申請日2014.10.24
公開(公告)日2015.03.04
IPC分類號C02F9/08
摘要
本發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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3;(4)待反應20～40分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節PH值到3～5，同時進行攪拌;(5)待2～3個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理，本發明使超聲波凈水與芬頓氧化凈水相結合增強了凈水效率，節約了凈水成本。
權利要求書
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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3;(4)待反應20～40分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節PH值到3～ 5，同時進行攪拌;(5)待2～3個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
2.根據權利要求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進行30分鐘后，向所述超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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
技術領域
本發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
在水資源環境治理中可通過超聲波的方式對廢水進行處理，超聲波的空化效應為降解水中有害有機物提供可能，從而使超聲波污水處理目的的實現。在污水處理過程中，超聲波的空化作用對有機物有很強的降解能力，且降解速度很快，超聲波空化泡的崩潰所產生的高能量足以斷裂化學鍵，空化泡崩潰產生氫氧基(OH-)和氫基(H+)，同有機物發生氧化反應，能將水體中有害有機物轉變成CO2、H2O、無機離子或比原有機物毒性小易降解的有機物。所以在傳統污水處理中生物降解難以處理的有機污染物，可以通過超聲波的空化作用實現降解。
芬頓(Fenton)試劑一般是指Fe2+和H2O2構成的氧化體系，由法國科學家H.J.H.Fenton于1894年發明，是一種不需要高溫高壓，而且設備簡單的化學氧化水處理技術。早期芬頓試劑主要應用于有機分析化學和有機合成反應，1964年，Eisenhouser首次將芬頓反應作為廢水處理的技術運用，并在苯酚及烷基苯廢水處理實驗中獲得成功。傳統的芬頓反應會造成鐵離子流失，為解決這個問題，逐步發展起非均相芬頓反應，該反應體系通常是將催化性能最強的鐵離子負載到不同的載體上，在保持其催化活性同時獲得固 - 液分離能力、避免二次污染。非均相芬頓反應體系具有反應效率高、有效PH范圍寬廣以及催化劑可再生利用等優勢，是一項極具發展潛力的新型高級氧化工藝。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 氧化技術是一種有效的污泥預處理技術，但 Fenton 氧化技術需要高濃度的酸和亞鐵離子和過氧化氫，反應的時間長且成本較高，如何縮短反應時間，減少過氧化氫使用量，進一步降低 Fenton 氧化成本是研究的方向。
所述芬頓反應是以亞鐵離子為催化劑的一系列自由基反應。主要反應大致如下：
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，不斷產生HO·(羥基自由基，電極電勢2.80EV，僅次于F2)，使得整個體系具有強氧化性，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，臭氧的電極電勢只有2.23EV)氧化的物質。
以氯苯為例，C6H5Cl---------------(Fe2+ H2O2)→CO2+H2O+HCl
芬頓試劑的影響因素
根據上述Fenton試劑反應的機理可知，OH·是氧化有機物的有效因子，而[Fe2+]、[H2O2]、[OH-]決定了OH·的產量，因而決定了與有機物反應的程度。影響該系統的因素包括溶液pH值、反應溫度、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。
根據上訴材料中超聲波凈化廢水時，空化泡崩潰產生氫氧基(OH-)和氫基(H+)，以及結合芬頓試劑中進行氧化反應時需要的氫氧基(OH-)和氫基(H+)的參與，可以得出上訴兩種技術可以以有協同運用可能。
已知的現有的技術例如：申請號：201310678092.4與201210286680.9中分別提供了超聲波與芬頓反應協同治理廢水的方法，所述 201310678092.4中提出芬頓反應與和超聲波破碎反應是同時進行的，所述201210286680.9中提出的方法是先加入入FeCl2和H2O2進行芬頓氧化，然后進行超聲波破碎反應，但是上述兩個技術中沒有充分的利用到廢水在超聲波破碎反應一段時間后，其中產生的大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)可能對芬頓氧化技術的具有的促進作用。
發明內容
針對上述不足提供一種能夠利用超聲波破碎反應時產生的大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)進行芬頓氧化從而對廢水進行治理的方法。
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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為0.1～0.3w/m3，(4)待反應20～40分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節 pH 值到3～5 ，同時進行攪拌;(5)待2～3個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
進一步所述超聲波破碎反應進行30分鐘后，向所述超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2。
進一步所述的亞鐵離子鹽為FeCl2或FeSO4。
進一步所述的放入的Fe2+與H2O2的摩爾比為900：1。
進一步所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%。
進一步所述超聲破碎的聲能密度為0.2w/m3。
更進一步所述控制芬頓反應的PH值為4。
有益效果
與原有技術相比較本發明的優點在于：
1、本發明預先實施超聲波破碎反應，使得污水或污泥中的產生了大量的氫氧基(OH-)和氫基(H+)，為之后的芬頓氧化反應提供了良好的環境的同時節省了H2O2的投入，提高了反應效率，所述芬頓反應消耗的時間由原來的3～5小時，縮短為2～3小時;
2、所述活性炭粉不僅起到了吸附聚集有害物質的作用，過濾后殘留的活性炭粉在芬頓反應中還起到了催化作用，進一步的加快了反應效率。
具體實施方式
實施例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�；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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為 0.1w/m3;(4)待反應20分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節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，并且對污水進行攪拌;(5)待2個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測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循環使用，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，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節PH值到3，同時進行攪拌，待2個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測定得到的污染物的去除率為96.9%。
對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時間內，污染物去除率為66.2%，且 Fe2+無法重復利用。
實施例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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為 0.2w/m3;(4)待反應30分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節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，同時進行攪拌;(5)待2.5個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測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循環使用，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，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節 pH 值到3，同時進行攪拌，待2.5個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測定得到的污染物的去除率為97.9%。
對于同樣的廢水，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，在相同的時間內，污染物去除率為 50.2%，且Fe2+無法重復利用。
實施例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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為0.3w/m3;(4)待反應40分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節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，同時進行攪拌;(5)待3個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測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循環使用，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，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節PH值到5，同時進行攪拌，待3個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測定得到的污染物的去除率為 92.9%。
對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時間內，污染物去除率為50.2%，且Fe2+無法重復利用。
實施例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后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應器中;(3)進行超聲波破碎反應，所述超聲波的聲能密度為 0.2w/m3;(4)待反應30分鐘后，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調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，同時進行攪拌;(5)2個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測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循環使用，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，向超聲波反應器中加入亞鐵離子鹽、H2O2，調節PH值到4，同時進行攪拌，待2個小時后，反應完成后進行沉淀，使固液分離，測定得到的污染物的去除率為97.9%。
對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入FeCl2和H2O2，但未施加超聲波作用，在相同的時間內，污染物去除率為86.2%，且Fe2+無法重復利用。
