一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下：（1）廢水中加入活性炭粉，活性炭粉添加量為廢水重量的0.7wt%；（2）活性炭粉吸附雜質(zhì)后，廢水進行過濾，注入到超聲波反應(yīng)器中；（3）進行超聲波破碎反應(yīng)，超聲波的聲能密度為0.2w/m3；（4）反應(yīng)30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)pH值到4，同時攪拌；（5）2個小時后，反應(yīng)完成，沉淀、固液分離，即可完成廢水處理，本發(fā)明利用在超聲波環(huán)境下的芬頓反應(yīng)中添加過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑進行污水凈化，具有氧源來源廣，成本低，經(jīng)濟性好，反應(yīng)速率快的優(yōu)點。
【專利說明】一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活化分子氧的芬頓氧化去除水中有機物的方法，特別是涉及一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化去除水中有機物的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在水資源環(huán)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(yīng)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(xiàn)。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(chǎn)生的高能量足以斷裂化學(xué)鍵，空化泡崩潰產(chǎn)生氫氧基(OH+)和氫基(H_)，同有機物發(fā)生氧化反應(yīng)，能將水體中有害有機物轉(zhuǎn)變成C02、H20、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(tǒng)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(xiàn)降解。
[0003]芬頓反應(yīng)(Fenton)是一種高級氧化技術(shù),通過Fe2+與H2O2的反應(yīng),產(chǎn)生強氧化劑羥基自由基，繼而氧化破解污水或污泥，破壞污水或污泥中微生物的細胞壁，使細胞體內(nèi)的細胞質(zhì)釋放，并將大分子難降解有機物分解為小分子物質(zhì)，增加污水污泥的無機化程度，F(xiàn)enton氧化技術(shù)是一種有效的污泥預(yù)處理技術(shù)，早期芬頓試劑主要應(yīng)用于有機分析化學(xué)和有機合成反應(yīng)，1964年，Eisenhouser首次將芬頓反應(yīng)作為廢水處理的技術(shù)運用，并在苯酚及烷基苯廢水處理實驗中獲得成功。但傳統(tǒng)的Fenton反應(yīng)在大規(guī)模應(yīng)用時存在著三個方面的限制:①必須在PH < 3的酸性介質(zhì)中進行；②常規(guī)Fenton催化劑(Fe2+或Fe3+)在水溶液中的存在形式受到介質(zhì)的酸堿度、總鐵濃度、存放時間等因素的影響，其分離和反復(fù)利用面臨許多困難；③盡管H2O2是一種方便清潔的氧源，但它存在著價格昂貴，穩(wěn)定性差，利用率低的缺點以及儲運等方面的限制。由此，多物化單元組合的Fenton技術(shù)如光-Fenton技術(shù)、電-Fenton技術(shù)、超聲-Fenton技術(shù)、光電-Fenton技術(shù)等應(yīng)運而生；同時，以零價鐵及其復(fù)合物為代表的異相Fenton反應(yīng)也能解決傳統(tǒng)Fenton反應(yīng)的不足,從而受到了國內(nèi)外研究人員的關(guān)注。但目前的Fenton體系依然沒有解決H2O2價格昂貴及利用率低的缺點。
[0004]現(xiàn)有的技術(shù)例如:申請?zhí)?201310678092.4與201210286680.9中分別提供了超聲波與芬頓反應(yīng)協(xié)同治理廢水的方法，所述201310678092.4中提出芬頓反應(yīng)與和超聲波破碎反應(yīng)是同時進行的，所述201210286680.9中提出的方法是先加入FeCl2和H2O2進行芬頓氧化，然后進行超聲波破碎反應(yīng)，但是上述兩個技術(shù)中沒有充分的利用到廢水在超聲波破碎反應(yīng)一段時間后，其中產(chǎn)生的大量的氫氧基(OH+)和氫基(H—)對芬頓氧化技術(shù)的促進。
[0005]又有申請?zhí)?201110045757.9的專利文獻中提出了一種活化分子氧的芬頓氧化水處理的方法。將過渡金屬離子、過渡金屬、過渡金屬氧化物作為活化分子氧催化劑產(chǎn)生羥基自由基，從而氧化去除廢水中的有機物。與使用過氧化氫為氧源的芬頓水處理技術(shù)相比，活化分子氧的芬頓水處理技術(shù)更加成本低廉，綠色環(huán)保。本發(fā)明建立的活化分子氧的芬頓氧化水處理技術(shù)適用于各種有機廢水處理，持久性好，效率高，環(huán)境友好，無二次污染，易于操作，符合實際水處理單元的需要，在環(huán)境污染治理領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述材料，本發(fā)明的目的是提供一種能夠利用超聲波破碎反應(yīng)時產(chǎn)生的大量的氫氧基(OH+)和氫基(H—)以及將過渡金屬離子、過渡金屬、過渡金屬氧化物作為活化分子氧催化劑產(chǎn)生羥基自由基進行的芬頓氧化反應(yīng)，達到對廢水進行治理的方法。
[0007]—種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下:(I)廢水中加入活性碳粉，所述活性碳粉添加量為廢水重量的0.7wt%?1.lwt% ； (2)待活性碳粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.1?0.3w/m3 ； (4)待反應(yīng)20?40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)PH值到2?6，同時進行攪拌；(5)待2?3個小時后，反應(yīng)完成后進行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
[0008]進一步所述超聲波破碎反應(yīng)進行30分鐘后，向所述超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑。
