CN110104758B - 一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于工业废水深度处理技术领域，具体涉及一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法。本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，结合高盐废水高含盐量、低溶液电阻的便利，基于硫酸根自由基氧化原理，利用微电场的直接和间接氧化作用，在直接氧化去除有机物的基础上，使过硫酸盐在微电场的作用下产生更多自由基作用于有机物的去除，可有效去除难降解有机物，能达到90％以上的有机物去除率，可解决高盐、高氯废水中有机物深度去除难的问题。相比现有常规过硫酸盐高级氧化处理方法，无需添加任何活化剂(如铁)，有效避免了活化剂带来的二次污染，具有高效环保的优势。

Description

一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法
技术领域
本发明属于工业废水深度处理技术领域，具体涉及一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法。
背景技术
近年来，受限于当前社会经济发展程度和技术发展水平，许多化工产业不可避免的要排放大量含有机污染物的高浓度含盐废水，这些污染物大多对生态环境和人体有害，并已经对水资源和水环境造成了影响乃至危害。由于此类废水的含盐量较高，常规的微生物难以存活、生长，导致传统的生物降解方式难以对其进行处理。煤化工是以煤为原料，经过化学转化使煤转化为气体、液体和固体燃料以及其它化学品的工艺，是一种典型的高浓度难降解有机废水。煤化工废水中存在着大量的氨氮、酚类、多环芳烃等致癌、致畸的有毒有害物质，具有COD值高、含盐量高、色度深、难降解物质较多的特点，属于高浓度难降解有机废水，在排入自然水体之前需要进行有效的处理。
目前，一系列的物理、化学、生物及其综合技术被用于处理煤化工废水，包括膜过滤法、生物降解法、化学氧化法等。但是，煤化工废水的高盐浓度限制了生物降解过程，而含有的高酚类化合物浓度易导致严重的膜污染，而简单的化学氧化法在处理难降解有机物方面效果较差。因此，函需一种清洁、绿色、高效的方法处理此类废水。
高级氧化工艺(Advanced Oxidation Process，AOP)又称深度氧化，其过程中产生的具有强氧化性的自由基(如羟基自由基·OH)能够有效氧化降解废水中含有的有机物，具有反应速度快、处理完全、适用范围广等优点，已成为当前水处理技术研究的热点。传统的高级氧化技术大多利用Fenton及Fenton类试剂和臭氧对稳定性较高的有机物进行有效的氧化分解，但是，在降低含盐量较高的工业废弃污水中COD值这一问题上还存在着较大困难，且存在二次污染问题。
活化过硫酸盐的高级氧化法是新兴的含盐废水处理技术，其活化产生的硫酸根自由基氧化能力接近或超过羟基自由基(SO4 -·的氧化还原电位E0＝2.5-3.1V，·OH的氧化还原电位E0＝1.89-2.72V)，且SO4 -·的稳定性超过传统高级氧化法产生的·OH(SO4 -·半衰期为40μs，远远长于·OH的半衰期(<1μs))，使其与污染物的接触反应机会更大。而且，基于过硫酸盐高级氧化技术，利用活化过硫酸钠产生的硫酸根自由基氧化降解有机物，其产物为SO4 2-，对于本身含有大量Na2SO4与NaCl的煤化工高盐废水不构成新的二次污染，是一种理想的处理方法。相较于传统的高级氧化技术，活化过硫酸盐氧化法具有氧化能力强、氧化剂稳定和pH适应范围广的优点。此外，过硫酸盐水溶性好、常温下的稳定性高、价格低廉、反应后产物温和。因此，基于过硫酸盐的高级氧化技术在废水处理，特别是煤化工废水深度处理应用中前景广阔。
现有技术中对过硫酸盐的活化有许多手段，典型的如热活化、碱活化、紫外光活化、过渡金属活化等。但是，碱活化存在设备腐蚀的缺陷；紫外光活化对于色度较高的煤化工废水的处理效果较差；过渡金属活化则存在二次污染和自身淬灭自由基的问题。
电化学法由于能在微电场的作用下使过硫酸盐产生更多自由基，作用于有机物的氧化去除，并能在电极表面实现直接或间接氧化，因此，电化学协同过硫酸盐法联用可以在一定程度上提高氧化效率，并成为工业废水有机物处理的首选工艺。但是，目前的电化学协同过硫酸盐技术多需要借助铁或亚铁离子作为活化剂，处理过程中副产物不可避免的产生铁泥，会产生一定的二次污染。可见，传统的电协同过硫酸盐高级氧化技术，由于活化剂的存在，对于高盐废水中有机物的深度处理仍具有一定的局限性。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，以解决现有技术中协同过硫酸盐高级氧化存在二次污染的问题。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤：
(1)向待处理的高盐废水中投加过硫酸盐氧化剂，充分混匀，并调节所述高盐废水的pH值大于11；
(2)在所述高盐废水中***电极，并施加电压进行反应，完成对废水中有机物的降解。
具体的，所述步骤(1)中，所述过硫酸盐氧化剂包括过硫酸钠和/过硫酸钾。
具体的，所述步骤(1)中，所述过硫酸盐氧化剂的加入量为1-10g/L废水。
具体的，所述步骤(1)中，调节所述高盐废水的pH值为11.5-12.5。
所述pH值的调节可以根据初始废水的pH值使用H2SO4或NaOH进行调节。
