專利名稱：鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域，具體地涉及一種采用鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著人口的增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種污染物的排放量也與日俱增，特別是污染物對(duì)水的污染已對(duì)人類生存和社會(huì)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。近年來(lái)，人們已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注水污染的問(wèn)題，防止水體惡化和保護(hù)水資源已經(jīng)成為人類共同追求的目標(biāo)。在水處理方面，空化技術(shù)作為難降解廢水的處理方法，不僅可以有效去除各種有毒物質(zhì)，而且還具有無(wú)二次污染、反應(yīng)裝置簡(jiǎn)單和降解效果明顯等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此成為近些年來(lái)比較受關(guān)注的新型水處理方法。空化技術(shù)是一種物化水的新處理方法。目前，在污水處理方面研究的比較多的主要是超聲空化和水力空化。但由于超聲空化技術(shù)缺乏多方面相關(guān)專業(yè)學(xué)科知識(shí)的綜合利用，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。水力空化技術(shù)仍處于起步階段，而且降解效率相對(duì)較低，還不能在實(shí)際中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高效，節(jié)能，無(wú)二次污染的新的降解有機(jī)污染物的空化方法，即鼓泡空化法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物，步驟如下
1)降解器中加入玻璃珠；
2)將含有有機(jī)污染物的廢水加入降解器中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；
3)由降解器的底部通入氣體，反應(yīng)3 5小時(shí)。優(yōu)選的，鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物的步驟如下
1)降解器中加入直徑為1.0 5. 0 mm的玻璃珠；
2)調(diào)節(jié)含有有機(jī)污染物的廢水的濃度為5 25!!^ 171，酸度為？!1 = 4. 3 8.0，加入降解器中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；
4)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 13. 5 L ^irT1,反應(yīng)3 5小時(shí)。更優(yōu)選的，鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物的步驟如下
1)降解器中加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠；
2)調(diào)節(jié)含有有機(jī)污染物的廢水的濃度為10!!^ 171，酸度為？!1 = 6.0，加入降解中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 L · mirT1，反應(yīng)3 5小時(shí)。本發(fā)明，利用水中的氣泡上升過(guò)程中被玻璃珠分割和融合，接觸面破裂時(shí)產(chǎn)生高溫和放出大量能量，與水(吐0)和氧氣(O2)反應(yīng)生成氧化性極強(qiáng)的氫氧自由基(0H)和超氧自由基(& )，來(lái)降解廢水中的有機(jī)污染物。本發(fā)明的有益效果是在玻璃珠和空氣鼓泡的共同作用下，可以有效地降解廢水中的酸性紅B等有機(jī)污染物，降解率可達(dá)97%以上。本發(fā)明是一種高效，節(jié)能，無(wú)二次污染且裝置簡(jiǎn)單的污水處理方法，具有實(shí)用價(jià)值，并能夠大規(guī)模處理各種廢水。


圖1是一種降解器的結(jié)構(gòu)示意圖中，1、反應(yīng)器；2、玻璃珠；3、氣泡；4、含有有機(jī)污染物的廢水；5、氣泵；6、閥門(mén)。圖2是鼓泡時(shí)間對(duì)降解率的影響圖中，·空氣鼓泡+玻璃珠； 空氣鼓泡。圖3是玻璃珠直徑對(duì)降解率的影響圖。圖4是初始濃度對(duì)降解率的影響圖。圖5是初始酸度對(duì)降解率的影響圖。圖6是氣體流速對(duì)降解率的影響圖。圖7是對(duì)含有不同有機(jī)污染物的廢水的降解圖。圖8是對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖中，a 原液；b 空氣鼓泡；c 空氣鼓泡+玻璃珠。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例采用如圖1所示的一種降解器。實(shí)施例1 鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物——鼓泡時(shí)間對(duì)降解率的影響步驟如下
1)降解器中加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)調(diào)節(jié)酸性紅B水溶液的濃度為10mg·!/1，酸度為pH = 6. 0，加入降解器中，加入量為高出玻璃珠3cm;