[0009]進一步所述的過渡金屬離子包括硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷以及硫酸鎳，所述過渡金屬包括零價鐵、鎳以及鈷，所述過渡金屬氧化物催化劑包括三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、四氧化三鈷、氧化鎳以及二氧化錳。
[0010]進一步所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?lg/L，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為
0.5-2.0mg/Lo
[0011]進一步所述活性碳粉添加量為廢水重量的0.7wt%。
[0012]進一步所述超聲破碎的聲能密度為0.2w/m3。
[0013]更進一步所述pH值為5。
[0014]有益效果
與原有技術(shù)相比較本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明預(yù)先實施超聲波破碎反應(yīng)，使得污水或污泥中的產(chǎn)生了大量的氫氧基(OH+)和氫基(H_)，為之后的芬頓氧化反應(yīng)提供了良好的環(huán)境的同時節(jié)省了 H2O2的投入，提高了反應(yīng)效率,所述芬頓反應(yīng)消耗的時間由原來的3?5小時，縮短為2?3小時；
2、本發(fā)明提供的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法與適用過氧化氫為氧源的分度水處理技術(shù)相比，直接利用空氣或氧氣中的氧分子為氧源，氧源來源廣泛，成本低廉，經(jīng)濟性好;
3、所述活性碳粉不僅起到了吸附聚集有害物質(zhì)的作用，過濾后殘留的活性碳粉在芬頓反應(yīng)中還起到了催化作用，進一步的加快了反應(yīng)效率。

【具體實施方式】
[0015]實施例1
一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下:(I)廢水中加入活性碳粉，所述活性碳粉添加量為廢水重量的0.7wt% ； (2)待活性碳粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.lw/m3 ； (4)待反應(yīng)20分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)pH值到2，所述的過渡金屬離子包括硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷以及硫酸鎳，所述過渡金屬包括零價鐵、鎳以及鈷，所述過渡金屬氧化物催化劑包括三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、四氧化三鈷、氧化鎳以及二氧化錳，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?lg/L，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為0.5-2.0mg/L，同時對污水進行攪拌；(5)待2個小時后，反應(yīng)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。
[0016]分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)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.lw/m3的超聲波，20分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，調(diào)節(jié)PH值到2，同時進行攪拌，待2個小時后，反應(yīng)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%。
[0017]對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，但未施加超聲波作用，在相同的時間內(nèi)，污染物去除率為66.2%，且金屬離子無法重復(fù)利用。
[0018]實施例2
一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下:(I)廢水中加入活性碳粉，所述活性碳粉添加量為廢水重量的0.9wt% ； (2)待活性碳粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.2w/m3 ； (4)待反應(yīng)30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)pH值到4，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑為硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷、硫酸鎳、零價鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、鈷、四氧化三鈷、鎳、氧化鎳或二氧化錳，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?lg/L，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為0.5-2.0mg/L,同時對污水進行攪拌；(5)待2.5個小時后，反應(yīng)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94.2%，即可完成廢水處理。
[0019]分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)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(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，調(diào)節(jié)PH值到4，同時進行攪拌，待2.5個小時后，反應(yīng)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95.9%。
[0020]對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，但未施加超聲波作用，在相同的時間內(nèi)，污染物去除率為60.2%，且金屬離子無法重復(fù)利用。
[0021]實施例3
