申请日2013.03.18
公开(公告)日2013.07.10
IPC分类号C02F9/04; C02F1/28; C02F1/70
摘要
本发明属于废水处理环保工程领域，公开了一种微米级海绵铁还原、活性炭吸附-微波再生法在降解有毒有机物废水中的应用。该方法步骤如下：往有毒有机物废水溶液中加入海绵铁基还原剂在超声波条件下反应;磁性分离海绵铁还原剂循环利用;将处理后的废水溶液通过活性炭进行深度吸附处理;吸附后的活性炭经微波辐射处理再生活化，循环使用。利用该方法处理后的有机废水去除率达90%以上，TOC去除率均超过70%，溶液毒性对发光菌的抑光率低于20%，达到安全排放标准。
权利要求书
1.一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在于包含以下步骤：
向有毒有机物废水溶液中加入海绵铁基还原剂，在超声波条件下反应;磁 性分离回收海绵铁基还原剂并循环利用;将处理后的废水溶液通过活性炭进行 深度吸附处理;
吸附后的活性炭经微波辐射处理再生活化，循环使用。
2.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述的有毒有机物指三苯甲烷染料、偶氮染料和有机氯酚化合物中的至少 一种;所述有毒有机物废水溶液中有毒有机物的浓度为5～50ppm。
3.根据权利要求2所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述的三苯甲烷染料指罗丹明B、孔雀石绿、亮绿、甲基紫和乙基紫中的 至少一种;所述的有机氯酚化合物指五氯酚;所述的偶氮染料指甲基橙。
4.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述的海绵铁基还原剂指海绵铁、或经贵金属改性后的海绵铁基还原剂， 粒径为1～8mm。
5.根据权利要求4所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述海绵铁含有铝、硅和氧;所述海绵铁中铁元素含量为89.32～91.24%; 所述贵金属指银或铜。
6.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述海绵铁基还原剂的用量为20～50g/L废水溶液。
7.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述的超声指功率为200～800W、频率为40KHz;所述反应指在温度为 20～30℃下反应1～2.5h。
8.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述活性炭的用量为25g/L废水溶液;所述通过活性炭进行深度吸附处 理包括以下步骤：把活性炭装在柱子里，形成活性炭柱层，再把废水通过活性 炭柱层进行吸附处理。
9.根据权利要求8所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述吸附处理的流速为1.5～2.5mL/min。
10.根据权利要求1所述一种有毒有机物废水的联合处理方法，其特征在 于：所述的微波辐射处理指活性炭在微波功率800～1000W下辐射1～2min。
说明书
一种有毒有机物废水的联合处理方法
技术领域
本发明属于废水处理环保工程领域，特别涉及一种有毒有机物废水的联合 处理方法。
背景技术
近年来，纳米零价铁(nZVI)因为粒径小、比表面积大、表面活性高等 优越性能，引起科学家广泛注意。大量研究证明：nZVI可有效处理氯代有机 物(Environ Sci Technol.38(2004)5208-5216.)、有机农药(Environ Pollut.132 (2004)183-188.)、重金属离子(Environ Sci Technol.41(2007)586-592.)和有 机印染废水(Desalination.268(2011)249-252.)等多种环境污染物。但nZVI 存在制备成本高、易被氧化、难分离、重复利用率较低等缺点，限制了其在环 境修复治理中的推广应用。与nZVI相比，海绵铁(s-Fe0)具有价格低廉、不 易被空气氧化、可磁性分离、重复利用高等优点，已经成功应用于重金属废水 还原处理中(J Environ Sci-China.23(2011)114-118;J Environ Sci-China.23 (2009)60-64.)。
