申请日2017.09.20
公开(公告)日 017.11.24
IPC分类号C02F1/72
本发明公开了一种中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，将含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物还原，去杂，得到还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物，并利用其在中性条件下活化H2O2产生羟基自由基，进而降解污染物进行水污染修复。本发明处理速度快、效率高、成本低、环境友好，能在废水处理、污染场地水修复领域产生极大的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，将含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物还原，去杂，得到还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物，并利用其在中性条件下活化H2O2产生羟基自由基，进而降解污染物进行水污染修复。
2.根据权利要求1所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述含铁粘土矿物的实际沉积物来自于野外采集的浅层地下环境沉积物，所述含铁粘土矿物为富铁层状硅酸盐矿物，所述富铁层状硅酸盐矿物为蒙脱石、绿泥石、黑云母，含铁粘土矿物的实际沉积物为粘土型或粉质粘土型，含铁粘土矿物的实际沉积物中铁含量>2%，且有机质含量<3%，含铁粘土矿物中铁含量>2%。
3.根据权利要求1或2所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.对含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物进行预处理;
S2.向经过步骤S1预处理的含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物中依次加入保险粉、碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液和水，密封，水浴加热2～4h，静置冷却，即得到还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物;
S3.将步骤S2得到的还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物先用1mol/L NaCl清洗，再用去离子水清洗5次以上，收集固体部分，并在厌氧条件下保存待用;
S4.向有机污染废水中加入H2O2，一边搅拌一边加入步骤S3收集的固体部分活化H2O2进行水处理;
S5.将经过步骤S4水处理后得到的悬浊液进行固液分离，并收集固体部分，再依次按照步骤S1～S3进行循环使用。
4.根据权利要求3所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述步骤S1中，对含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物进行预处理具体为：将含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物风干或烘干，过200目筛，收集即可。
5.根据权利要求3所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，保险粉和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为1:10～2:10g/g，碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为1.5:1～40:1mL/g，水和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为2:1～50:1mL/g，所述碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液中碳酸氢钠和柠檬酸钠的体积比为10：1～30：1，所述碳酸氢钠为0.5～2.0mol/L，所述柠檬酸钠为0.5～2.0mol/L。
6.根据权利要求3所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，水浴加热的温度为30～100℃。
7.根据权利要求3所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述步骤S2中，密封在玻璃容器中，所述玻璃容器的容积和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为20:1～300:1mL/g。
8.根据权利要求3所述的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，有机污染废水的pH为3～7.5，有机污染废水的化学需氧量浓度小于200mg/L，根据有机污染废水中化学需氧量浓度的不同，H2O2浓度控制在0.1～100mmol/L之间，根据有机污染废水中加入的H2O2浓度将步骤S3收集的固体部分的浓度控制在1～50g/L之间，根据化学需氧量浓度不同反应时间控制在1～60min之间。
说明书
一种中性条件下活化过氧化氢的水处理方法
技术领域
本发明涉及水处理方法，尤其涉及一种中性条件下活化过氧化氢的水处理方法。
背景技术