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 L.mirT1，反應(yīng)1 5小時(shí)。不同時(shí)間取樣測(cè)定UV-vis光譜，測(cè)定酸性紅B水溶液的濃度。定量分析采用UV-vis分光光度法。對(duì)一系列酸性紅B溶液進(jìn)行UV-vis光譜全程掃描，確定最大吸收峰的波長(zhǎng)(λωΜ = 510 nm),相應(yīng)的吸光度對(duì)濃度作標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，待測(cè)溶液濃度用內(nèi)插法確定，由濃度變化計(jì)算酸性紅B的降解率。同時(shí)做對(duì)比試驗(yàn)，降解器中不加玻璃珠，結(jié)果如圖2。圖2顯示隨著空氣鼓泡時(shí)間的延長(zhǎng)，酸性紅B的降解率也越來(lái)越高，表明越來(lái)越多的酸性紅B被降解。鼓泡3. 0 h時(shí)，降解率達(dá)到了 77. 84 %，5.0 h時(shí)，降解率達(dá)到了 97 % 以上，溶液中的酸性紅B幾乎被完全降解。相反，沒(méi)有玻璃珠存在時(shí)，酸性紅B的降解率卻很低。鼓泡3. 0 h時(shí)，降解率為12. 32 %, 5. 0 h時(shí)10 mg · L—1降解率只有14. 68 %。實(shí)施例2鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物——玻璃珠直徑對(duì)降解率的影響步驟如下
1)降解器中分別加入直徑為1.0 1. 5 mm，2. 0 2. 5 mm，3. 0 3. 5 mm和4. 0 4. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)調(diào)節(jié)酸性紅B水溶液的濃度為10mg·!/1，酸度為pH = 6. 0，加入降解器中，加入量為高出玻璃珠3cm;
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4. 5 L ^irT1,反應(yīng)3小時(shí)。采用UV-vis 分光光度法(λ_ = 510 nm)測(cè)定溶液的濃度，由濃度變化計(jì)算酸性紅B的降解率。結(jié)果如圖3。玻璃珠的直徑?jīng)Q定鼓入空氣氣泡的大小和數(shù)量，進(jìn)而影響到整體的空化效果。直徑小的玻璃珠能夠產(chǎn)生數(shù)量大和體積小的氣泡，但由于沒(méi)有氣泡融合時(shí)變大的空間，進(jìn)而影響到空化效應(yīng)的產(chǎn)生。直徑大的玻璃珠產(chǎn)生氣泡的數(shù)量較少，氣泡融合的次數(shù)較低，也不會(huì)有明顯的空化效應(yīng)產(chǎn)生。如圖3所示，酸性紅B的降解率隨著玻璃珠直徑的增加而提高， 當(dāng)玻璃珠直徑為2. 0 2. 5 mm時(shí)，酸性紅B的降解率達(dá)到77. 84%，當(dāng)玻璃珠直徑達(dá)到3. 0 3. 5 mm時(shí)，酸性紅B的降解率達(dá)到84%，酸性紅B的降解率增加較小，以后隨著直徑的增加， 降解率增加很小。因此本發(fā)明優(yōu)選玻璃珠直徑為2. 0 2. 5 mm。實(shí)施例3鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物——初始濃度對(duì)降解率的影響步驟如下
1)降解器中分別加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)調(diào)節(jié)酸性紅B水溶液的初始濃度為分別為5mg · L—1 ,10 mg · L—1，15 mg · L—1，20 mg · L^,25 !!^ 171，酸度為？!1 = 6. 0，加入降解器中，加入量為高出玻璃珠3 cm；
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 L ^irT1,反應(yīng)3小時(shí)。采用UV-vis 分光光度法(λ_ = 510 nm)測(cè)定溶液的濃度，由濃度變化計(jì)算酸性紅B的降解率。結(jié)果如圖4。廢水溶液的初始濃度是影響有機(jī)污染物降解速度和降解程度的一個(gè)重要因素。初始濃度過(guò)高，往往需要更長(zhǎng)的處理時(shí)間，而且降解也不徹底。初始濃度過(guò)低，由于有機(jī)污染物遠(yuǎn)離反應(yīng)活性區(qū)域而不易被降解。因此，合適的初始濃度是最佳的降解條件之一。由圖4 可知，開(kāi)始時(shí)，酸性紅B的降解率隨著初始濃度的增加而增加，初始濃度超過(guò)10 mg -L"1后， 降解率反而開(kāi)始下降。所以，本發(fā)明，優(yōu)選10 mg·!/1作為含有有機(jī)污染物的廢水的初始濃度。實(shí)施例4鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物——初始酸度對(duì)降解率的影響步驟如下
1)降解器中分別加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)調(diào)節(jié)酸性紅B水溶液的初始濃度為分別為10mg · L—1，酸度分別為pH = 4. 0，pH = 6.0，pH = 8.0，加入降解器中，加入量為高出玻璃珠3cm;
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 L ^irT1,反應(yīng)3小時(shí)。采用UV-vis 分光光度法(λ_ = 510 nm)測(cè)定溶液的濃度，由濃度變化計(jì)算酸性紅B的降解率。結(jié)果如圖5。溶液的pH值不但影響到酸性紅B等染料的存在形式，也影響到空化效應(yīng)產(chǎn)生氫氧自由基(OH)和超氧負(fù)離子自由基(化)的能力。一般情況下，堿性介質(zhì)中有利于
OH自由基的生成，而酸性介質(zhì)中有利于 &自由基的生成。如圖5所示，由于采用空氣鼓泡法能夠通入足夠的氧氣，綜合結(jié)果，本發(fā)明的最佳降解效果出現(xiàn)在弱酸性介質(zhì)中(PH
5=6. 0)。實(shí)施例5鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物——?dú)怏w流速對(duì)降解率的影響步驟如下
1)降解器中分別加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)調(diào)節(jié)酸性紅B水溶液的初始濃度為分別為10!!^ 171，酸度分別為？!1 = 6.0，加入降解器中，加入量為高出玻璃珠3 cm；
