[發(fā)明專利]超聲臭氧處理含硝基苯酚廢水的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110409142.X
• 申請(qǐng)日: 2011-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102491491A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李相昆;方興;張杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/78
• 分類號(hào): C02F1/78;C02F1/36
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及含硝基苯酚廢水處理方法。

背景技術(shù)

對(duì)硝基苯酚是化工、染料、醫(yī)藥等行業(yè)廢水中常見(jiàn)的有機(jī)污染物，因其毒性大，在環(huán)境中停留時(shí)間長(zhǎng)，難于生物降解，被中國(guó)和美國(guó)環(huán)保局(EAP)同時(shí)列入優(yōu)先控制污染物“黑名單”中。對(duì)硝基苯酚的淡水生物急性中毒濃度為230μg/L，鹽水生物的急性中毒濃度為4580μg/L，為確保人體健康，水中對(duì)硝基苯酚濃度應(yīng)低于70μg/L，美國(guó)各洲規(guī)定，飲用水中對(duì)硝基苯酚濃度不得高于20μg/L。對(duì)硝基苯酚遇高熱放出有毒氣體，能經(jīng)呼吸道和皮膚吸收，可使血液輸送氧的能力下降，致使頭痛、眩暈、皮膚和嘴唇發(fā)紫等癥狀出現(xiàn)。當(dāng)暴露在高濃度對(duì)硝基苯酚氣體中時(shí)，會(huì)導(dǎo)致呼吸困難、脈搏減弱、血壓降低，嚴(yán)重時(shí)直接致死。對(duì)硝基苯酚刺激皮膚、眼睛、鼻子、喉嚨等，并對(duì)腎和肝產(chǎn)生危害。

目前處理對(duì)硝基苯酚廢水的方法主要有生化法、吸附法、液膜法和化學(xué)氧化法等。低濃度對(duì)硝基苯酚廢水通常采用生物降解法來(lái)處理，較高濃度對(duì)硝基苯酚廢水則多采用活性炭吸附、溶劑萃取、化學(xué)氧化等方法處理。生化法雖然在處理低濃度有機(jī)廢水方面比較有效，花費(fèi)相對(duì)較低，但其占地面積大，操作條件嚴(yán)格，降解速度慢。吸附法和液膜法只是一般的分離操作，污染物從一相轉(zhuǎn)到另外一相，帶來(lái)二次污染。而高級(jí)氧化技術(shù)因具有氧化徹底，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)硝基苯酚廢水處理方面的研究日益引起人們的重視。超聲波強(qiáng)化臭氧氧化技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的高級(jí)氧化技術(shù)，具有較好的工業(yè)應(yīng)用前景，目前尚處于探索階段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決現(xiàn)有處理含硝基苯酚廢水方法存在能耗高、去除效率低的技術(shù)問(wèn)題；而提供了超聲臭氧處理含硝基苯酚廢水的方法。

本發(fā)明中超聲臭氧處理含硝基苯酚廢水的方法是按下述步驟進(jìn)行的：向反應(yīng)器內(nèi)通入含硝基苯酚廢水，超聲波處理同時(shí)通入臭氧進(jìn)行反應(yīng)；工藝參數(shù)：硝基苯酚的初始濃度為20～300mg/L、pH值為3.0～4.0，超聲波頻率為20～40kHz、超聲波聲強(qiáng)為30～50W/cm²、臭氧通入量為120～240ml/L·min、水力停留時(shí)間為30～60min，臭氧通過(guò)固定在反應(yīng)器底部的微孔擴(kuò)散器通入反應(yīng)器內(nèi)；即完成了廢水中硝基苯酚的去除。

超聲強(qiáng)化臭氧氧化作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①臭氧的分解。在超聲波作用下，臭氧分解產(chǎn)生其它具有更高活性的自由基如·OH等；②傳質(zhì)速率常數(shù)k_La的增大。超聲一方面可將臭氧氣泡粉碎成“微氣泡”，提高臭氧與水的接觸面積，即增大a；另一方面，通過(guò)增加水的混合程度和紊動(dòng)強(qiáng)度，降低液膜厚度，減少阻力，增大k_L，從而提高臭氧的傳質(zhì)速率。

在超聲波作用下，臭氧被迅速分解，并釋放出O·自由基：

O₃→O₂+O·

O·+O₃→2O₂(副反應(yīng))

臭氧熱解產(chǎn)生的O·在空化泡內(nèi)與水蒸氣反應(yīng)產(chǎn)生·OH

O·+H₂O→2·OH

與此同時(shí)，水蒸氣在空化泡內(nèi)熱解產(chǎn)生·OH

H₂O→·OH+·H

上述產(chǎn)生的·OH在空化泡氣液界而相互結(jié)合成H₂O₂

2·OH→H₂O₂

形成的·OH自由基和H₂O₂均具有強(qiáng)氧化性，尤其是·OH自由基氧化電極電位高達(dá)2.80V，比O₃(2.07V)高35％，氧化能力僅次于氟；另外，該基團(tuán)具有高電負(fù)性(親電性)，其電子親和能為569.3kJ，容易進(jìn)攻高電子云密度點(diǎn)。H₂O₂氧化電極電位1.76V。因此，·OH自由基和H₂O₂可以起到雙協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的深度氧化分解，進(jìn)而達(dá)到處理目的。

在超聲臭氧氧化體系中，臭氧均被迅速分解，且1molO₃可產(chǎn)生2mol·OH，而在單獨(dú)臭氧氧化體系中，1molO₃只產(chǎn)生1mol·OH。因此，超聲臭氧氧化體系存在協(xié)同效應(yīng)主要是由臭氧在空化泡中熱解產(chǎn)生更多的·OH引起的。

所述硝基苯酚為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物：①鄰硝基苯酚，②間硝基苯酚，③對(duì)硝基苯酚。

優(yōu)選的，所述硝基苯酚為對(duì)硝基苯酚，在廢水中濃度為20～300mg/L。