一種吹脫-微電解-Fenton氧化法處理含高濃度硝基苯廢水的方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于含高濃度硝基苯廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吹脫-微電解-Fenton氧化法處理含高濃度硝基苯廢水的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]硝基苯(Nitrobenzene, NB)是一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于石油化工、燃料、材料和焦化等行業(yè)中。但其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被生物降解，具有強(qiáng)烈的致癌致突變性，現(xiàn)已被多國列為優(yōu)先控制污染物。
[0003]空氣吹脫一般是在水處理的底部放有曝氣裝置，風(fēng)機(jī)送來的空氣被分散成微小的氣泡，在廢水主體中形成氣液兩相，廢水中的揮發(fā)性有機(jī)物從液相轉(zhuǎn)移到氣相中，隨氣泡離開液相主體。根據(jù)氣液平衡理論，當(dāng)液相中揮發(fā)性有機(jī)物濃度較高時(shí)，傳質(zhì)推動力大，有利于有機(jī)物從液相進(jìn)入氣相。但當(dāng)濃度降低到一定程度時(shí)，傳質(zhì)推動力變小，處理效率降低。同時(shí)傳統(tǒng)曝氣反應(yīng)中的液體湍動程度低，造成液相深處有機(jī)物無法快速到達(dá)氣液相界面，傳質(zhì)效果差。由于硝基苯沸點(diǎn)較高，自然條件下的蒸發(fā)速度較慢，現(xiàn)有傳統(tǒng)曝氣吹脫裝置或填料塔中氣液湍動程度低、氣液接觸面積小，處理效果并不明顯。如果加大氣液接觸面積和氣液湍動程度，可大大提高硝基苯去除率。
[0004]超重力技術(shù)利用旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子將液體破碎成細(xì)小的液滴或液膜、液絲，其尺度都是在幾十微米數(shù)量級，只有填料塔的幾分之一，這就意味著僅在這一點(diǎn)上，質(zhì)量傳遞速率就將數(shù)倍于填料塔。另外，在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中，液體在離心力的作用下流動，而高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子提供的離心力是促使填料塔中液體流動的重力的幾百倍。這使得液體可以克服表面張力的作用，以極高的速度、極小的尺度，在高比表面的填料中運(yùn)動。填料彎曲的孔道促使了液體表面的迅速更新，大大增加了液體的湍動。這兩點(diǎn)結(jié)合在一起，使得在超重力設(shè)備中的傳質(zhì)速率較在填料塔中的同樣過程提高了 1~3個(gè)數(shù)量級。
[0005]微電解技術(shù)于20世紀(jì)70年代由前蘇聯(lián)科學(xué)工作者提出并用于印染廢水的處理。該方法是一種利用金屬腐蝕原理形成原電池來處理廢水的工藝技術(shù)，又稱內(nèi)電解法。微電解的電極一般選用兩種及以上電位相差較大的材料，在無外加電場情況下，陰、陽極之間因電位差形成為電池效應(yīng)而對污染物產(chǎn)生物理化學(xué)作用。微電解法比電解法和化學(xué)絮凝法在廢水處理方面的成本低，更具應(yīng)用前景。目前，該處理技術(shù)由于工藝簡單、預(yù)處理效果好、能有效地提高廢水的可生化性，以開始廣泛研究和應(yīng)用于印染、制藥、油田、垃圾滲濾液及農(nóng)藥等工業(yè)廢水的處理。但是微電解法作為廢水的預(yù)處理方法，不能將硝基苯污染物徹底礦化為無機(jī)小分子物質(zhì)，一般與生物法、臭氧法、Fenton法等其他工藝組合使用，以達(dá)到高效去除污染物的目的。
