硫酸盐为单过硫酸钾、单过硫酸钠或单过硫酸铵中的一种或几种的混合物，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述的零价铁为纳米铁、常规铁、还原铁、废弃铁中的一种或几种的混合物。
6.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述的超声波发生装置形态为槽式、探头式、杯式、流动型中的一种或几种的组合。
7.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述的超声波发生装置的换能器类型为圆片式或夹心式，超声波发生装置的聚能器类型为半波聚能器或四分之一波长聚能器。
8.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述的废水通入方式为连续通入式或间歇加入式。
9.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述废水处理时的初始pH值为2～11。
10.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述废水中污染物为有机污染物。
11.如权利要求1所述的一种用于废水处理的过硫酸盐活化方法，其特征在于，所述废水为饮用水、生活污水、工业废水、地表水、地下水或再生水。
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