專利名稱：一種利用磁性吸附劑處理水的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用磁性吸附劑吸附---磁分離-催化氧化的水處理工藝去除水中有機污染物。特別是利用鐵酸鹽型復(fù)合金屬氧化物或賦磁性活性炭為吸附劑吸附水中有機物，然后經(jīng)過磁分離，將吸附劑從水中分離出來，再置于催化氧化體系進行再生，同時將負載有機物完全氧化，避免二次污染，吸附劑經(jīng)磁分離后可循環(huán)使用。
常見的去除水中有機污染物的方法分為物理法、化學法和生物法以及它們的組合；物理法有吸附法、混凝沉淀法等，化學法有化學氧化法、催化氧化法等?，F(xiàn)行的化學法和生物法都是在原水中進行，出水不能保證完全達到要求，有時甚至產(chǎn)生毒性更強的副產(chǎn)物。而物理法中除用粒狀活性炭經(jīng)吸附---再生處理，有機物被破壞掉外，其它方法都沒有將有機污染物破壞掉，只是從一個體系轉(zhuǎn)移到另一個體系，仍存在二次污染隱患；即使采用粒狀活性炭吸附---再生處理，現(xiàn)在普遍采用的加熱再生法也存在著過程繁雜、能耗高、活性炭有5％--10％的損失等問題，而應(yīng)用粉狀活性炭時，這些問題就更加突出，往往只能一次性使用，造成巨大浪費。
另外，眾所周知，作為吸附劑和催化劑的固體顆粒物，除結(jié)構(gòu)因素外，其粒徑越小、比表面積越大，性能越好；但隨之而來的是粒徑越小則越難分離，使處理效果降低，運行成本增高，并易造成資源浪費，以至一些顆粒小、比表面大、吸附速度快、容量高的吸附劑(如粉狀活性炭)的應(yīng)用受到限制。所以在吸附、沉淀等工藝中往往存在追求高效與固液分離矛盾問題，磁分離技術(shù)作為一種高效、快速、經(jīng)濟的分離磁性顆粒物的方法已廣泛應(yīng)用于礦業(yè)、微生物學、環(huán)保等領(lǐng)域，因此可利用磁分離技術(shù)來解決小顆粒吸附劑的分離回收問題。
本發(fā)明的目的是充分利用小粒度吸附劑吸附速度快、容量大和濕式催化氧化分解有機物工藝簡單、容易控制的優(yōu)點，結(jié)合磁分離，既能快速、高效地將原水中的有機物去除并分解掉，又不存在二次污染。方法是將原水有機物的去除與氧化分解置于不同體系中進行利用磁性吸附劑良好的吸附性能和易磁分離性，較快地將有機污染物從原水中吸附并分離出去，再采用濕式催化氧化或電化學氧化將被吸附的有機物氧化掉，并同時再生吸附劑。該工藝使原水處理效果只與吸附有關(guān)，不受氧化反應(yīng)影響。
水處理工藝如附圖
所示。具體方法為以具有磁性的MFe2O4(M＝Fe，Cu，Mn)或載有這些磁性物質(zhì)的活性炭，特別是粉狀活性炭為吸附劑，根據(jù)水中有機污染物的濃度，取適量吸附劑將其分散在含有有機污染物的水中，在攪拌下進行吸附，直至達到吸附平衡或出水要求；然后將該混合體系通過磁分離器進行固液分離，回收負載有機物的吸附劑，并使出水有機物的濃度大大降低?；厥盏奈絼┛稍俅畏祷匚焦に?，或置于催化氧化體系將被吸附的有機物氧化掉，同時吸附劑獲得再生；磁分離后，再生吸附劑經(jīng)洗滌，返回吸附工藝循環(huán)使用；分離出來的氧化母液可做下次氧化處理用。
本發(fā)明所用吸附劑是具有較大比表面積的MFe2O4(M＝Fe，Cu，Mn)磁性物質(zhì)或載有這些磁性物質(zhì)的活性炭，其粒度為0.1-1000μm。這些磁性物質(zhì)可用已知的共沉淀法方便的制得，所用活性炭為粒狀，粉狀或活性炭纖維；其中優(yōu)選粉狀活性炭。
本發(fā)明所涉及的吸附工藝可以連續(xù)或間歇方式進行，只要能夠達到完全混合效果即可。而適合于不同溶液的最佳pH值、吸附劑投加量及吸附時間由實驗確定。
本發(fā)明所涉及的分離方法是將含有磁性吸附劑的混合液直接通過磁分離器進行固液分離。所用磁分離器為永磁或電磁感應(yīng)高梯度磁分離器，背景磁場強度在1000高斯以上，濾速為20-200m/h。
吸附劑所吸附的有機物用濕式催化氧化方法去除，同時再生吸附劑。所用催化氧化體系為Fe2+/H2O2或電催化氧化方法。Fe2+/H2O2體系催化氧化反應(yīng)條件根據(jù)吸附劑及所吸附的有機物不同，反應(yīng)條件有所不同，一般情況下，固液體積比1∶5-1∶20，pH值為2-6，最好3-4.5；H2O2濃度0.1-2mol/l，F(xiàn)e2+/H2O2的摩爾比為1∶20-1∶2，最好為1∶12-1∶5。10--40℃下振蕩或用其它方法混合反應(yīng)10-120分鐘。然后進行磁分離，水溶液添加適量Fe2+和H2O2后可做下次氧化處理用；分離出的吸附劑用少量水洗2-3次后返回吸附工藝循環(huán)使用。
電催化氧化方法是在電化學電解槽進行，室溫，陰極為右墨或鉑電極，陽極為鈦釕或鉑電極；電極之間距離為3--10cm，將負載有機物的吸附劑填充其間，以2--5％NaCl溶液為支持電解質(zhì)，電壓2-10V，電流為50-2500mA，電解時間1-5小時。電解完畢，用磁分離方法進行固液分離，吸附劑用水洗滌2-3次后即可返回吸附工藝循環(huán)使用；電解質(zhì)溶液則可繼續(xù)使用。
