CN104193050A - 一种脉冲超声和水力空化耦合协同辅助氧化深度去除水体中铊的方法 - Google Patents

一种脉冲超声和水力空化耦合协同辅助氧化深度去除水体中铊的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种水体中铊的深度去除方法，可用于含铊水体中铊的深度去除，属于环保技术领域。本方法是先在充分搅拌的条件下，将氧化剂加入水体中，再将通过脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，让一价铊被充分氧化，生成三价铊进入固相沉淀，然后再进行固液分离，将固相中的铊从水体分离，铊被从水体中深度去除。本方法具有除铊速度快、除铊过程简单、除铊深度高等特点，很适合于含铊水体的深度除铊处理。

Description

一种脉冲超声和水力空化耦合协同辅助氧化深度去除水体中铊的方法
本发明涉及一种水体中铊的深度去除方法，可用于含铊水体中铊的深度去除，属于环保技术领域。
【背景技术】
铊是一种毒害性极高的重金属元素，对哺乳动物的毒害作用远远大于汞、砷、镉、铅、锑等的常规重金属。铊可以严重侵害人的神经***，并在骨髓、肾脏等器官内蓄积，引起毛发脱落、胃肠道反应和肌肉萎缩，对人中枢神经***、心脏和肝肾造成永久性损伤，同时还具有致畸和致突变性。铊还具有蓄积性，在生物体内分布极快，消除又非常缓慢，极少量的铊进入人体即可致残、致死，因此被称为“毒药中的毒药”。鉴于铊极高的危害性，铊及其化合物已被列入我国地表水环境质量标准的监测指标体系和美国环境保护局(U.S.EPA)水体优先控制污染物黑名单。因此，建立一种有效的从水体中深度除铊的方法，是环境保护的重要课题。
由于铊污染的危害性在世界很多地方都日益严重，各国的研究者们都试图找出治理铊污染的方法，其研究中的除铊方法主要有化学沉淀法、离子交换法、溶液萃取法和吸附法。化学沉淀法主要是通过向含铊废水中投加氧化剂以及Cl-、S2-、黄钾铁钒、普鲁士蓝等，从而使得铊以沉淀物的形式从水体中得以去除，这种方法工艺简单、操作简便，但普遍存在处理深度不够的缺点，无法满足含铊废水的排放要求及饮用水的安全标准。离子交换法是利用离子交换剂如离子交换树脂、沸石、分子筛等分离并去除水中污染物质的方法。离子交换剂的驱动力主要为静电作用，选择性不高，而水体中通常含有大量其它常规离子(如Ca(II)、Na(I)、Mg(II)),故交换剂很容易失效，这一缺陷导致离子交换技术很难在实际水体污染净化领域得以推广与应用。溶液萃取法指利用铊在互不相溶的有机溶剂和水溶液中溶解度不同，用一种有机溶剂把铊从它跟水溶液里提取出来。这种方法仅适用于特定溶液中铊的去除，不能用于含铊废水处理过程。吸附法是利用多孔性固体相物质吸着分离水中铊污染物的一种水处理技术，该技术最核心的部分即为吸附剂，目前广泛采用的除铊吸附剂主要有活性炭、纳米金属氧化物、生物材料及复合材料等，但这种方法往往存在除铊深度不够、吸附量太低、效率低等问题，无法取得较好的除铊效果。美国环境保护署(EPA)推荐了活性铝法和离子交换法来治理含量不是很高的(<10微克/升)的饮用水，但用该方法处理后的铊含量只能降低到2微克/升以下，无法达到国内饮用标准(最高铊含量允许值为0.1微克/升)，而且该方法成本较高，在大量含铊废水的处理过程中，难以推广应用。综上所述，目前国内外水体中铊污染治理研究基本均停留在理论和实验室研究阶段，至今为止还没有研发出可直接用于实际铊污染水体的治理技术。
【发明内容】
本发明的目的就是通过超声波强化铊的氧化过程，提高氧化效率，有效解决上述的氧化沉淀法除铊深度不够的缺陷。现有的氧化沉淀法是将氧化剂(如双氧水)加入含铊水体中，一价铊离子被氧化三价生成沉淀脱离水体。其化学反应为：
2Tl++2H2O2＝H2O+2H++Tl2O3↓
由于这种氧化反应大都经历自由基反应途径，活化能较高。当铊离子浓度很低时，由于自由基数量和浓度的限制，氧化反应速度降低，反应受到阻滞，因而很难将浓度很低的一价铊离子氧化成三价铊离子，从而无法到达深度除铊的效果。
此时如果将物料通过脉冲超声和水力空化耦合反应器进行空化处理，由于脉冲超声和水力空化的耦合可以产生高强度的空化作用，这种空化作用可以产生局部的高温高压，在这种高温、高压环境下，水被分解产生H和OH自由基，这些自由基的产生增加了自由基浓度，降低了铊氧化反应的活化能，增加了氧化反应速度，即使在一价铊离子浓度很低的情况下，仍然能将其迅速氧化为三价铊并生成沉淀，从水体中被彻底去除，从而达到深度除铊的效果。
因此本方法可分为如下步骤：
1、在充分搅拌的条件下，将氧化剂加入水体中。
2、将反应物料通过脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，让一价铊被充分氧化，生成三价铊进入固相沉淀。
3、固液分离，将固相中的铊从水体分离，铊被从水体中深度去除。
本方法具有除铊速度快、除铊过程简单、除铊深度高等特点，很适合于含铊水体的深度除铊处理。
【具体实施方式】
用下列非限定性实施例进一步说明本发明的具体实施方式和效果：
实施例1
某硫酸厂的酸洗废水含铊量为45微克/升，其处理工艺如下：。
1、在充分搅拌的条件下，在废水中加入27％的双氧水20ml/L。
2、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到半个小时，使水体中一价铊被氧化而进入固相。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下：
