[發明專利]超聲吸附協同去除水中污染物的方法

無效

• 申請號: 201410033388.5
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103771557A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 李國亭;蔣蒙賓;郭毅萍;李凱慧;張鵬;王斌斌;趙偉高
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: C02F1/28
• 分類號: C02F1/28;C02F1/36;C02F1/50;B01J20/34
• 代理公司: 河南科技通律師事務所 41123
• 代理人: 張建東

技術領域

本發明涉及水處理應用技術領域，具體涉及一種超聲和吸附劑協同去除水中污染物的方法。

背景技術

超聲波是指頻率比人耳所能聽到的頻率范圍更高的彈性波。超聲在液體中的波長為0.015～10?cm?(相當于15?kHz至10?MHz)，遠遠大于分子的尺寸，因此超聲波對有機物的去除不是直接的聲波作用。超聲波通過液體介質向四周傳播，當聲能足夠高時，在疏松的半周期內，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核。氣泡破滅時，在氣泡周圍微小空間形成局部熱點，產生高溫(5000?K)、高壓(50?Mpa)，并產生速度約110?m/s的具有強烈沖擊力的微射流，并在液體中伴有強大的沖擊波。由于空化泡崩滅時的強大流體力學剪切力，會使大分子有機物碳鏈上的碳鍵發生斷裂，伴隨著高活性自由基(H·，·OH，·?HO₂)?的產生，具體見式(1)-（4）。這些條件足以使有機物在空化氣泡內發生化學鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解或自由基反應，為有機物的去除創造了一個極端的物理環境。

H₂O?????→?H·?+?HO·?????????????????????????????????(1)

H·?+?O₂?→?·HO₂?→?HO·?+?1/2O₂?????????????????(2)

O₂?→?2·O????????????????????????????????????????????????????????(3)

·O?+?H₂O?→?2HO·??????????????????????????????????????????(4)

但是超聲波對有機物的去除和去除是基于高耗能的基礎上的，而且去除效率有限，因此出現了超聲技術和其它去除過程如光催化、過氧化氫氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、電化學技術的聯合應用。超聲和過氧化氫、Fenton試劑和臭氧等氧化劑聯合使用時，由于超聲能耗本身較高，再加上氧化試劑的費用，導致總體成本過高，不利于實際應用。在超聲催化去除污染物物的過程中，多選用二氧化鈦、氧化鋅等具備光催化活性的氧化物，雖然可以實現氯酚、染料、農藥和雜環類有機污染物的快速去除(王穎,?牛軍峰,張哲,?隆興興.超聲-光催化去除水中有機污染物.?化學進展，2008,?20?(10):1621-1627)，但是在實際水處理過程中，這些可能使用的納米級光催化劑不但價格較高、難于回收重復使用，而且還可能破壞水體生態。

吸附技術是迄今為止已經開展廣泛研究和應用的水處理技術之一，可將污染物直接從液相快速分離出來而不引起后續的污染。有機污染物和重金屬等典型污染物可被快速高效地從水中吸附去除，因此吸附過程被美國環保署認為是最具實際應用價值的水處理技術。但由于吸附劑性質的差異導致吸附去除污染物的效率仍然差強人意，而且所用的這些吸附劑成本較高，難以推廣普及。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種低能耗、低成本的超聲吸附協同去除水中污染物的方法，該方法實現超聲和吸附技術在水處理中的集成應用，處理效率穩定、可靠，能夠適用于較寬的廢水pH值范圍，對于水中的主要有機污染物、無機污染物和細菌、病毒等生物污染物都具有快速、高效去除和殺滅的功能，進而實現水質的高效凈化。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

在對待處理水進行超聲處理過程中加入特定的吸附劑（如硅藻土、粉煤灰等），這類吸附劑在超聲波輻照過程中能夠得到有效分散，促進吸附過程的發生；同時由于污染物在吸附劑上的富集及吸附劑的催化作用，吸附過程可強化超聲去除作用，從而產生協同作用，實現超聲技術和吸附技術的集成應用。具體方法如下：

向待處理水中加入吸附劑，同時以20～1000?kHz、聲強0.2～10?W/cm²的超聲波輻照5～120?min，所述吸附劑含粉煤灰、硅藻土中的至少一種。所處理的廢水、污水或給水原水水流運行方式或采用動態，或采用靜態。

優選的超聲波頻率范圍為30～300?kHz、聲強為0.3～6W/cm²。

針對不同的水質和運行成本，只需以上參數范圍內調整適宜的超聲頻率、功率和吸附劑就可實現污染物的高效超聲吸附協同去除。

所述吸附劑與待處理污水的固液比為0.1～200?mg：20mL。