基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及废水处理技术领域，特别是涉及一种基于芬顿反应改进的工业有机废 水处理方法。
【背景技术】
[0002] 水是人类赖以生存的基本条件。中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，人均 占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4,已被联合国列为13个贫水国家之一。 近年来，随着国民经济的飞速发展，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染 所导致的缺水和事故不断发生，造成了不良的社会影响和很大的经济损失，严重地威胁了 社会经济的可持续发展，甚至人类的生存。因此，水污染的治理问题已成为目前国民经济发 展中亟待解决的一个重要问题。
[0003] 水污染是指排入水体的污染物质在水体中的含量超过了水体的自净能力，从而破 坏了水体原有用途的现象。水污染主要分为工业污染、农业污染和生活污染，而工业废水是 目前水域的重要污染源，具有量大、面积广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。因 此，有效处理工业废水是目前解决水污染问题的重中之重。
[0004] 芬顿氧化作为一种高级氧化技术，以其极强的氧化性在水处理尤其是难降解废水 处理中得到了广泛应用。芬顿反应的优点在于H 2O2的分解速度快、氧化速率高；技术缺点： Fe2+投加量过大，H 2O2利用率不高，从而导致H2O2投加量增大，不适合于大规模使用。同时由 于大量Fe 2+的存在，反应必须在酸性条件下进行，否则因析出Fe (OH) 3沉淀而使加入的Fe 2+ 或Fe3+失效，同时后续处理中溶液的中和还需消耗大量的酸碱，处理成本高。
[0005] 为此，人们在芬顿试剂的基础上提出了类芬顿系统的概念，也即在常规芬顿体系 中引入紫外光、氧气或电等，以显著提高芬顿试剂的氧化能力，进一步提高氧化效率，并节 省H 2O2的量。其中紫外光辅助的芬顿体系（UV/H 202/Fe2+)以其较高的H2O2利用率和对有机 物的深度矿化受到人们的广泛关注。该系统具有明显的优点，即紫外光和Fe 2+对H 202催化 分解存在协同效应，此系统可使有机物矿化程度更充分。尽管人们已经投入大量的研究来 提高H 2O2的利用率及矿化率，但是仍然存在一个不可忽视的问题，也即金属离子最终会进 入水体，不仅催化剂难以回收，而且会造成二次污染。
【发明内容】
[0006] 基于此，本发明的目的是提供一种能够防止金属离子进入水体的基于芬顿反应改 进的工业有机废水处理方法。
[0007] 具体的技术方案如下：
[0008] -种基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，包括如下步骤：
[0009] 将磁性铁氧体纳米材料按0. 02-0. 5g/L的比例加入到工业有机废水中，其中磁性 铁氧体纳米材料的尺寸（平均粒径）为10-20nm ;
[0010] 一次或分批次加入体积浓度为30 %的H2O2，其中体积浓度为30 %的H2O2的加入量 为所述工业有机废水体积量的1-10% ;
[0011] 紫外光照射下反应2-24h ;
[0012] 磁分离回收磁性铁氧体纳米材料。
[0013] 在其中一个实施例中，所述磁性铁氧体纳米材料选自四氧化三铁、铁酸镍、铁酸 钴、铁酸锰、矾酸铁和钛酸铁中的至少一种。
[0014] 在其中一个实施例中，所述磁性铁氧体纳米材料为四氧化三铁。
[0015] 在其中一个实施例中，所述体积浓度为30 %的H2O2为分3批加入。
[0016] 在其中一个实施例中，紫外光照射下反应8-12h，紫外光的强度为0. 2-0. 6w/cm3。
[0017] 在其中一个实施例中，体积浓度为30 %的H2O2的加入量为所述工业有机废水体积 量的2-8%。
[0018] 在其中一个实施例中，所述工业有机废水的COD值大于100000mg/L。
[0019] 本发明的原理及有益效果如下：
[0020] 在芬顿光催化基础上，本发明以磁性铁氧体纳米材料为光芬顿催化剂，来实现污 水的深度降解处理。该发明的特点在于，一方面以磁性铁氧体纳米材料为催化剂，利用纳米 材料具有大的比表面积的优势可以提供更多的催化活性位点，提高催化降解效率，另一方 面利用铁氧体纳米材料的磁性，可以通过磁分离技术从水体中分离回收催化剂，有利于达 标水的直接排放，减少催化剂对环境的二次污染，更重要的是催化剂可以重复使用，节省成 本。
[0021] 其中磁性铁氧体纳米材料以四氧化三铁的效果最好，纳米材料的尺寸必须控制在 10-20纳米之间。只有在此尺寸范围内的磁性铁氧体纳米材料才能保持超顺磁性，在磁分离 步骤中，通过外加磁场分离催化剂，外磁场撤走后，磁性铁氧体纳米材料又会回复分散的状 态；若超出该尺寸范围，磁性铁氧体纳米材料就会具有铁磁性，通过外加磁场分离催化剂， 外磁场撤走后，磁性铁氧体纳米材料仍保持团聚状态无法分散，导致催化剂无法重复使用。
[0022] 进一步地，本发明的废水处理方法特别适用于高COD的废水（C0D含量大于 100000mg/L)处理，配合采用纳米四氧化三铁作为催化剂，分批次加入H 2O2等步骤，降解率 可以超过75%。
【附图说明】
[0023] 图1本发明实施例1，2，3所用催化剂的透射电镜图；
[0024] 图2本发明实施例1，2,3所用催化剂的粉末X射线衍射图。
【具体实施方式】
[0025] 以下通过实施例对本申请做进一步阐述。
[0026] 实施例1 :
[0027] 取某柑橘加工公司的生产废水50毫升，废水性质COD为8427mg/L。向废水中加 入0. 078g/L磁性四氧化三铁纳米晶体（尺寸为10-20nm，如图1、图2所示）溶液，充分混 合后加入5毫升体积浓度为30%的双氧水，500瓦紫外灯照射10h。反应结束后，磁铁分离 催化剂，测定废水的COD (结果见表1)。