一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下:(I)廢水中加入活性碳粉，所述活性碳粉添加量為廢水重量的1.lwt°/o ； (2)待活性碳粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.3w/m3 ； (4)待反應(yīng)40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)pH值到6，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑為硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷、硫酸鎳、零價鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、鈷、四氧化三鈷、鎳、氧化鎳或二氧化錳，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?lg/L，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為0.5-2.0mg/L,同時對污水進行攪拌；(5)待3個小時后,反應(yīng)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92.7%，即可完成廢水處理。
[0022]分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)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(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，調(diào)節(jié)PH值到6，同時進行攪拌，待3個小時后，反應(yīng)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91.9%。
[0023]對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，但未施加超聲波作用，在相同的時間內(nèi)，污染物去除率為73.2%，且金屬離子無法重復(fù)利用。
[0024]實施例4
一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，具體步驟如下:(I)廢水中加入活性碳粉，所述活性碳粉添加量為廢水重量的0.7wt% ； (2)待活性碳粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.2w/m3 ； (4)待反應(yīng)30分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)pH值到5，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑為硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷、硫酸鎳、零價鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、鈷、四氧化三鈷、鎳、氧化鎳或二氧化錳，所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?lg/L，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為0.5-2.0mg/L,同時對污水進行攪拌；(5)待2個小時后,反應(yīng)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。
[0025]分離得到的固體可以繼續(xù)循環(huán)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(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，調(diào)節(jié)PH值到5，同時進行攪拌，待2個小時后，反應(yīng)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98.4%。
[0026]對于同樣的廢水，在同樣條件下，加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，但未施加超聲波作用，在相同的時間內(nèi)，污染物去除率為73.2%，且金屬離子無法重復(fù)利用。
【權(quán)利要求】
1.一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:具體步驟如下:(1)廢水中加入活性炭粉，所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7被％?1.1被％:(2)待活性炭粉吸附大量水中雜質(zhì)后，把廢水進行過濾再注入到超聲波反應(yīng)器中；(3)進行超聲波破碎反應(yīng)，所述超聲波的聲能密度為0.1?0.3^/03 ； (4)待反應(yīng)20?40分鐘后，向超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑，通入空氣或氧氣，在室溫下催化活化分子氧產(chǎn)生羥基自由基，調(diào)節(jié)1)?值到2?6，同時進行攪拌；(5)待2?3個小時后，反應(yīng)完成后進行沉淀，使固液分離，即可完成廢水處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述超聲波破碎反應(yīng)進行30分鐘后，向所述超聲波反應(yīng)器中加入過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述的過渡金屬離子包括硫酸亞鐵、硫酸鐵、硫酸銅、硫酸鈷以及硫酸鎳，所述過渡金屬包括零價鐵、鎳以及鈷，所述過渡金屬氧化物催化劑包括三氧化二鐵、四氧化三鐵、羥基氧化鐵、氧化鈰、四氧化三鈷、氧化鎳以及二氧化錳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述的過渡金屬離子、過渡金屬或過渡金屬氧化物催化劑在廢水中的濃度為0.2?18凡，空氣或氧氣通過曝氣裝置通入廢水中，分子氧溶解在廢水中濃度為0.5-2.0呢凡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述活性炭粉添加量為廢水重量的0.7評七％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述超聲破碎的聲能密度為0.2^^3。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波催化的活化分子氧的芬頓氧化水處理方法，其特征在于:所述控制芬頓反應(yīng)的值為5。
【文檔編號】C02F9/08GK104386866SQ201410573900
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】吳彥 申請人:蘇州富奇諾水治理設(shè)備有限公司