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一种用粉煤灰降解有机废水的方法 Download PDF

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Abstract

一种用粉煤灰降解有机废水的方法。其步骤是：a、将粉煤灰与废水充分混合，其质量比为0.8％～1.5％；b、调节废水混合液的pH值为1～4；c、在废水混合液中加入过氧化氢，以使其与粉煤灰中的可溶性金属离子形成类Fenton试剂；d、让废水混合液在3～5min内通过有微波场的玻璃或陶瓷管道；e、最后过滤、沉淀、检测，收集含污染物的粉煤灰，排放或循环利用已处理水。本发明巧妙地利用了粉煤灰中含有的三氧化二铁等过渡金属氧化物，使与过氧化氢形成类Fenton试剂；粉煤灰的多孔结构能对微波能进行良好吸收，在微波的促进下，能对有机物进行吸附—催化氧化，达到深度氧化处理的目的；极大地提高了对COD的去除率；还节约了生化池的设置，降低了废水处理成本。

Description

一种用粉煤灰降解有机废水的方法
技术领域
本发明涉及一种有机废水(污水)的处理方法，尤其涉及利用粉煤灰吸附降解废水中有机物的方法。
背景技术
粉煤灰为球形或微珠的集合体，直径1μm～100μm，比重在2.02～2.56之间，CaO和Fe2O3含量增加，比重增加，而未燃烬炭量增加时比重会减少。粉煤灰的白度为26～66，受制于Fe2O3的含量。BET比表面积波动于0.7m2/g～36.6m2/g，受未燃烬炭的影响，并随未燃烬炭量的增加而增加。完全脱炭的粉煤灰的BET比表面积为0.5m2/g～1.5m2/g。粉煤灰中SiO2，Al2O3，Fe2O3三种成份占70％以上，CaO和MgO的含量随原煤的组成和产出时代不同而变化，一般在0.2％～10％之间变动。粉煤灰主要由非晶态玻璃相构成，结晶矿物包括石英、莫来石、赤铁矿、磁铁矿、石灰和石膏。其中，石英为主要结晶相，而莫来石的形成与原煤中硅、铝矿物(如高岭石)的热分解有关。粉煤灰中矿物状态的构成比率受炭质和燃烧冷却条件控制，其pH值可以从弱酸性向强酸性过渡。
我国是世界上最大的产煤国和耗煤国，燃煤占了我国能源结构的70％，2000年己达1.6亿吨，为处置这些粉煤灰而建的储灰场占据了大量的土地与消耗了大量的水，且目前我国粉煤灰的利用率只有30％，大部分集中在建筑材料方面。因此，怎样处置粉煤灰、提高它的利用率对我国而言是一个重要的问题。粉煤灰是我国排放量最大的一种工业固体废物，对环境和人体造成了很大的危害，因此我国己决定把粉煤灰的综合利用作为固体废物利用的突破口。目前我国粉煤灰的排放与利用特征是：排放量大、综合利用率低。粉煤灰综合利用率在25％～30％，绝大部份集中在建筑和建材行业，高附加值的利用率较少。
例如，公开号为CN1273944A的中国专利将粉煤灰堆存作为渗滤床和氧化床，使废水和污水收到粉煤灰的渗滤、吸附和阳光、空气的生物氧化分解净化。公开号为CN1064664A的中国专利将焦化厂的含有氰化物、硫化物、油、酚等污染物的焦化废水先经生化处理，再以粉煤灰作为吸附剂，采用管道化的灰水浆态床吸附，固液分离后，含污染物的粉煤灰用于烧制内燃砖；水再经化学处理及焦渣过滤后，作为循环水的补充水予以利用。这些利用粉煤灰对有机污染物只进行吸附作用，没有对有机物进行深度氧化处理，且处理废水的技术成本比较高。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术的不足，提供一种能以粉煤灰作为吸附剂和催化剂的、对有机物进行高效、深度氧化处理的有机废水的方法。
为达发明目的，提供了这样一种用粉煤灰降解有机废水的方法。该方法也是采用粉煤灰作为废水中有机物的吸附剂。与现有采用粉煤灰作为吸附剂的方法相比，不同的步骤是：
a、将粉煤灰与废水充分混合，其粉煤灰与废水的质量比为0.8％～1.5％；
b、调节废水混合液的酸度，把pH值控制在为1～4之间；
c、在废水混合液中加入过氧化氢，其加入量为废水混合液质量的0.25％～0.4％，以使其与粉煤灰中的可溶性金属离子形成类Fenton试剂；
d、让废水混合液通过有微波场的玻璃或陶瓷管道，该废水混合液中的每一质点通过管道的时间3～5min；微波频率为2000～2800MHz，功率600～1000W；
e、最后，过滤、沉淀、检测，收集含污染物的粉煤灰，排放或循环利用已处理水。
本发明的优越性如下：
与现有的采用粉煤灰作为吸附剂的方法相比较。由于本发明巧妙且合理地利用了粉煤灰中含有的三氧化二铁等过渡金属氧化物。在酸性条件下，这些过渡金属氧化物部分溶解生成过渡金属离子。过渡金属离子能与过氧化氢形成类Fenton试剂，产生了氧化性极强的羟基自由基。在微波的促进下，更能深度氧化废水中的有机物，提高了过氧化氢的利用效率。与现有的采用粉煤灰作为吸附剂的方法相比较，本发明不但因能对有机物进行深度氧化处理、而使降解有机废水的处理能力大大增强，并且由于减少了生化处理过程而使得处理效率有了极大的提高；同时还节约了生化池的设置，降低废水的处理成本。