s-Fe0可以有效处理染料废水中染料分子的发色团、降低水体色度，但处 理后染料废水的总有机碳(TOC)和水生生物毒性依然较高。尤其是水体生物 毒性测试已经成为评价水环境安全性的重要手段(Process Biochem.41(2006) 1529-1538;环境科学.32(2011)1632-1637;净水技术.27(2008)18-24.)，该参 数不仅对水环境质量评价提供依据、预警水体污染等，也反映污染物对水体生 态系统的潜在影响。因此，海绵铁还原处理后的有毒有机物废水，亟需进行深 度处理。活性炭由于具有发达的孔隙结构和较大的比表面积，能有效地降低废 水的化学需氧量(COD)和色度，尤其对难生物降解、成分复杂的染料废水， 有很好的去除效果(Water Res.38(2004)2043-2052.)，因而引起广泛关注。然 而，吸附饱和的活性炭如得不到有效的再生和循环利用，会造成资源浪费和二 次污染等。以化学药品再生法(CN102019169A)、生物再生法和热再生法为 代表的传统活性炭再生方法(Carbon.34(1996)511-516.)，存在再生效率低、 能耗高等缺点。近年来，微波辐射用于再生活性炭过程，表现出巨大潜力。具 有再生速率快、活化成本低等优点(Carbon.42(2004)415–422.)。因此，海绵 铁还原耦合活性炭吸附-微波再生技术联合处理有毒有机废水，具有较大的应 用潜力。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种有 毒有机物废水的联合处理方法，特别涉及一种微米级海绵铁基还原剂还原、活 性炭吸附-微波再生联合处理方法在处理有毒有机物废水中的应用。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种有毒有机物废水的联合处理方法，包含以下步骤：
向有毒有机物废水溶液中加入海绵铁基还原剂，在超声波条件下反应;磁 性分离回收海绵铁基还原剂并循环利用;将处理后的废水溶液通过活性炭进行 深度吸附处理。
吸附后的活性炭经微波辐射处理再生活化，循环使用。
所述的有毒有机物指三苯甲烷染料、偶氮染料和有机氯酚化合物中的至少 一种。
所述有毒有机物废水溶液中有毒有机物的浓度为5～50ppm。
所述的三苯甲烷染料指罗丹明B(RhB)、孔雀石绿(MG)、亮绿(BG)、 甲基紫(CV)和乙基紫(EV)中的至少一种。
所述的有机氯酚化合物指五氯酚(PCP)。
所述的偶氮染料指甲基橙(MO)。
所述的海绵铁基还原剂指海绵铁(s-Fe0)、或经贵金属改性后的海绵铁基 还原剂，粒径为1～8mm。
所述海绵铁含有铝(Al)、硅(Si)和氧(O)等微量元素。
所述海绵铁中铁元素含量为89.32～91.24%。
所述贵金属指银或铜。
所述海绵铁基还原剂的用量为20～50g/L废水溶液。
所述的超声指功率为200～800W、频率为40KHz。
所述反应指在温度为20～30℃下反应1～2.5h。
所述活性炭的用量为25g/L废水溶液。
所述通过活性炭进行深度吸附处理包括以下步骤：把活性炭装在柱子里， 形成活性炭柱层，再把废水通过活性炭柱层进行吸附处理。
所述吸附处理的流速为1.5～2.5mL/min。
所述的柱子指石英圆柱管或Pyrex圆柱管。
所述的海绵铁基还原剂循环利用指用磁铁将废水溶液中的海绵铁基还原 剂磁性分离，并经2%(v/v)的稀盐酸超声(800W，1min)活化后，即可循 环利用。
所述的微波辐射处理指活性炭在微波功率800～1000W下辐射1～2min。 吸附后的活性炭经过微波辐射处理后，重新得到活化，其比表面积、孔容和孔 径均几乎完全恢复到吸附前状态，再生效率高，可实现循环利用，减少污染和 能耗。
本发明的机理为：
在零价铁体系中存在三种还原剂：零价铁(Fe0)、亚铁离子(Fe2+)和氢 气(H2)，因而可能存在如下的三种反应：
金属表面的直接电子转移：Fe0+RCl+H+→Fe2++RH+Cl-(1)
由金属腐蚀产生的Fe2+还原：2Fe2++RCl+H+→2Fe3++RH+CI-(2)
由腐蚀过程中产生H2还原：H2+RCl→RH+H++Cl-(3)
研究证实：只有零价铁存在，则H2很难被有效利用并发挥其还原作用; 其次，参与还原反应的Fe2+数量有限。因此，公式1是体系中主要的还原机理。 但在双金属体系中，加入表层金属催化剂可以将溶液中铁腐蚀所产生的H2吸 附在金属颗粒表面并进行活化利用，从而促进了还原脱卤反应的发生。因此， 公式3还原产生H2成为双金属体系主要的反应机理。
活性炭具有较大的比表面积，能有高效吸附水体中的有机物;其次也可以 较好的吸收微波辐射。当活性炭与微波相互作用时，温度就会剧烈上升，从而 使炭化活化反应顺利进行，可以形成高温环境、矿化吸附的有机物。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明提供了一种新型联合处理方法，将其应用在有毒有机物废水 处理过程中，设备要求低、经济可行、速率较快。
(2)利用本方法处理后的废水，有毒有机物去除率达90%以上，TOC去 除率达70%以上，出水溶液毒性抑光率低于20%;按照ISO11348-1-2007标 准，行业废水毒性分级标准/发光菌I级标准为抑光率小于20%，即视为安全， 因此，本方法处理后废水达到安全排放标准。