本發(fā)明涉及污水凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種去除礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法。

背景技術(shù)：

人工甜味劑是一種廣泛應(yīng)用于食品、飲料、藥物和個人護理品行業(yè)的蔗糖的替代品，由于大部分人工甜味劑不會被人體降解，因此其大量進入環(huán)境水體，而污水處理廠是其主要集聚地。作為一類新型污染物，其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險研究較少，現(xiàn)有研究表明人工甜味劑安賽蜜(ACE)和三氯蔗糖(SUC)會對青鳉魚、斑馬魚、大型蚤、浮萍等水生生物產(chǎn)生生態(tài)毒性。因此，如何在污水處理系統(tǒng)中有效去除人工甜味劑日益受到人們的關(guān)注。

污水的深度處理工藝作為保障污水安全排放的重要環(huán)節(jié)，研究不同的深度處理工藝對人工甜味劑去除的影響具有重要意義。目前的一些深度處理工藝中，活性炭吸附、混凝沉淀、氯化消毒對人工甜味劑只有有限的去除效果，而UV消毒僅對ACE有去除效果。臭氧高級氧化工藝在實際污水處理廠的投加劑量和接觸時間下，也只能部分去除人工甜味劑。使用UV高級氧化工藝去除實際污水中的人工甜味劑尚無系統(tǒng)的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種去除礦化污水中安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法，所述的方法是一種基于羥基自由基的去除污水中人工甜味劑的高級氧化方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來完成的：一種礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法，所述的方法包括以下步驟：

(1)將污水依靠重力經(jīng)自流管道流至二沉池，投入沉淀劑，通過二沉池進行沉淀分離；

(2)分離提取二沉池沉淀后的上清液，在分離后的上清液中加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)上清液的pH為3-7，然后加入30％質(zhì)量比的H₂O₂溶液，使得H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度比為10:1-100:1，然后根據(jù)H2O2的摩爾濃度加入1/20-1/5摩爾濃度的Fe₂SO₄·7H₂O，進入光反應(yīng)器中進行反應(yīng)，在反應(yīng)過程中通過電磁攪拌而保持反應(yīng)均勻，進行UV光照10-240min，最后加入過量的質(zhì)量比為1.5％的NaNO₂以終止反應(yīng)；

(3)將步驟(2)的出水進行處理結(jié)果分析，然后送入接觸消毒池與ClO₂反應(yīng)消毒，能殺死病毒、細(xì)菌、原生生物、藻類、真菌和各種孢子及孢子形成的菌體，最后該接觸消毒池的出水排至城市污水管網(wǎng)。

進一步的，所述的步驟(2)中優(yōu)選的，加入的pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)上清液的pH為5，加入30％質(zhì)量比的H₂O₂溶液，H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度比為100:1，然后根據(jù)H₂O₂的摩爾濃度加入1/10摩爾濃度的Fe₂SO₄·7H₂O，進入光反應(yīng)器中進行反應(yīng)，進行UV光照240min。

進一步的，所述的光反應(yīng)器由有機玻璃制成，中間豎直放置石英管套，石英管內(nèi)放置紫外燈，所述紫外燈的功率為22W，石英管壁外壁254nm處的紫外光強度為0.52uW/cm²。

進一步的，所述的pH調(diào)節(jié)劑為摩爾濃度為0.5mol/L的NaOH或高氯酸溶液。

進一步的，所述的二沉池設(shè)置有導(dǎo)流管以及排放口，所述的導(dǎo)流管口內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，所述的二沉池底部設(shè)計為錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)可以使沉淀物在重力作用下快速沉淀并排放，同時在二沉池底部設(shè)置有所述的排放口，排放口裝有固液分離裝置，使沉淀物高效快速排出，且能很好的控制其含水量。

進一步的，所述的沉淀劑制備方法為：在20-30℃條件下，將硫酸亞鐵按照1:5的質(zhì)量比溶解于純化水中，緩慢加入混合溶液0.3倍量的濃硫酸和0.2倍的硫酸鎂，攪拌均勻，得到混合溶液，升溫至35-45℃，攪拌均勻30min后，得到聚合硫酸鐵鎂，將制備好的聚合硫酸鐵鎂和明礬按照3:2的質(zhì)量比混合，攪拌均勻1小時后放置1-3小時，進行減壓干燥，將得到的固體粉碎，過80-100目篩，即得到所述的沉淀劑，明礬化學(xué)成分為十二水合硫酸鋁鉀，能與水反應(yīng)生成氫氧化鋁，它可以吸附水里的懸浮雜質(zhì)，并形成沉淀，使水澄諸，增強物理吸附沉淀效果。

