專利名稱：：一種利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對焦化廢水脫色的方法
技術(shù)領域：
：本發(fā)明涉及環(huán)境化學，具體地說是一種利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對焦化廢水進行脫色的方法。技術(shù)背景焦化廢水是煤在高溫干餾過程中以及煤氣凈化、化學產(chǎn)品精制過程中形成的廢水，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化合物的工業(yè)廢水。焦化廢水中的易降解有機物主要是酚類化合物和苯類化合物，砒咯、萘、吹喃、瞇唑類屬于可降解類有機物。難降解的有機物主要有砒啶、味唑、聯(lián)苯、三聯(lián)苯等。焦化廢水的超標排放對人類、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環(huán)境的污染問題，已成為擺在人們面前的一個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物的方法，常作為焦化廢水處理系統(tǒng)中的二級處理。目前，活性污泥法是一種應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物充分接觸；溶解性的有機物被細胞所吸收和吸附，并最終氧化為最終產(chǎn)物(主要是C02)。非溶解性有機物先被轉(zhuǎn)化為溶解性有機物，然后被代謝和利用。但是釆用該技術(shù)，出水中的COD&、BODs、NHfN等污染物指標均難于達標，特別是對冊3-N污染物，幾乎沒有降解作用。近年來，人們從微生物、反應器及工藝流程幾方面著手，研究開發(fā)了生物強化技術(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)有機物質(zhì)實現(xiàn)了生物降解處理，出水水質(zhì)得到了很大改善?？偟膩砜矗锓ň哂袕U水處理量大、處理范圍廣、運行費用相對較低等優(yōu)點。但是生物降解法的廢水的水質(zhì)條件要求嚴格廢水的PH值、溫度、營養(yǎng)、有毒物質(zhì)濃度、進水有機物濃度、溶解氧量等多種因素都會影響到污泥中細菌的生長和出水水質(zhì)，這也就對操作管理提出了較高要求。此外，經(jīng)過生化處理后，焦化廢水的色度幾乎沒有變化。為了能夠進一步降低色度，達到排放標準，經(jīng)過生化處理后，仍要釆用一些物理、化學工藝進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，可將在金屬活動順序表中排于其后的金屬置換出來而沉積在鐵的表面，還可將氧化性較強的離子或化合物及某些有機物還原。當把含有雜質(zhì)的鑄鐵或純鐵和炭的混合顆粒浸沒在水溶液中時，鐵與炭或其他元素之間形成無數(shù)個微小的原電池電扳反應如下。陽極反應Fe2e—Fe2+￡。(Fe2+/Fe)=-0.440V;陰極反應2H++2e—2[H]—H2t￡0(H7H2)=0.00V;近年來，零價鐵逐漸被應用于地下水污染物的去除、有機物脫氯等污染修復過程中。此外，少數(shù)一些嘗試通過零價鐵去除廢水的色度。但是由于反應溫度、PH控制以及鐵鈍化等原因，單獨使用零價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鐵/超聲波協(xié)同作用對廢水脫色的方法。為實現(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鐵屑/粉加入到反應器中，在功率為150-200W的超聲波作用下攪拌反應l-120min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除；零價鐵粉的使用量為每升廢水中加零價鐵2-500g。所述反應溫度為10-80°C。廢水初始pH值釆用鹽酸調(diào)節(jié)至1-6。所述零價鐵為鐵粉，其可為微米級鐵粉或納米級鐵粉，微米級鐵粉純度>99%,粒徑為0.02~0.10mm，比表面積為0.7~1.mVg;納米級鐵粉，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)點本發(fā)明利用零價鐵/超聲波協(xié)同體系中，由于超聲空化作用，系統(tǒng)中會產(chǎn)生氧化性自由基，同時溶液的湍動作用和微擾作用更加劇烈，促進零價鐵作用的進行。實驗研究表明，零價鐵的粒徑越小，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，水中空化氣泡數(shù)量越多；同時表面積越大，鐵粉腐蝕越快，就會有更多的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90%以上；此外，經(jīng)過零價鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的COD去除率也較零價鐵、超聲波單獨作用高。最終出水的B0D5/C0D由原來的0.08提高到0.36,廢水的可生化性也獲得顯著提高。—本發(fā)明釆用零價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物。因胺基有機物色淡，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，其他氧化性較強的離子或化合物可被鐵還原成毒性較小的還原態(tài)；(2)鐵具有電化學性質(zhì)。其電極反應的產(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，使之斷鏈，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產(chǎn)生大量的Fe"和Fe、當pH調(diào)至堿性并有氧存在時，會形成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廣等絡離子，它們都有很強的絮凝性能。這樣廢水中原有懸浮物，以及通過微電解產(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，從而使污水得以進一步的凈化。圖1為本發(fā)明超聲波/零價鐵體系示意圖。主要標號為l.溫度計，2攪拌器，3.反應器，4.超聲波清洗器5.零價鐵屑/粉。具體實施方式實施例1將反應器3置入超聲波清洗器4中，反應器3中設有攪拌器2，溫度計1置于超聲波清洗器4中測量反應溫度。