專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)焦化廢水脫色的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)，具體地說(shuō)是一種利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)焦化廢水進(jìn)行脫色的方法。技術(shù)背景焦化廢水是煤在高溫干餾過(guò)程中以及煤氣凈化、化學(xué)產(chǎn)品精制過(guò)程中形成的廢水，其中含有酚、氨氮、氰、苯、吡啶、吲哚和喹啉等幾十種污染物，成分復(fù)雜，污染物濃度高、色度高、毒性大，性質(zhì)較穩(wěn)定，是一種典型的含有難降解的有機(jī)化合物的工業(yè)廢水。焦化廢水中的易降解有機(jī)物主要是酚類(lèi)化合物和苯類(lèi)化合物，砒咯、萘、吹喃、瞇唑類(lèi)屬于可降解類(lèi)有機(jī)物。難降解的有機(jī)物主要有砒啶、味唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等。焦化廢水的超標(biāo)排放對(duì)人類(lèi)、水產(chǎn)、農(nóng)作物都可構(gòu)成很大危害。如何改善和解決焦化廢水對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，已成為擺在人們面前的一個(gè)迫切需要解決的課題。生物處理法是利用微生物氧化分解廢水中有機(jī)物的方法，常作為焦化廢水處理系統(tǒng)中的二級(jí)處理。目前，活性污泥法是一種應(yīng)用最廣泛的焦化廢水好氧生物處理技術(shù)。這種方法是讓生物絮凝體及活性污泥與廢水中的有機(jī)物充分接觸；溶解性的有機(jī)物被細(xì)胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產(chǎn)物(主要是C02)。非溶解性有機(jī)物先被轉(zhuǎn)化為溶解性有機(jī)物，然后被代謝和利用。但是釆用該技術(shù)，出水中的COD&、BODs、NHfN等污染物指標(biāo)均難于達(dá)標(biāo)，特別是對(duì)冊(cè)3-N污染物，幾乎沒(méi)有降解作用。近年來(lái)，人們從微生物、反應(yīng)器及工藝流程幾方面著手，研究開(kāi)發(fā)了生物強(qiáng)化技術(shù)生物流化床、固定化生物處理技術(shù)及生物脫氮技術(shù)等。這些技術(shù)的發(fā)展使得大多數(shù)有機(jī)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了生物降解處理，出水水質(zhì)得到了很大改善?？偟膩?lái)看，生物法具有廢水處理量大、處理范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。但是生物降解法的廢水的水質(zhì)條件要求嚴(yán)格廢水的PH值、溫度、營(yíng)養(yǎng)、有毒物質(zhì)濃度、進(jìn)水有機(jī)物濃度、溶解氧量等多種因素都會(huì)影響到污泥中細(xì)菌的生長(zhǎng)和出水水質(zhì)，這也就對(duì)操作管理提出了較高要求。此外，經(jīng)過(guò)生化處理后，焦化廢水的色度幾乎沒(méi)有變化。為了能夠進(jìn)一步降低色度，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)生化處理后，仍要釆用一些物理、化學(xué)工藝進(jìn)一步去除焦化廢水的色度以及COD等。鐵是活潑金屬，電極電位為￡0(Fe27Fe)=-0.440V,它具有還原能力，可將在金屬活動(dòng)順序表中排于其后的金屬置換出來(lái)而沉積在鐵的表面，還可將氧化性較強(qiáng)的離子或化合物及某些有機(jī)物還原。當(dāng)把含有雜質(zhì)的鑄鐵或純鐵和炭的混合顆粒浸沒(méi)在水溶液中時(shí)，鐵與炭或其他元素之間形成無(wú)數(shù)個(gè)微小的原電池電扳反應(yīng)如下。陽(yáng)極反應(yīng)Fe2e—Fe2+￡。(Fe2+/Fe)=-0.440V;陰極反應(yīng)2H++2e—2[H]—H2t￡0(H7H2)=0.00V;近年來(lái)，零價(jià)鐵逐漸被應(yīng)用于地下水污染物的去除、有機(jī)物脫氯等污染修復(fù)過(guò)程中。此外，少數(shù)一些嘗試通過(guò)零價(jià)鐵去除廢水的色度。但是由于反應(yīng)溫度、PH控制以及鐵鈍化等原因，單獨(dú)使用零價(jià)鐵去除廢水的色度具有很大的局限性。本發(fā)明將利用超聲波的空化作用消除鐵的鈍化作用，進(jìn)而提高廢水的脫色效果。
發(fā)明內(nèi)容ii明目的在于提供一種利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)廢水脫色的方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為方法將廢水和零價(jià)鐵屑/粉加入到反應(yīng)器中，在功率為150-200W的超聲波作用下攪拌反應(yīng)l-120min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除；零價(jià)鐵粉的使用量為每升廢水中加零價(jià)鐵2-500g。所述反應(yīng)溫度為10-80°C。廢水初始pH值釆用鹽酸調(diào)節(jié)至1-6。所述零價(jià)鐵為鐵粉，其可為微米級(jí)鐵粉或納米級(jí)鐵粉，微米級(jí)鐵粉純度>99%,粒徑為0.02~0.10mm，比表面積為0.7~1.mVg;納米級(jí)鐵粉，其純度>99°/。，粒徑為30100nm，比表面積為70~150m7g。