本發(fā)明的有益效果是：在酸性及光照條件下通過Fe²⁺催化分解氧化劑H₂O₂，產(chǎn)生氧化性極強的自由基(中性條件下的氧化還原電位為2.7V)從而使污水中人工甜味劑降解礦化。較之傳統(tǒng)的UV/H₂O₂高級氧化方法，光芬頓高級氧化方法可顯著提高污染物的反應(yīng)速率和礦化速率，對于ACE和SUC均有更優(yōu)的去除效果，處理效果優(yōu)良，能有效去除污水中的人工甜味劑，使污水處理達(dá)到要求。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1.本發(fā)明具有設(shè)備簡單、操作簡便、費用便宜等優(yōu)點，且無污染、穩(wěn)定性高。

2.本發(fā)明的方法可有效礦化污水中的ACE和SUC，使污水排放達(dá)到要求，避免了對環(huán)境的污染，處理效果更為經(jīng)濟。

3.彌補了目前污凈化工藝的不足，改進現(xiàn)有技術(shù)對ACE和SUC效果差、運行不穩(wěn)定缺點，填補了國內(nèi)外有關(guān)水源中人工甜味劑去除技術(shù)的空白。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法的操作流程圖；

圖2是本發(fā)明一種礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法的初始pH對人工甜味劑礦化率的影響(a：ACE；b：SUC)；

圖3是本發(fā)明一種礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法的氧化劑濃度對人工甜味劑礦化率的影響(a：ACE；b：SUC)；

圖4是本發(fā)明一種礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法的Fe²⁺濃度對人工甜味劑礦化率的影響(a：ACE；b：SUC)。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明作進一步說明。

本實施例是以配置的10mg/L初始濃度的ACE和SUC溶液為對象進行的，該礦化污水中人工甜味劑安賽蜜和三氯蔗糖的光芬頓方法，包括以下步驟：

(1)將污水依靠重力經(jīng)自流管道流至二沉池，投入沉淀劑，通過二沉池進行沉淀分離；

(2)分離提取二沉池沉淀后的上清液，在分離后的上清液中加入pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)上清液的pH為5，然后加入30％質(zhì)量比的H₂O₂溶液，使得H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度比為100:1，然后根據(jù)H₂O₂的摩爾濃度加入1/10摩爾濃度的Fe₂SO₄·7H₂O，進入光反應(yīng)器中進行反應(yīng)，在反應(yīng)過程中通過電磁攪拌而保持反應(yīng)均勻，進行UV光照240min，最后加入過量的質(zhì)量比為1.5％的NaNO2以終止反應(yīng)；

(3)將步驟(2)的出水進行處理結(jié)果分析，然后送入接觸消毒池與ClO₂反應(yīng)消毒，能殺死病毒、細(xì)菌、原生生物、藻類、真菌和各種孢子及孢子形成的菌體，最后該接觸消毒池的出水排至城市污水管網(wǎng)。

其中，所述的光反應(yīng)器由有機玻璃制成，中間豎直放置石英管套，石英管內(nèi)放置紫外燈，所述紫外燈的功率為22W，石英管壁外壁254nm處的紫外光強度為0.52uW/cm2。所述的pH調(diào)節(jié)劑為摩爾濃度為0.5mol/L的NaOH或高氯酸溶液。所述的二沉池設(shè)置有導(dǎo)流管以及排放口，所述的導(dǎo)流管口內(nèi)設(shè)有濾網(wǎng)，所述的二沉池底部設(shè)計為錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)可以使沉淀物在重力作用下快速沉淀并排放，同時在二沉池底部設(shè)置有所述的排放口，排放口裝有固液分離裝置，使沉淀物高效快速排出，且能很好的控制其含水量。所述的沉淀劑制備方法為：在25℃條件下，將硫酸亞鐵按照1:5的質(zhì)量比溶解于純化水中，緩慢加入混合溶液0.3倍量的濃硫酸和0.2倍的硫酸鎂，攪拌均勻，得到混合溶液，升溫至40℃，攪拌均勻30min后，得到聚合硫酸鐵鎂，將制備好的聚合硫酸鐵鎂和明礬按照3:2的質(zhì)量比混合，攪拌均勻1小時后放置2小時，進行減壓干燥，將得到的固體粉碎，過90目篩，即得到所述的沉淀劑，明礬化學(xué)成分為十二水合硫酸鋁鉀，能與水反應(yīng)生成氫氧化鋁，它可以吸附水里的懸浮雜質(zhì)，并形成沉淀，使水澄諸，增強物理吸附沉淀效果。