进一步讲，在本发明中，粉煤灰又作为一种催化剂被利用。与另外现有的微波催化降解有机化合物的方法相比较，粉煤灰比硫酸铁等其它作为化工产品的催化剂的来源更广泛，成本更低廉。因为，粉煤灰作为多孔结构材料，不但能吸附废水中的有机物，也能吸收微波能，使有机物能在粉煤灰上集中处理；而用微波加热，无温度梯度、热量利用率高、反应迅速。本发明用微波加热、促进后，能在粉煤灰内部形成一些“热点”，极大地提高了吸收微波能的效率，产生羟基自由基的效率高，矿化、降解有机物彻底。
总之，本发明为实现粉煤灰的综合利用和高效、快速地降解有机废水，并实现废水的资源化利用提供了一种有广阔前景的方案。
下面结合附图和实施具体实施方式，对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1微波功率与脱色率的关系图
图2过氧化氢的用量与COD去除率的关系图
具体实施方式
一种用粉煤灰降解有机废水的方法，该方法采用粉煤灰作为废水中有机物的吸附剂。该方法包括以下步骤：
a、将粉煤灰与废水充分混合，粉煤灰与废水的质量比为0.8％～1.5％；
b、调节废水混合液的酸度，其pH值为1～4；
c、在废水混合液中加入过氧化氢，其加入量为废水混合液质量的0.25％～0.4％，以使其与粉煤灰中的可溶性金属离子形成类Fenton试剂；
d、让废水混合液通过有微波场的玻璃或陶瓷管道，每一质点通过管道的时间3～5min；微波频率为2000～2800MHz，功率600～1000W；
e、最后，过滤、沉淀、检测，收集含污染物的粉煤灰，排放或循环利用已处理水。
披露至此，本领域的技术人员已经能够清楚地看出，本发明与现有的采用粉煤灰作为废水中有机物的吸附剂的降解方法相比较，其区别在于，本发明在降解过程中加入了现有方法中没有加入过的过氧化氢，并且采用了现有方法中没有采用过的用微波加热作为促进手段的步骤。虽然，长期以来现有技术中没有本发明区别特征中所述的步骤，但是，毕竟查阅、研究本发明的是本领域的技术人员，因此，加入过氧化氢的装置和所述管道中的微波加热装置就不赘述了；方案中步骤e的所有工序，也均可采用现有的任何方法与装置。
为确保(或曰进一步提高)降解效率：从把粉煤灰与废水混合开始，到步骤e的过滤工序之前，均用搅拌装置在混合过程中和对混合液进行搅拌。同样显然的是，对本领域的技术人员来讲，所述搅拌装置也不必赘述。
显然，实际操作时的工艺参数(或配比)值，应当根据粉煤灰的来源不同而调整。根据多数粉煤灰的情况，通常在下述工艺参数(或配比)范围内选取较好，即：
在步骤a中，粉煤灰与废水的质量比为1％～1.2％；
在步骤b中，pH值为2～3；
在步骤c中，加入的过氧化氢量为废水混合液质量的0.25％～0.35％；
在步骤d中，废水混合液的每一质点通过管道的时间4～5min，微波功率600～800W。
作为验证本发明的、在实验室中作对比试验后、得出的更好工艺参数(或配比)值是：
在步骤a中，粉煤灰与废水的质量比为1％；
在步骤b中，pH值为3；
在步骤c中，加入的过氧化氢量为废水混合液质量的0.3％；
在步骤d中，废水混合液的每一质点通过管道的时间5min；微波频率为2450MHz，功率800W。
其中：
粉煤灰是重庆南桐煤矿产的一级烟煤，燃烬后收集的；
pH值调节是用硫酸和氢氧化钠；
过氧化氢浓度为30％，换算后，再按步骤c中的比例加入；
微波加热装置是微波炉；
验证时的检测试剂是甲基橙溶液。
检测内容：
(a)脱色率测定——用分光光度计分析处理后剩余甲基橙溶液的浓度。
脱色率α＝(甲基橙初始浓度-处理后甲基橙剩余浓度)/甲基橙初始浓度×100％
(b)COD去除率的测定——用重铬酸盐法(GB11914-89)测定甲基橙溶液处理前后的COD值。
COD去除率＝(甲基橙溶液初始COD浓度-处理后溶液的COD)/甲基橙溶液初始COD浓度×100％
验证对比结果如下表：
编号   粉煤灰与甲基橙质量比 微波功率/W   过氧化氢用与甲基橙溶液体积比   初始甲基橙浓度/mg.L-1 微波辐射时间/min pH值   脱色率/％ COD去除率/％
一 10 1000 0.01 1000 4 3 99.9 78.0
  二   10   800   0.01   1000   5   3   99.9   93.4
  三   30   1000   0.01   900   3   4   99.8   55.7
  四   10   1000   0.05   1000   4   1   99.9   65.1
考察微波功率与脱色率的关系发现(参看图1)：微波功率的增大，有助于甲基橙溶液的脱色。因为提高微波的功率，溶液的主体温度增加，使粉煤灰的吸附能力增强，也加速了羟基自由基氧化有机化合物的进程。但微波功率在600W以后，甲基橙的脱色率都接近99.9％。
考察过氧化氢用量与COD去除率的关系发现(参看图2)：偶氮染料废水是难生物降解的有机废水之一。甲基橙具有典型的偶氮结构，本专利以甲基橙作为模拟偶氮染料废水。加入的过氧化氢作为氧化剂，粉煤灰作为吸附偶氮染料废水的吸附剂和催化H2O2产生氧化性极强的羟基自由基，从而吸附降解偶氮染料废水。过氧化氢的用量为甲基橙体积的0.8％时，其COD去除率最高，能达到71.4％。过量的过氧化氢能增加处理后溶液中的COD值。