本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同體系中，由于超聲空化作用，系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生氧化性自由基，同時(shí)溶液的湍動(dòng)作用和微擾作用更加劇烈，促進(jìn)零價(jià)鐵作用的進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)研究表明，零價(jià)鐵的粒徑越小，去除效果越好。粒徑越小比表面積越大，吸附氣體的能力越強(qiáng)，水中空化氣泡數(shù)量越多；同時(shí)表面積越大，鐵粉腐蝕越快，就會(huì)有更多的Fe2+生成。兩方面都可提高水中-OH自由基的數(shù)量，增強(qiáng)焦化廢水的處理效果，提高焦化廢水的可生化性，顯著降低焦化廢水的色度。釆用本發(fā)明可將廢水的色度由初始的1500倍降低至140倍，去除率達(dá)90%以上；此外，經(jīng)過(guò)零價(jià)鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的COD去除率也較零價(jià)鐵、超聲波單獨(dú)作用高。最終出水的B0D5/C0D由原來(lái)的0.08提高到0.36,廢水的可生化性也獲得顯著提高?！景l(fā)明釆用零價(jià)鐵處理廢水的還原作用、微電解作用、混凝吸附作用等綜合效應(yīng)的結(jié)果(l)鐵是活潑金屬，具有還原能力，因而在偏酸性水溶液中能夠直接將染料還原成胺基有機(jī)物。因胺基有機(jī)物色淡，且易被氧化分解，故廢水中的色度得以降低。廢水中的某些重金屬離子也可以被鐵還原出來(lái)，其他氧化性較強(qiáng)的離子或化合物可被鐵還原成毒性較小的還原態(tài)；(2)鐵具有電化學(xué)性質(zhì)。其電極反應(yīng)的產(chǎn)物中新生態(tài)的[H]和[Fe21能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原作用，可破壞染料的發(fā)色或助色基，使之?dāng)噫?，失去發(fā)色能力。也可使大分子物質(zhì)分解為小分子的中間體，或者使某些難生化降解的化學(xué)物質(zhì)變成易生化處理的物質(zhì)，提髙水的可生化性；(3)在偏酸性條件下處理廢水時(shí)產(chǎn)生大量的Fe"和Fe、當(dāng)pH調(diào)至堿性并有氧存在時(shí)，會(huì)形成Fe(0H)2,和Fe(0H)3絮狀沉淀，F(xiàn)e(OH)3還可能水解生成Fe(OH)2+、Fe(OH廣等絡(luò)離子，它們都有很強(qiáng)的絮凝性能。這樣廢水中原有懸浮物，以及通過(guò)微電解產(chǎn)生的不溶性物質(zhì)和構(gòu)成色度的不溶性物質(zhì)均可被吸附凝聚，從而使污水得以進(jìn)一步的凈化。圖1為本發(fā)明超聲波/零價(jià)鐵體系示意圖。主要標(biāo)號(hào)為l.溫度計(jì)，2攪拌器，3.反應(yīng)器，4.超聲波清洗器5.零價(jià)鐵屑/粉。具體實(shí)施方式實(shí)施例1將反應(yīng)器3置入超聲波清洗器4中，反應(yīng)器3中設(shè)有攪拌器2，溫度計(jì)1置于超聲波清洗器4中測(cè)量反應(yīng)溫度。將1.OL廢水和50g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，其中零價(jià)鐵的性質(zhì)為納米級(jí)鐵粉，其純度>99°/,粒徑為35nm,比表面積為120mVg;采用鹽酸調(diào)節(jié)pH至3.0，而后在超聲波功率為150W、3(TC溫度下攪拌反應(yīng)30min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除(脫色效果參見(jiàn)表1)。表1超聲波/零價(jià)鐵協(xié)同體系處理焦化廢水結(jié)果比較<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>從表1可知采用本發(fā)明超聲波/零價(jià)鐵協(xié)同作用，廢水的色度由初始的1500倍降低至140倍，去除率達(dá)90%以上；此外，經(jīng)過(guò)零價(jià)鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的C0D去除率也較零價(jià)鐵、超聲波單獨(dú)作用高。最終出水的B0D5/C0D由原來(lái)的0.08提高到0.36，廢水的可生化性也獲得顯著提高。而零價(jià)鐵單獨(dú)作用、超聲波單獨(dú)作用廢水的色度降低不是很顯著。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和100g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，其中零價(jià)鐵的物理性質(zhì)為微米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為0.04fflm,比表面積為1.0m7g;釆用鹽酸調(diào)節(jié)pH至1.0，而后在超聲波功率為160W、5(TC溫度下攪拌反應(yīng)20min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除(脫色效果參見(jiàn)表2)。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由表2看出，提高反應(yīng)溫度、零價(jià)鐵用量、超聲波功率以及降低廢水初始pH會(huì)提高廢水的脫色效果處理后的廢水色度僅為100,且其B0Ds/C0D值提高到0.38,即可生化性獲得顯著提高。