應(yīng)當(dāng)注意，本實施例中所涉及的數(shù)值范圍都可以實現(xiàn)，篇幅所限，在此不進行端點和中間值的列舉。

實驗結(jié)果分析：取50ml光照后的水樣用0.22um混合纖維膜過濾，過濾后存于4℃冰箱中以待后續(xù)的TOC測定。每個實驗重復(fù)三次，取平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差進行分析。簡單的實驗流程如圖1所示。

A)TOC測定

實驗所用的TOC儀采用過硫酸鹽氧化法，將樣品中有機污染物全部轉(zhuǎn)變成CO₂，并通過測量生成的CO₂計算水樣中TOC。該方法為直接測定水中有機污染物，反應(yīng)水中有機污染情況，不受無機還原性物質(zhì)的干擾，能更直接客觀地反映有機污染情況。

B)人工甜味劑去除率分析

實驗結(jié)果為3次重復(fù)值的平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差(Mean±SDE)，使用SPSS16.0統(tǒng)計軟件和單邊ANOVA法對組間數(shù)據(jù)進行差異性顯著分析。人工甜味劑的去除率＝(1-TOC_t/TOC₀)×100％，TOC₀為甜味劑溶液的初始TOC，TOC_t為反應(yīng)時間t時的TOC，測定的人工甜味劑為ACE和SUC。

經(jīng)分析可知：

1、初始pH對目標(biāo)污染物礦化率的影響

圖2顯示了初始pH對目標(biāo)污染物礦化率的影響情況，如圖所示，當(dāng)H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度比為100:1時，F(xiàn)e²⁺濃度為H₂O₂的1/10時，使用22W低壓汞燈照射240min時，當(dāng)溶液的初始pH值為3和5時，該AOP方法對ACE和SUC的礦化效果要顯著優(yōu)于pH＝7的工藝效果，但pH＝3和5時的礦化效果沒有顯著性差異?？紤]到ACE和SUC的水溶液均為弱酸性，以及實際工藝中調(diào)節(jié)廢水pH的生產(chǎn)成本，選擇pH＝5為較優(yōu)的工藝條件。

2、H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度比對目標(biāo)污染物礦化率的影響

如圖3所示，當(dāng)pH＝5，F(xiàn)e²⁺濃度為甜味劑濃度的10倍時，H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度分別為10:1，50:1，100:1時，使用22W低壓汞燈照射240min時，H2O2與甜味劑的摩爾濃度在10:1-100:1時，隨著氧化劑濃度的增加，ACE和SUC的礦化程度均增加。降解SUC時，增加氧化劑投加量對礦化效果的提高更為顯著，SUC礦化率可從10％提高到75％左右。本實驗中Fe²⁺為催化劑，因此H₂O₂濃度為礦化速率的主要限制因素。在本實驗條件下，選擇100倍氧化劑投加量為最優(yōu)投加量。

3、Fe²⁺濃度對人工甜味劑礦化率的影響

如圖4所示，當(dāng)pH＝5，H₂O₂與甜味劑的摩爾濃度分別為100:1時，加入Fe²⁺的摩爾濃度為H₂O₂的1/10，使用22W低壓汞燈照射240min時。當(dāng)Fe²⁺濃度從1/20增加到1/10時，ACE和SUC的礦化率都隨之提高，繼續(xù)增加Fe²⁺的摩爾濃度不會顯著提高ACE和SUC的礦化速率。這與傳統(tǒng)芬頓工藝中Fe²⁺選擇為氧化劑投加量的1/10相吻合。因此，在本實驗條件下，選擇1/10氧化劑摩爾濃度投加量為Fe²⁺最優(yōu)投加量。

綜上所述，本發(fā)明的方法可有效去除污水中的人工甜味劑，本發(fā)明方法中的各種組分和參數(shù)均是最佳選擇，可實現(xiàn)本發(fā)明方法的最有效果。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。