[0006]Fenton于1894年發(fā)現(xiàn)當(dāng)H2O2與Fe2+共存時(shí)，其分解能力會高于兩者單獨(dú)存在時(shí)的分解能力。之后一些學(xué)者相繼發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e2+與H2O2在酸性條件下(pH=2~3)會發(fā)生反應(yīng)，生成具有非選擇性強(qiáng)氧化能力的羥基自由基.0Η，并放出大量熱。Fenton試劑法是一種高級氧化技術(shù)，具有操作簡便、反應(yīng)快速等特點(diǎn)，主要用于處理廢水中殘存的難降解有機(jī)物。Fenton試劑產(chǎn)生自由基氧化機(jī)理如下:
Fe2+ + H2O2 — Fe3+ + OF + OH(式 I)
Fe3+ + H2O2 — Fe2+ + HO2 + H+(式 2)
OH + H2O2 — Η02+Η20(式 3)
Fe3+ + HO2 — Fe2++02+ H+(式 4)
RH + OH — Qs(式 5)
上述反應(yīng)中Fe2+起催化作用，F(xiàn)e 2+與H2O2反應(yīng)生成.0Η游離基的速度很快，而.0Η游離基可降解硝基苯，降低廢水C0D，能將廢水中的有機(jī)物分子徹底氧化降解。
[0007]對于高濃度的硝基苯廢水而言，單獨(dú)利用吹脫法、微電解法或者Fenton法都存在處理效率差的問題。有機(jī)化合物降解的過程中，會生成中間產(chǎn)物如小分子酸、醇與目標(biāo)污染物競爭與羥基自由基反應(yīng)，使得氧化處理效果明顯下降。當(dāng)有機(jī)物含量高時(shí)，生成的中間產(chǎn)物就多，廢水水質(zhì)變的更差，氧化效果就明顯降低。因此，如何將Fenton法與其他工藝法聯(lián)合處理廢水以提高廢水的降解效率、降低處理成本仍是研究的重點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種吹脫-微電解-Fenton氧化法處理含高濃度硝基苯廢水的方法及裝置。
[0009]本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種吹脫-微電解-Fenton氧化法處理含高濃度硝基苯廢水的方法，步驟如下:(I)先將含高濃度硝基苯廢水與新鮮空氣在超重力設(shè)備中充分接觸，完成吹脫傳質(zhì)過程降低廢水中有機(jī)物含量，(2)吹脫傳質(zhì)完成后，廢水通入帶有攪拌裝置的鐵炭微電解槽內(nèi)進(jìn)行微電解還原反應(yīng)，硝基苯被還原為苯胺和其他中間產(chǎn)物，鐵炭反應(yīng)后鐵以Fe2+的形式存在于廢水中，(3)在微電解槽中加入過氧化氫，廢水中的Fe2+與過氧化氫構(gòu)成Fenton試劑，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基氧化降解廢水中有機(jī)物。
[0010]高濃度硝基苯廢水中硝基苯濃度大于500mg/L，吹脫完成后廢水中硝基苯含量為80~100mg/L。新鮮空氣與廢水在超重力設(shè)備中的氣液比為0.1~1.6 m3/L。優(yōu)選氣液比為0.4-0.8 m3/L。鐵炭微電解槽內(nèi)的廢水用稀鹽酸或稀硫酸調(diào)節(jié)pH值為2~3，鐵炭微電解槽內(nèi)構(gòu)成原電池的電極材料為鐵屑與炭屑，質(zhì)量比為0.5:1~3:1，鐵粉質(zhì)量為10~30g/L。步驟
(3)中加入的過氧化氫在廢水中的濃度為0.01-0.05mol/L。所述超重力設(shè)備為超重力旋轉(zhuǎn)填料床，填料層中的填料為抗氧化、耐腐蝕的金屬絲網(wǎng)填料，轉(zhuǎn)速為300~1200rpm。
[0011]首先將含高濃度硝基苯廢水與新鮮空氣在超重力設(shè)備中充分接觸，完成吹脫傳質(zhì)過程降低廢水中有機(jī)物含量。在吹脫效果不顯著時(shí)將廢水通入帶有攪拌裝置的鐵炭微電解槽內(nèi)進(jìn)行微電解還原反應(yīng)，將硝基苯還原為苯胺和其他中間產(chǎn)物。鐵炭反應(yīng)后鐵以二價(jià)鐵(Fe2+)的形式存在于廢水中，此時(shí)在微電解槽中加入過氧化氫，使廢水中的Fe2+與過氧化氫構(gòu)成Fenton試劑，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基氧化降解廢水中有機(jī)物。廢水中的有機(jī)污染物在微電解-Fenton試劑的協(xié)同作用下得到降解。采用酸性化合物調(diào)節(jié)微電解槽內(nèi)的廢水pH值為2~3。微電解槽處理量為1.5L~2.5L/批。