實(shí)施例3一與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和2g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為納米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為100nm，比表面積為70mVg;釆用鹽酸調(diào)節(jié)pH至6，而后在超聲波功率為200W、l(TC溫度下攪拌反應(yīng)120min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除。實(shí)施例4與實(shí)施例1不同之處在于將1.OL廢水和100g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為微米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為0.lmm，比表面積為0.7m7g;釆用鹽酸調(diào)節(jié)pH至5，而后在超聲波功率為180W、6(TC溫度下攪拌反應(yīng)5min。實(shí)施例5與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和150g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為納米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為60nm，比表面積為150mVg;釆用鹽酸調(diào)節(jié)pH至4，而后在超聲波功率為190W、2(TC溫度下攪拌反應(yīng)15min。實(shí)施例6與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和200g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為納米級(jí)鐵粉，其純度為99%，粒徑為60nm,比表面積為150mVg;釆用鹽酸調(diào)節(jié)pH至4，而后在超聲波功率為190W、2(TC溫度下攪拌反應(yīng)15min。實(shí)施例7與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和500g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為納米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為60nm,比表面積為150m2/g;在超聲波、7(TC溫度下攪拌反應(yīng)50min。實(shí)施例8與實(shí)施例1不同之處在于將1.0L廢水和400g零價(jià)鐵粉加入到反應(yīng)器中，零價(jià)鐵為納米級(jí)鐵粉，其純度為99%,粒徑為80rnn,比表面積為90mVg;在超聲波、7(TC溫度下攪拌反應(yīng)80min。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，超聲波功率、反應(yīng)PH、溫度、零價(jià)鐵用量等參數(shù)可按經(jīng)濟(jì)適用原則進(jìn)行優(yōu)選。權(quán)利要求1.一種利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)廢水脫色的方法，其特征在于將廢水和零價(jià)鐵屑/粉加入到反應(yīng)器中，在功率為150-200W的超聲波作用下攪拌反應(yīng)1-120min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除；零價(jià)鐵粉的使用量為每升廢水中加零價(jià)鐵2-500g。2.按權(quán)利要求1所述的利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)廢水脫色的方法，其特征在于所述反應(yīng)溫度為10-80°C。3.按權(quán)利要求1所述的利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)廢水脫色的方法，其特征在于廢水初始pH值釆用鹽酸調(diào)節(jié)至1-6。4.按權(quán)利要求1所述的利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)廢水脫色的方法，其特征在于所述零價(jià)鐵為鐵粉，其可為微米級(jí)鐵粉或納米級(jí)鐵粉，微米級(jí)鐵粉純度>99%,粒徑為0.02~0.10mm,比表面積為0.7~1.0m2/g;納米級(jí)鐵粉，其純度>99%，粒徑為30100nm,比表面積為70~150m2/g。全文摘要本發(fā)明涉及環(huán)境化學(xué)，具體地說(shuō)是一種利用零價(jià)鐵/超聲波協(xié)同作用對(duì)焦化廢水進(jìn)行脫色的方法。具體為將廢水和零價(jià)鐵屑/粉加入到反應(yīng)器中，調(diào)節(jié)廢水的pH至1-6，而后在功率為150-200W的超聲波作用下攪拌，反應(yīng)30-60min，實(shí)現(xiàn)廢水脫色和COD去除。其中每升廢水中加入零價(jià)鐵的用量為2-500g。反應(yīng)溫度為10-80℃。采用本發(fā)明可將焦化廢水的色度由初始的1500倍降低至140倍，去除率達(dá)90％以上；此外，經(jīng)過(guò)零價(jià)鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的COD去除率也較零價(jià)鐵、超聲波單獨(dú)作用高。最終出水的BOD<sub>5</sub>/COD由原來(lái)的0.08提高到0.36，廢水的可生化性也獲得顯著提高。文檔編號(hào)C02F1/70GK101234812SQ200810010379公開(kāi)日2008年8月6日申請(qǐng)日期2008年2月5日優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日發(fā)明者史榮久,穎張,慧徐,威麻申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所