具体的，所述步骤(1)中，控制所述待处理高盐废水中，有机物初始浓度为50-200mg/L，氯离子浓度为7500-15000mg/L，TDS范围为23000-45000mg/L。
具体的，所述步骤(2)中，所述电极为碳板电极。
具体的，所述电极的尺寸为4-6cm×2-3cm，控制电极间距为3-7cm。
具体的，所述步骤(2)中，控制所述电极的施加电压为2-2.5V。
具体的，所述步骤(2)中，所述反应的时间为3-6h。
本发明还公开了所述的电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法在深度处理高盐废水中有机物领域中的应用。
本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，在大量实验研究中惊喜的发现，废水自身存在的盐类物质主要为NaCl及Na2SO4，NaCl作为电解质并在电化学过程中可以生成氧化性的HClO，有益于电化学氧化。因此，本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，结合高盐废水高含盐量、低溶液电阻的便利，基于硫酸根自由基氧化原理，利用微电场的直接和间接氧化作用，基于电协同Na2S2O8产生强氧化性自由基SO4 -·，在直接氧化去除有机物的基础上，使过硫酸盐在微电场的作用下产生更多自由基作用于有机物的去除。在此基础上通过调节pH为碱性的简单工艺强化深度去除效果，能够克服并充分利用高盐废水高盐环境，不受废水中大量无机离子的影响，可有效去除难降解有机物，能达到90％以上的有机物去除率，效果显著，是一个十分恰当的节能减排途径，尤其适用于含盐废水体系，可解决高盐、高氯废水中有机物深度去除难的问题。相比现有常规过硫酸盐高级氧化处理方法，无需添加任何活化剂(如铁)，不仅省略了活化的步骤使得工艺更为简单，而且有效避免了活化剂带来的二次污染，具有高效环保的优势。
本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，选用过硫酸钠为氧化剂，不仅水溶性好，能稳定储存，价格低廉，且反应后副产物为Na2SO4，无二次污染的引入，后续可蒸发制盐回收。
具体实施方式
本发明下述实施例中，待处理废水为参照某大型煤化工企业高盐煤化工废水配置的含有典型有机物2-甲氧基苯酚的高盐废水，其中，有机污染物2-甲氧基苯酚的初始浓度为50-200mg/L。
本发明下述实施例中对2-甲氧基苯酚含量的检测，采用现有技术常规液相色谱方法，具体包括：
流动相为甲醇-水(50：50)混合液，流速1mL/min；
紫外检测器，检测波长270nm。
所有样品在进样前均需经过0.45μm滤膜过滤。
以2-甲氧基苯酚的降解率作为分析指标，计算公式如下：
Figure BDA0002099736710000051
式中，
C0为2-甲氧基苯酚的初始浓度，mg/L；
Ct为反应结束时2-甲氧基苯酚的浓度，mg/L。
实施例1
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为50mg/L的300mL废水(TDS值见下表1)于反应器中，加入0.3g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为1g/L(此时溶液为中性，pH约为7)，用NaOH调节废水的初始pH为12；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为3cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为3h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例2
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为100mg/L的300mL废水(TDS值见下表1)于反应器中，加入0.9g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为3g/L，并调节废水的初始pH为12；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为3cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为3h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例3
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为200mg/L的300mL废水(TDS值见下表1)于反应器中，加入1.5g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为5g/L，并调节废水的初始pH为12；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为3cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为3h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例4