[0028] 反应后回收的磁性四氧化三铁进行重复试验，结果请见表2
[0029] 实施例2 :
[0030] 取某表面活性剂生产公司的废水50毫升，废水性质COD为113832mg/L。向废水中 加入0. 217g/L磁性四氧化三铁纳米晶体（尺寸为10-20nm，如图1、图2所示）溶液，充分 混合后加入4毫升30%的双氧水，500瓦紫外灯照射8h。第二次再次加入4毫升30%的双 氧水，继续光照8h。反应结束后，磁铁分离催化剂，测定废水的COD (结果见表1)。
[0031] 实施例3:
[0032] 取某有机试剂生产公司的生产废水50毫升，废水性质COD为20000mg/L。向废水 中加入0. 15g/L磁性四氧化三铁纳米晶体（尺寸为10-20nm，如图1、图2所示）溶液，充分 混合后加入4毫升30%的双氧水，500瓦紫外灯照射7h。第二次再次加入4毫升30%的双 氧水，继续光照4h。第三次再次加入2毫升30%的双氧水，继续光照8h。反应结束后，磁铁 分离催化剂，测定废水的COD (结果见表1)。
[0033] 分次加入双氧水的实验结果请见表3
[0034] 实施例4 :
[0035] 取某柑橘加工公司的生产废水50毫升，废水性质COD为8427mg/L。向废水中加 入0. 078g/L磁性钛酸铁纳米晶体（尺寸为10-20nm)溶液，充分混合后加入5毫升30%的 双氧水，500瓦紫外灯照射10h。反应结束后，磁铁分离催化剂，测定废水的COD (结果见表 1)〇
[0036] 实施例5 :
[0037] 取某柑橘加工公司的生产废水50毫升，废水性质COD为8427mg/L。向废水中加 入0. 078g/L磁性矾酸铁纳米晶体（尺寸为10-20nm)溶液，充分混合后加入5毫升30%的 双氧水，500瓦紫外灯照射10h。反应结束后，磁铁分离催化剂，测定废水的COD (结果见表 1)〇
[0038] 对比例1
[0039] 取某柑橘加工公司的生产废水50毫升，废水性质COD为8427mg/L。向废水中加 入0. 078g/L磁性四氧化三铁纳米晶体（尺寸为40-50nm)溶液，充分混合后加入5毫升体 积浓度为30%的双氧水，500瓦紫外灯照射10h。反应结束后，磁铁分离催化剂，测定废水的 COD，降解率与实施例1接近。
[0040] 分离回收的磁性四氧化三铁发生了团聚，无法重复使用。
[0041] 实验结果如下：
[0042] 表 1
[0043]
[0048] 以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实 施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存 在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0049] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来 说，在不脱离本发明构思的前提下，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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤： 将磁性铁氧体纳米材料按0. 02-0. 5g/L的比例加入到工业有机废水中，其中磁性铁氧 体纳米材料的尺寸为10-20nm; 一次或分批次加入体积浓度为30%的H2O2，其中体积浓度为30%的H2O2的加入量为所 述工业有机废水体积量的1-10% ; 紫外光照射下反应2-24h; 磁分离回收磁性铁氧体纳米材料。2. 根据权利要求1所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特征在于， 所述磁性铁氧体纳米材料选自四氧化三铁、铁酸镍、铁酸钴、铁酸锰、矾酸铁和钛酸铁中的 至少一种。3. 根据权利要求2所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特征在于， 所述磁性铁氧体纳米材料为四氧化三铁。4. 根据权利要求1所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特征在于， 所述体积浓度为30%的H2O2为分3批加入。5. 根据权利要求1-4任一项所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特 征在于，紫外光照射下反应8-12h，紫外光的强度为0. 2-0. 6w/cm3。6. 根据权利要求1-4任一项所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特 征在于，体积浓度为30%的H2O2的加入量为所述工业有机废水体积量的2-8%。7. 根据权利要求1-4任一项所述的基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，其特 征在于，所述工业有机废水的COD值大于100000mg/L。
【专利摘要】本发明涉及一种基于芬顿反应改进的工业有机废水处理方法，包括如下步骤：将磁性铁氧体纳米材料按0.02-0.5g/L的比例加入到工业有机废水中，其中磁性铁氧体纳米材料的尺寸为10-20nm；一次或分批次加入H2O2，其中H2O2的加入量为所述工业有机废水体积量的1-10％；紫外光照射下反应2-24h；磁分离回收磁性铁氧体纳米材料。本发明的废水处理方法特别适用于高COD的废水(COD含量大于100000mg/L)处理，配合采用纳米四氧化三铁作为催化剂，分批次加入H2O2等步骤，降解率可以超过75％。
【IPC分类】C02F1/72, C02F1/32
【公开号】CN105174411
【申请号】
【发明人】徐三善, 英瑜, 张健民, 户献雷
【申请人】广州天赐高新材料股份有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月17日