[發明專利]一種超重力場中催化臭氧降解硝基苯類廢水的方法及裝置

有效

• 申請號: 201510093434.5
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104710000B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 劉有智;焦緯洲;祁貴生;袁志國;栗秀萍;申紅艷;高璟;羅瑩;張巧玲;郭亮
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78;C02F101/38
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙)14110
• 代理人: 任林芳

技術領域

本發明屬于臭氧氧化降解硝基苯類廢水的技術領域，具體涉及一種超重力場中催化臭氧降解硝基苯類廢水的方法及裝置。

背景技術

隨著我國國防工業的迅速發展，硝基苯類廢水對我國的寶貴水資源造成嚴重威脅。在眾多方法中，臭氧氧化技術處理效果好，二次污染少，但臭氧直接氧化選擇性高且氧化效率低，添加催化劑催化臭氧分解產生的羥基自由基具有無選擇性和氧化效率高的特點，得到廣泛應用。

二價鐵（Fe²⁺）催化臭氧產生羥基自由基氧化硝基苯類化合物具有很多優點，如方法簡單、氧化速率快、試劑濃度低等，而且試劑對環境友好，利用此方法處理廢水，廢水最優初始pH值在3.0~4.0。而硝基苯類廢水初始pH值為4.0~8.0時，鐵將以氫氧化亞鐵的形式沉淀下來，這使得反應速率極大地降低，并且大多數的生化系統在pH<5.0時，生物活性將受到抑制，pH值大幅度的降低也不適用于現在土壤和地下水的修復。

臭氧存在水溶性差、傳質速率慢的缺點，所以臭氧利用率相對較低。而超重力技術利用旋轉的轉子將液體破碎成細小的液滴或液膜、液絲，其尺度都是在幾十微米數量級，只有填料塔的幾分之一，這就意味著僅在這一點上，質量傳遞速率就將數倍于填料塔。另外，在旋轉的轉子中，液體在離心力的作用下流動，而高速旋轉的轉子提供的離心力是促使填料塔中液體流動的重力的幾百倍。這使得液體可以克服表面張力的作用，以極高的速度、極小的尺度，在高比表面的填料中運動。填料彎曲的孔道促使了液體表面的迅速更新，大大增加了液體的湍動。這兩點結合在一起，使得超重力設備中的傳質速率較在填料塔中的同樣過程提高了1~3個數量級。

北京化工大學博士研究生學位論文《超重力強化臭氧高級氧化技術處理模擬苯酚廢水的研究》中，公開了一種在超重力場中利用二價鐵（Fe²⁺）催化臭氧氧化降解酸性苯酚廢水的方法。專利《生物可降解螯合劑EDDS在處理難降解有機廢水中的應用》（CN 103482751 A）公開了螯合劑EDDS與鐵螯合，處理有機廢水的方法，該方法可使二價鐵螯合劑存在于初始pH為7.0以下的酸性廢水中，催化過氧化氫降解有機物。在酸性環境中，二價鐵（Fe²⁺）催化臭氧產生羥基自由基氧化降解有機物具有很多優點，如方法簡單、氧化速率快、試劑濃度低等，而且試劑對環境友好，利用此方法處理廢水，廢水最優初始pH值在3.0~4.0。而硝基苯類廢水通常為堿性廢水，并且臭氧在堿性環境中更容易分解產生羥基自由基，當廢水初始pH在7.0~10.0時，二價鐵離子將以氫氧化亞鐵的形式沉淀下來，這使得反應速率極大地降低，并且大多數的生化系統在pH<5.0時，生物活性將受到抑制，pH值大幅度的降低也不適用于現在土壤和地下水的修復。而在堿性環境中利用二價鐵催化臭氧的研究未見報道。

發明內容

本發明的目的是為了解決催化臭氧處理硝基苯類廢水方法中廢水初始pH值7.0~10.0時，造成二價鐵離子(Fe²⁺)出現沉淀的問題，提供了一種超重力場中催化臭氧降解硝基苯類廢水的方法及裝置。

本發明采用如下的技術方案實現：在初始pH值為7.0~10.0的硝基苯類廢水中采用連續進料的方式，直接將二價鐵螯合劑與硝基苯類廢水充分混合，然后將混合液體通入超重力反應器中與臭氧氣體充分接觸反應，催化水中溶解的臭氧快速分解產生強氧化性的羥基自由基，氧化降解硝基苯類化合物；所述二價鐵螯合劑由可溶性鐵鹽水溶液和鐵鹽螯合劑水溶液按照可溶性鐵鹽與鐵鹽螯合劑摩爾比為1:1混合而成，可溶性鐵鹽水溶液中二價鐵濃度為1～8g/L，鐵鹽螯合劑水溶液中鐵鹽螯合劑的濃度為2～10g/L，可溶性鐵鹽為FeSO₄·7H₂O，鐵鹽螯合劑為乙二胺四乙酸；二價鐵螯合劑的投加量為每升廢水中5~20mL/L。

硝基苯類廢水在超重反應器中與臭氧氣體的液氣體積比為70~500L/m³，氣相臭氧濃度為40~100mg/L，超重反應器轉速為300~1200 rpm。