將1.OL廢水和50g零價鐵粉加入到反應器中，其中零價鐵的性質(zhì)為納米級鐵粉，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30min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除(脫色效果參見表1)。表1超聲波/零價鐵協(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90%以上；此外，經(jīng)過零價鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的C0D去除率也較零價鐵、超聲波單獨作用高。最終出水的B0D5/C0D由原來的0.08提高到0.36，廢水的可生化性也獲得顯著提高。而零價鐵單獨作用、超聲波單獨作用廢水的色度降低不是很顯著。實施例2與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和100g零價鐵粉加入到反應器中，其中零價鐵的物理性質(zhì)為微米級鐵粉，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20min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除(脫色效果參見表2)。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由表2看出，提高反應溫度、零價鐵用量、超聲波功率以及降低廢水初始pH會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。實施例3一與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和2g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為納米級鐵粉，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120min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除。實施例4與實施例1不同之處在于將1.OL廢水和100g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為微米級鐵粉，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5min。實施例5與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和150g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為納米級鐵粉，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15min。實施例6與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和200g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為納米級鐵粉，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15min。實施例7與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和500g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為納米級鐵粉，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50min。實施例8與實施例1不同之處在于將1.0L廢水和400g零價鐵粉加入到反應器中，零價鐵為納米級鐵粉，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80min。在實際應用過程中，超聲波功率、反應PH、溫度、零價鐵用量等參數(shù)可按經(jīng)濟適用原則進行優(yōu)選。權(quán)利要求1.一種利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對廢水脫色的方法，其特征在于將廢水和零價鐵屑/粉加入到反應器中，在功率為150-200W的超聲波作用下攪拌反應1-120min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除；零價鐵粉的使用量為每升廢水中加零價鐵2-500g。2.按權(quán)利要求1所述的利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對廢水脫色的方法，其特征在于所述反應溫度為10-80°C。3.按權(quán)利要求1所述的利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對廢水脫色的方法，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所述的利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對廢水脫色的方法，其特征在于所述零價鐵為鐵粉，其可為微米級鐵粉或納米級鐵粉，微米級鐵粉純度>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，具體地說是一種利用零價鐵/超聲波協(xié)同作用對焦化廢水進行脫色的方法。具體為將廢水和零價鐵屑/粉加入到反應器中，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30-60min，實現(xiàn)廢水脫色和COD去除。其中每升廢水中加入零價鐵的用量為2-500g。反應溫度為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90％以上；此外，經(jīng)過零價鐵與超聲波的協(xié)同作用后，焦化廢水的COD去除率也較零價鐵、超聲波單獨作用高。最終出水的BOD₅/COD由原來的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C02F1/70GK101234812SQ200810010379公開日2008年8月6日申請日期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,威麻申請人:中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所