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速分別為4.5 L · HiirT1A. 0 L · mirT1，13. 5 L · mirT1，反應(yīng)3小時(shí)。采用UV-vis分光光度法(λ max = 510 nm)測(cè)定溶液的濃度，由濃度變化計(jì)算酸性紅B的降解率。結(jié)果如圖6。氣體流速既決定單位時(shí)間內(nèi)氣泡在玻璃珠中形成和破裂的次數(shù)，也決定氣泡的大小和形狀。流速過(guò)慢，氣泡在玻璃珠中可以自然形成和破裂，有利于單個(gè)氣泡空化效應(yīng)的產(chǎn)生。但是，單位時(shí)間內(nèi)的空化效率較低。流速過(guò)快，往往使氣泡來(lái)不及破裂就穿過(guò)玻璃珠中的空隙而不產(chǎn)生空化效應(yīng)。如圖6所示，隨著氣體流速的增加，酸性紅B的降解率呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。因此本發(fā)明優(yōu)選氣體流速為4. 5 L · mirT1。實(shí)施例6鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物步驟如下
1)降解器中分別加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠，玻璃珠的加入量為降解器體積的四分之三；
2)分別加入初始濃度為10mg · L—1，酸度為pH = 6. 0的酸性紅B水溶液，偶氮品紅水溶液，剛果紅水溶液和羅丹明B水溶液，加入量為高出玻璃珠3 cm ；
3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速分別為4.5 I^mirT1，反應(yīng)3小時(shí)。采用 UV-vis分光光度法(λ max = 510 nm)測(cè)定溶液的濃度，由濃度變化計(jì)算酸性紅B，偶氮品紅， 剛果紅和羅丹明B的降解率。結(jié)果如圖7。如圖7所示，鼓泡空化法對(duì)幾種染料都有較高程度的降解，表明本發(fā)明是一種廣譜的處理有機(jī)污染物廢水的方法。但降解率的順序?yàn)樗嵝约tB >偶氮品紅 > 剛果紅 > 羅丹明B。這說(shuō)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的偶氮類染料較容易被降解，而結(jié)構(gòu)復(fù)雜的含雜原子的三環(huán)類染料較難被降解。實(shí)驗(yàn)例7對(duì)比試驗(yàn)
比較原液，空氣鼓泡，空氣鼓泡聯(lián)合玻璃珠三種情況下的酸性紅B水溶液降解率， 結(jié)果見(jiàn)圖8。圖 8 表明酸性紅 B 水溶液(10 mg · I71，pH = 6. 0)在 250 nm, 305 nm 和 510 nm 處有三個(gè)主要吸收鋒，分別來(lái)自于偶氮鍵和苯環(huán)的η — π*和η— π *躍遷。在玻璃珠 (2. 0 2. 5 mm)和空氣鼓泡(4. 5 L -min"1, 3. 0 h)的聯(lián)合作用下，酸性紅B水溶液的各個(gè)吸收鋒均大幅度下降，這說(shuō)明在玻璃珠存在下，空氣鼓泡對(duì)酸性紅B具有明顯的降解作用。 沒(méi)有玻璃珠存在時(shí)，單純空氣鼓泡也能使酸性紅B溶液的吸收峰有一定程度的下降，但程度非常小。這說(shuō)明單純空氣鼓泡不能有效的降解酸性紅B。
權(quán)利要求
1.鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物，其特征在于步驟如下1)降解器中加入玻璃珠；2)將含有有機(jī)污染物的廢水加入降解器中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；3)由降解器的底部通入氣體，反應(yīng)3 5小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物，其特征在于步驟如下1)降解器中加入直徑為1.0 5. 0 mm的玻璃珠；2)調(diào)節(jié)含有有機(jī)污染物的廢水的濃度為5 25!!^ 171，酸度為？!1 = 4. 3 8.0，加入降解器中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 13. 5 L ^irT1,反應(yīng)3 5小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物，其特征在于步驟如下1)降解器中加入直徑為2.0 2. 5 mm的玻璃珠；2)調(diào)節(jié)含有有機(jī)污染物的廢水的濃度為10mg·!/1，酸度為pH = 6.0，加入降解器中， 加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；3)由降解器的底部通入氣體，控制氣體流速為4.5 L · mirT1，反應(yīng)3 5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鼓泡空化法降解廢水中有機(jī)污染物。以解決水污染問(wèn)題。采用的技術(shù)方案是降解器中加入玻璃珠；將含有有機(jī)污染物的廢水加入降解器中，加入量為廢水沒(méi)過(guò)玻璃珠；由降解器的底部通入氣體，反應(yīng)3～5小時(shí)。本發(fā)明，在玻璃珠和空氣鼓泡的共同作用下，可以有效地降解廢水中的酸性紅B等有機(jī)污染物，降解率可達(dá)97%以上，是一種高效，節(jié)能，無(wú)二次污染且裝置簡(jiǎn)單的污水處理方法，具有實(shí)用價(jià)值，并能夠大規(guī)模處理各種廢水。
文檔編號(hào)C02F1/74GK102295342SQ201110217960
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者王君, 金旭東, 高敬群 申請(qǐng)人:遼寧大學(xué)