本發(fā)明優(yōu)點是，(1)采用磁性吸附劑，吸附速度快，回收效率高，基本不受顆粒大小限制；(2)有機物的去除與氧化是在不同體系進行，原水處理效果只與吸附有關(guān)，不受氧化反應(yīng)影響；(3)催化氧化體系與處理原水體系分開，氧化母液及吸附劑均可循環(huán)使用，無二次污染。(4)該工藝既可用于給水處理又可用于廢水處理。
實施例例1、某染料廢水，主要含酸性紅B 200mg/l，pH5.2，取1升廢水，加入10gMnFe2O4吸附劑，攪拌混合30分鐘后進行磁分離，測得出水酸性紅B濃度小于5mg/l。將分離出的吸附劑投入30ml pH4、H2O2濃度0.5-2.0mol/l的水溶液中，攪拌下加入0.4g FeSO4·7H2O，反應(yīng)1小時后進行磁分離，水溶液TOC≤10mg/l，可繼續(xù)用于下一批氧化再生(使用時補加適量H2O2和FeSO4·7H2O)；吸附劑用20ml水浸泡30分鐘，經(jīng)磁分離后返回吸附操作，循環(huán)使用。結(jié)果表明，經(jīng)氧化再生后吸附劑吸附能力有所增強，吸附后出水酸性紅B濃度小于2mg/l。
例2、染料廢水及吸附操作同上，不同的是，負載有機物的吸附劑經(jīng)磁分離后，直接投入新的染料廢水再次進行吸附操作，磁分離后，出水投入新的吸附劑做二次吸附；而回收的吸附劑則按例1方法進行氧化再生。這樣可使出水有機物濃度更低，吸附劑的利用率更高。
例3、染料廢水同上，加入CuFe2O4吸附劑10g，其它條件同上，最后測得吸附后出水染料濃度小于5mg/l。經(jīng)氧化再生后吸附劑吸附能力同樣增強，循環(huán)使用，吸附后出水酸性紅B濃度小于2mg/l。
例4、染料廢水同上，加入含CuFe2O430％的CuFe2O4-粉狀活性炭磁性吸附劑5g，其它條件同上，最后測得吸附后出水染料濃度小于3mg/l。經(jīng)氧化再生后吸附劑吸附能力基本不變，循環(huán)使用，吸附后出水酸性紅B濃度小于3mg/l。
例5、用含CuFe2O430％的CuFe2O4-粉狀活性炭磁性吸附劑做吸附實驗，其它條件同上，吸附完畢，磁分離后，負載有機物的吸附劑用電化學方法再生。將吸附劑置于電解槽中，室溫，陰極為石墨電極，陽極為鉑電極；電極之間距離為3cm，以2--5％NaCl溶液為支持電解質(zhì)，電壓10V，電流為200mA，電解時間4小時。電解完畢，用磁分離方法進行固液分離，電解質(zhì)溶液可繼續(xù)使用。吸附劑用水洗滌2-3次后即可返回吸附工藝循環(huán)使用；結(jié)果表明再生后，吸附劑的吸附容量可達到原吸附容量的80％以上。
權(quán)利要求
1.一種水處理工藝，其特征在于，先利用磁性吸附劑吸附去除原水中的有機物，再用催化氧化法將負載的有機物氧化分解。原水中有機物的去除與氧化分解置于不同體系，使原水的處理效果只與吸附有關(guān)，不受催化氧化反應(yīng)的影響，無二次污染。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，用于吸附去除原水中有機物的吸附劑是具有良好磁性的、易于用磁分離方法分離并回收的、具有良好吸附性能的MFe2O4(M＝Fe，Cu，Mn)或載有這些磁性物質(zhì)的活性炭。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，催化氧化處理是在另外一個體系中進行，所用催化氧化方法是Fe2+/H2O2氧化體系或電化學催化氧化法。
4.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，用磁分離方法進行固液分離，回收磁性吸附劑。具體是用永磁或電磁感應(yīng)高梯度磁分離器進行分離，背景磁場強度在1000高斯以上。
5.按照權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，用于催化氧化的Fe2+/H2O2體系PH值為2-6，最好3-4.5；Fe2+/H2O2的摩爾比為1∶20-1∶2，最好為1∶12-1∶5。反應(yīng)時間10-120分鐘。
6.按照權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，電化學催化氧化法所用陰極為石墨或鉑電極，陽極為鈦釕或鉑電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用磁性吸附劑吸附—磁分離—催化氧化的水處理工藝去除水中有機污染物，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。將原水中有機物的吸附去除與氧化分解置于不同體系分開進行。特別是利用鐵酸鹽型復(fù)合金屬氧化物或賦磁性活性炭為吸附劑吸附水中有機物，然后經(jīng)過磁分離，回收吸附劑，再置于催化氧化體系進行再生，同時將負載有機物完全氧化，避免二次污染，吸附劑可循環(huán)使用。
文檔編號C02F1/28GK1500737SQ02149358
公開日2004年6月2日 申請日期2002年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月13日
發(fā)明者曲久輝, 武榮成, 雷鵬舉, 劉會娟 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心