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为200mg/L、TDS值为23000mg/L的300mL废水于反应器中，加入1.5g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为5g/L，并调节废水的初始pH为12；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为3cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为3h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例5
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为200mg/L、TDS值为23000mg/L的300mL废水于反应器中，加入3g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为10g/L，并调节废水的初始pH为12；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为3cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为3h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例6
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为200mg/L的300mL废水(TDS值见下表1)于反应器中，加入1.5g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为5g/L，并调节废水的初始pH为11.5；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为5cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为6h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
实施例7
本实施例所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，包括如下步骤
(1)取2-甲氧基苯酚浓度为200mg/L的300mL废水(TDS值见下表1)于反应器中，加入1.5g过硫酸钠，使溶液中过硫酸钠浓度为5g/L，并调节废水的初始pH为12.5；
(2)将一对碳板电极(5×2.5cm)***反应器中，保持极板间距为7cm，由恒压电源供电，设置电压为2V，启动硫酸根自由基氧化反应，反应时间为5h。
反应结束后，将电源关闭并取出电极终止反应，反应器内溶液即为反应出水。
对比例1
本对比例所述处理高盐废水中有机物的方法同实施例3，其区别仅在于，在降解过程中，未施加微电场，即不***电极板。
对比例2
本对比例所述处理高盐废水中有机物的方法同实施例3，其区别仅在于，在降解过程中，未添加过硫酸盐氧化剂，仅进行电极通电操作。
取上述实施例1-5和对比例1-2中处理后的反应出水，采用上述高效液相色谱方法进行剩余有机物含量的测定，并使用TDS检测笔测定TDS，记录结果见下表1。
表1反应出水剩余有机物浓度及TDS测定结果
Figure BDA0002099736710000081
从上表数据可知，本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，基于电化学法和过硫酸盐高级氧化联用，在无需添加任何活化剂的情况下，即可实现高氯、高盐废水中有机物的深度去除，相对于未采用电协同或未添加过硫酸盐的单一处理方法，能达到更好的有机物去除效果(大于90％，分别提升超过75％和33％)，其去除效率可达到现有技术中添加Fe2+进行活化的水平，同时有效避免了活化剂导致的二次污染。因此，本发明所述电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，对于处理高氯、高盐煤化工废水中有机物具有广泛的适用范围和广阔的应用前景。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，其特征在于，所述方法充分利用高盐废水高盐环境，无需添加任何活化剂，包括如下步骤：
（1）向待处理的高盐废水中投加过硫酸盐氧化剂，充分混匀，并调节所述高盐废水的pH值为11.5-12.5；
控制所述待处理高盐废水中，有机物初始浓度为50-200mg/L，氯离子浓度为7500-15000mg/L，TDS范围为23000-45000mg/L；
（2）在所述高盐废水中***一对碳板电极，所述电极的尺寸为4-6cm×2-3cm，控制电极间距为3-7cm，由恒压电源供电施加2-2.5 V电压进行反应，完成对废水中有机物的降解。
2.根据权利要求1所述的电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述过硫酸盐氧化剂包括过硫酸钠和/或过硫酸钾。
3.根据权利要求1或2所述的电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述过硫酸盐氧化剂的加入量为1-10g/L废水。
4.根据权利要求1或2所述的电协同过硫酸盐深度处理高盐废水中有机物的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述反应的时间为3-6h。
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