[0012]微電解為Fenton試劑氧化處理污水提供了廉價(jià)的Fe2+,廢水在撞擊流旋轉(zhuǎn)填料床裝置中與過氧化氫的體積流量比為5:1~10:1，F(xiàn)enton試劑中H2O2的濃度為0.01-0.05mol/L0廢水在微電解槽處理后達(dá)到可生化進(jìn)入生化處理系統(tǒng)。
[0013]一種實(shí)現(xiàn)上述吹脫-微電解-Fenton氧化法處理含高濃度硝基苯廢水方法的裝置，包括設(shè)有進(jìn)氣口、出氣口、進(jìn)液口、出液口的旋轉(zhuǎn)填料床，旋轉(zhuǎn)填料床的進(jìn)氣口通過氣體流量計(jì)連接風(fēng)機(jī)，出氣口連接尾氣處理裝置，進(jìn)液口通過液泵I連接儲液槽，液泵I與進(jìn)液口之間設(shè)有液體流量計(jì)，出液口與儲液槽和微電解槽相連，微電解槽內(nèi)設(shè)攪拌裝置，底部設(shè)置過濾裝置，微電解槽通過液泵II與過氧化氫儲液槽相連。
[0014]所述攪拌裝置為電動攪拌器，電動攪拌器的轉(zhuǎn)速為200~800rpm。尾氣處理裝置內(nèi)的填料為活性炭。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:利用超重力反應(yīng)器高度強(qiáng)化混合和傳質(zhì)的特點(diǎn)，在空氣吹脫階段，有效的促進(jìn)了硝基苯從液相進(jìn)入氣相的速率，較傳統(tǒng)塔設(shè)備提高1~2倍，處理時(shí)間縮短80%。當(dāng)吹脫過程中硝基苯去除不顯著時(shí)，利用鐵炭微電解還原硝基苯，使苯環(huán)上的鈍化基團(tuán)硝基轉(zhuǎn)變成氨基，使得苯環(huán)活性提高，在相同處理?xiàng)l件下，氧化效率提高20%，反應(yīng)時(shí)間縮短25%。隨后添加過氧化氫，其與微電解反應(yīng)生成的Fe2+構(gòu)成Fenton試劑，氧化降解有機(jī)物，達(dá)到可生化標(biāo)準(zhǔn)，由于微電解所使用的電級材料可選用工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的鐵屑及炭屑，可達(dá)到以廢治廢的目的，并為Fenton試劑的催化氧化提供了廉價(jià)的Fe2+，水處理成本降低30%ο
[0016]與傳統(tǒng)的鼓泡裝置或填料塔吹脫硝基苯廢水比較，當(dāng)硝基苯濃度從500mg/L降低到80~100mg/L時(shí)，本發(fā)明使用超重力旋轉(zhuǎn)填料床吹脫的處理時(shí)間可縮短80%。
[0017]對于高濃度硝基苯廢水而言，如果直接利用微電解/Fenton法處理，雖然可以達(dá)到較高的處理效果，但是處理成本和處理時(shí)間都非常長。在硝基苯降解過程中會產(chǎn)生許多中間物質(zhì)小分子酸和醇，這些中間產(chǎn)物的出現(xiàn)使得廢水水質(zhì)改變，同時(shí)中間產(chǎn)物還可捕獲消耗羥基自由基使其含量減少，進(jìn)而氧化效率降低。如直接利用微電解/Fenton氧化法處理500mg/L硝基苯廢水，在硝基苯降解過程中廢水水質(zhì)較初始時(shí)有了很大的變化，同時(shí)產(chǎn)生了大量中間產(chǎn)物會消耗羥基自由基，氧化效率越來越低。本發(fā)明在氧化降解階段前利用吹脫法使得廢水中的目標(biāo)污染物含量減少后再進(jìn)行微電解/Fenton氧化法反應(yīng)，可最大限度的減少廢水水質(zhì)變化和降低中間產(chǎn)物的生成量，使得羥基自由基消耗物生成量減少，進(jìn)而提高氧化效率。本發(fā)明所產(chǎn)生