水是生命之源，是人类赖以生存和发展的重要资源。随着工农业的快速发展，越来越多的废弃物在工业生产、农业发展及家庭生活过程中排放到环境中而造成水体污染。目前，我国水资源污染非常严重。全国195个城市监测结果表明，97%的城市地下水受到不同程度污染，其中40%的城市地下水污染有逐年加重趋势。中国绝大多数河流地表水均遭到不同程度的污染，其中长江、珠江、松花江、黄河、淮河、辽河及海河七大水系污染最为严重。工业废水同样不为乐观，2014年全国工业废水排放量为205.3亿吨，并呈逐年增加趋势。中国是一个水资源缺乏的国家，严重的水污染不仅影响工农业生产，而且还严重威胁人类、生物的健康和破坏生态环境。因此，开发快速、高效且经济环保的水污染修复技术迫在眉睫。
为了解决水污染问题，环保科学家们不断开发高效、环保和经济的水处理技术。近年来，高级氧化技术由于其可以产生强氧化性的羟基自由基高效降解污染物，克服了普通氧化法中使用的臭氧(O3)、氯气(Cl2)、过氧化氢(H2O2)等氧化剂氧化能力不强等不足，被广泛应用于水处理中。按照活化H2O2的药剂和方式来分，典型的高效氧化技术主要有O3/H2O2、UV/H2O2、H2O2/Fe2+(Fenton试剂)。相比而言，O3和紫外光(UV)活化H2O2需要O3和UV发生器等复杂设备且价格昂贵，而Fe2+活化H2O2则因设备简单且费用低廉而较易实现工业化。因此，Fe2+活化H2O2的Fenton氧化法已成为高级氧化技术中应用面最广的一种。但是在Fenton氧化法中，Fe2+活化H2O2需要维持在pH 2～3进行从而避免Fe(OH)3沉淀生成而终止反应，需要使用大量的酸调节pH，环境不友好;另一方面，由于处理完毕后的出水需维持pH中性，因此需要添加相应量的碱来中和前面加入的酸，这会产生大量的含铁废弃物，增加了后续额外的安全处置问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种处理速度快、效率高、成本低和环境友好的中性条件下活化过氧化氢的水处理方法。
本发明的实施例提供一种中性条件下活化过氧化氢的水处理方法，将含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物还原，去杂，得到还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物，并利用其在中性条件下活化H2O2产生羟基自由基，进而降解污染物进行水污染修复。
进一步，所述含铁粘土矿物的实际沉积物来自于野外采集的浅层地下环境沉积物，所述含铁粘土矿物为富铁层状硅酸盐矿物，所述富铁层状硅酸盐矿物为蒙脱石、绿泥石、黑云母，含铁粘土矿物的实际沉积物为粘土型或粉质粘土型，含铁粘土矿物的实际沉积物中铁含量>2%，且有机质含量<3%，含铁粘土矿物中铁含量>2%。
进一步，具体包括以下步骤：
S1.对含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物进行预处理;
S2.向经过步骤S1预处理的含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物中依次加入保险粉、碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液和水，密封，水浴加热2～4h，静置冷却，即得到还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物;
S3.将步骤S2得到的还原态的实际沉积物或含铁粘土矿物先用1mol/LNaCl清洗，再用去离子水清洗5次以上，收集固体部分，并在厌氧条件下保存待用;
S4.向有机污染废水中加入H2O2，一边搅拌一边加入步骤S3收集的固体部分活化H2O2进行水处理;
S5.将经过步骤S4水处理后得到的悬浊液进行固液分离，并收集固体部分，再依次按照步骤S1～S3进行循环使用。
进一步，所述步骤S1中，对含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物进行预处理具体为：将含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物风干或烘干，过200目筛，收集即可。
进一步，所述步骤S2中，保险粉和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为1:10～2:10g/g，碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为1.5:1～40:1mL/g，水和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为2:1～50:1mL/g，所述碳酸氢钠-柠檬酸钠混合缓冲液中碳酸氢钠和柠檬酸钠的体积比为10：1～30：1，所述碳酸氢钠为0.5～2.0mol/L，所述柠檬酸钠为0.5～2.0mol/L。
进一步，所述步骤S2中，水浴加热的温度为30～100℃。
进一步，所述步骤S2中，密封在玻璃容器中，所述玻璃容器的容积和含铁粘土矿物的实际沉积物或含铁粘土矿物的比例为20:1～300:1mL/g。
进一步，所述步骤S4中，有机污染废水的pH为3～7.5，有机污染废水的化学需氧量浓度小于200mg/L，根据有机污染废水中化学需氧量浓度的不同，H2O2浓度控制在0.1～100mmol/L之间，根据有机污染废水中加入的H2O2浓度将步骤S3收集的固体部分的浓度控制在1～50g/L之间，根据化学需氧量浓度不同反应时间控制在1～60min之间。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)处理速度快、效率高、成本低、环境友好，能在废水处理、污染场地水修复领域产生极大的经济效益和社会效益;
(2)采用含有含铁粘土矿的还原态沉积物或含铁粘土矿，活化H2O2可以在中性条件下进行，无需酸碱调节;
(3)利用的是粘土矿物中的结构态Fe(II)，H2O2的利用率高、污染降解效果好;
(4)实际沉积物或含铁粘土矿中的二价铁不会或很少释放到水中，可循环重复使用，避免了传统对二价铁盐的连续投加需求和产生含铁污泥的问题;
(5)含有含铁粘土矿的沉积物在地下环境中广泛存在，含铁粘土矿价格低廉且易于获取，运行成本低。