Claims (4)

1、一种用粉煤灰降解有机废水的方法，该方法采用粉煤灰作为废水中有机物的吸附剂，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、将粉煤灰与废水充分混合，粉煤灰与废水的质量比为0.8％～1.5％；
b、调节废水混合液的酸度，其pH值为1～4；
c、在废水混合液中加入过氧化氢，其加入量为废水混合液质量的0.25％～0.4％，以使其与粉煤灰中的可溶性金属离子形成类Fenton试剂；
d、让废水混合液通过有微波场的玻璃或陶瓷管道，每一质点通过管道的时间3～5min；微波频率为2000～2800MHz，功率600～1000W；
e、最后，过滤、沉淀、检测，收集含污染物的粉煤灰，排放或循环利用已处理水。
2、根据权利要求1所述的用粉煤灰降解有机废水的方法，其特征在于：
在步骤a中，粉煤灰与废水的质量比为1％～1.2％；
在步骤b中，pH值为2～3；
在步骤c中，加入的过氧化氢量为废水混合液质量的0.25％～0.35％；
在步骤d中，废水混合液的每一质点通过管道的时间4～5min，微波功率600～800W。
3、根据权利要求2所述的用粉煤灰降解有机废水的方法，其特征在于：
在步骤a中，粉煤灰与废水的质量比为1％；
在步骤b中，pH值为3；
在步骤c中，加入的过氧化氢量为废水混合液质量的0.3％；
在步骤d中，废水混合液的每一质点通过管道的时间5min；微波频率为2450MHz，功率800W。
4、根据权利要求1或3所述的用粉煤灰降解有机废水的方法，其特征在于：从把粉煤灰与废水混合开始，到步骤e的过滤工序之前，均有搅拌装置在混合过程中和对混合液进行搅拌。
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