水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm,板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.085，第二个多孔板孔径2.5mm,板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.125，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2.5，空化反应器进口物料压力为0.80Mpa,出口压力为0.15Mpa.
空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比1.5w/cm2，频率60kH，脉冲周期200ms，占空比为0.05。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.0w/cm2，频率100kH，脉冲周期150ms，占空比为0.03。
3、固液分离，使铊从水体中被完全去除。
按照上述除铊步骤处理的废水，含铊量低于0.1微克/升，达到地表水标准。
实施例2
某锌冶炼厂的废水含铊量为1056微克/升，其处理工艺如下：。
1、在充分搅拌的条件下，在废水加入5％的高锰酸钾50ml/L。
2、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到一个小时，使水体中一价铊被氧化而进入固相。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下：
水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm,板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.080，第一个多孔板孔径2.5mm,板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.12，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2，空化反应器进口物料压力为0.85Mpa,出口压力为0.15Mpa.
空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2w/cm2，频率60kH，脉冲周期100ms，占空比为0.05。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.5w/cm2，频率100kH，脉冲周期150ms，占空比为0.03。
3、固液分离，使铊从水体中被完全去除。
按照上述除铊步骤处理的废水，含铊量低于0.1微克/升，达到地表水标准。
实施例3
某炼钢厂的脱硫废水含铊量为6700微克/升，其处理工艺如下：
1、在充分搅拌的条件下，在废水中加入有效氯含量为10％的次氯酸钠100ml/L。
2、将反应物料反复输入脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，控制浆料在空化反应器内的累积处理时间达到两个小时，使水体中一价铊被氧化而进入固相。脉冲超声和水力空化耦合空化处理装置及工艺条件如下：
水力空化机构采用两个前后相继的多孔板，第一个多孔板孔径3.0mm,板厚12mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.085，第二个多孔板孔径2.5mm,板厚10mm，孔面积与空化反应器管道横截面积之比0.125，两个多孔板的距离同空化反应器管道横截面积之比2，空化反应器进口物料压力为0.75Mpa,出口压力为0.15Mpa.
空化反应器中采用两个分别位于两个多孔板下游探头式超声波发生器作为超声波发生源，第一个探头距第一个多孔板距离为10mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比1.5w/cm2，频率40kH，脉冲周期200ms，占空比为0.1。第二个探头距第二个多孔板距离为15mm，超声波功率同空化反应器管道横截面积之比2.0w/cm2，频率60kH，脉冲周期150ms，占空比为0.08。
3、固液分离，使铊从水体中被完全去除。
按照上述除铊步骤处理的废水，含铊量低于0.1微克/升，达到地表水标准。
以上所述的实施例仅表达了本发明的优选实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制，因此本发明并不限于此具体的工艺流程。本领域技术人员根据本发明的技术方案和构思，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。所以，凡根据本发明权利要求范围得出的其他实施方式，均应属于本发明涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种脉冲超声和水力空化耦合协同辅助氧化深度去除水体中铊的方法，其特征在于包含如下步骤：
(1)、在充分搅拌的条件下，将氧化剂加入水体中。。
(2)、将反应物料通过脉冲超声和水力空化耦合空化反应器进行空化处理，让一价铊被充分氧化，生成三价铊进入固相沉淀。
(3)固液分离，将固相中的铊从水体分离，铊被从水体中深度去除。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于：所述的脉冲超声波发生源置于水力空化机构下游，水力空化机构为孔板装置，脉冲超声波发生源为钛制探头。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的氧化剂是高铁酸钾、高氯酸钾、高锰酸钾、双氧水、过硫酸钠、次氯酸钠等中的一种或几种组成的混合物。
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