光助芬顿反应、絮凝和微生物降解联用处理废水的方法

摘要

本发明公布了光助芬顿反应、絮凝和微生物降解联用处理废水的方法，废水先进行光助芬顿反应，即选取氧化剂(H2O2、HClO)和还原剂(Fe2+)在光的参与下进行0.5－2小时的芬顿反应；然后选用铝盐、铁盐及其复合盐等为絮凝剂，以聚丙烯酰胺(PAM)为助凝剂进行絮凝；最后再进行微生物降解处理。利用光助芬顿反应、絮凝以及微生物降解技术联用处理废水，显示了很强的协同作用。以苯酚废水为例，单独使用光助芬顿反应、絮凝和微生物降解技术，其COD去除率分别为14.9％、17.0％和30.1％；光助芬顿反应和絮凝技术联用，其COD去除率为69.3％；光助芬顿反应与微生物降解技术联用，其COD去除率为64.6％；而三种技术联用其COD去除率可达98.9％。

说明书

                        技术领域

本发明涉及一种处理废水的方法，尤其是光助芬顿反应、絮凝和微生物降解联用处理废水的方法。

                        背景技术

光助芬顿反应技术属于深度光氧化法(Advanced Oxidation Process，简称AOPs)，于上世纪90年代初用于处理废水研究。其原理是：采用H₂O₂、Fe²⁺为氧化剂和还原剂，在UV参与下，一方面体系内能产生大量的活性态氧(如HO·、O₂·、O₂·-等，其中HO·的氧化电位为2.8V，是仅次于氟的最强氧化剂)，使有机物较彻底的氧化；另一方面，难降解的有毒有机物常常含有不饱和健、多环或杂环结构，它们较容易直接吸收UV形成激发态，进而发生裂解、聚合、异构体转变等化学反应，使有机物降解。该方法对处理高浓度、难降解的有毒有机物废水有很强的针对性，而一般的理化和生物方法效果差。德国的E.Oliveros等学者对处理条件及对象做了较系统的研究，国内也有不少学者开展了这方面的工作，自八十年代起，南京大学孔令仁为首的光化学课题组就开始了污染物光降解的系统研究，在国内外核心期刊上发表过多篇论文。在光助芬顿反应降解污染物方面研究也很深入，2002年申请了江苏省课题“光氧化、絮凝和生物技术处理废水的协同作用及其设备(BS2002039)”、国家高校博士点基金“光助芬顿化学法处理废水的难点、对策及其机制的研究(20020284044)”、国家863项目“高效光催化反应器的研制(2002AA001250)”等，研究目标和任务都完成较好。课题组还以光助芬顿反应技术为依托开发了“DNC系列光化学反应仪”和“SGY-1型多功能光化学反应仪”，均通过了省级鉴定并批量投入生产。

现有的技术表明：使用光助芬顿反应技术处理废水反应速度快、反应条件平和、无二次污染。但是，使用光助芬顿反应技术处理废水也存在不少问题，主要是试剂用量大，反应条件苛刻。因此处理废水时用该技术“一步到位”地达标排放，则需要较高的费用。

发明内容

本发明的目的是：以光助芬顿反应(Light-enhanced Fenton Reaction)为核心，并联合絮凝和微生物降解技术处理废水。本发明的目的是能够在处理废水时“分步到位”地达标排放，同时具有较低的处理费用。本发明尤其适用于处理较高浓度的有毒有机废水。

本发明的目的是这样实现的：光助芬顿反应、絮凝和微生物降解联用处理废水的方法是，先进行光助芬顿反应，选取光助芬顿试剂中的氧化剂(H₂O₂、HClO等)和还原剂(如Fe²⁺等)；在光存在的条件下进行0.5-2小时的芬顿反应；然后经化学絮凝，选用无机絮凝剂(铝盐、铁盐及铁铝和铝铁复合盐等)、有机高分子絮凝剂(聚丙烯酰胺(PAM)等)进行絮凝；最后经微生物降解。

三种技术联用的依据是：首先，光助芬顿反应能使有机大分子发生裂解、聚合、异构体转变等反应。在反应充分时可最终降解为二氧化碳、水和无机物；其次，絮凝技术能将光助芬顿反应后的大分子有效去除；最后，微生物降解能有效地去除光助芬顿反应后的小分子。同时，用于微生物降解的活性污泥也能作为生物絮凝剂。三种技术联用体现了废水处理的“分步到位”，可大大节省成本。

本技术工艺流程如附图所示，主要部分说明如下：

1、光助芬顿反应

针对不同废水，选取光助芬顿试剂中的氧化剂(如H₂O₂、HClO等)和还原剂(如Fe²⁺等)；选择合适的光源和反应条件。本技术关键是不在于追求废水的最佳处理效果，而是要找到光解后废水中形成物质易被絮凝和微生物降解的光解条件，使之与后面的絮凝、微生物降解配套。

2、化学絮凝

筛选最佳絮凝剂，如无机絮凝剂(铝盐、铁盐及铁铝和铝铁复合盐等)、有机高分子絮凝剂(聚丙烯酰胺(PAM)等)等，加入一定的量在一定条件下进行絮凝。

3、微生物降解

探讨废水经光助芬顿反应、絮凝技术处理后微生物降解的最佳条件，筛选最佳菌种，同时活性污泥也可以用来作为生物絮凝剂。

试验结果如下：

1、三种技术的单独使用

(1)光助芬顿反应

利用光助芬顿反应对苯酚和多菌灵农药废水进行处理，COD去除率分别为14.9％和26.1％。载体上试验，时间为0.5小时，温度为16-25℃

(2)絮凝

使用絮凝对苯酚和多菌灵农药废水进行处理，COD去除率分别为17％和13.3％。

(3)微生物降解

使用微生物降解对苯酚和多菌灵农药废水进行处理，COD去除率分别为30.1％和23.4％。微生物降解时菌种分别由南京化学厂处理萘系废水的活性污泥和江阴凯江农药厂废水处理的活性污泥提取后驯化培养得到。处理废水时间为2-3小时，温度为10-25℃。

2、二种技术联用

(1)光助芬顿反应与絮凝

使用光助芬顿反应与絮凝技术联用处理了苯酚和多菌灵农药废水，COD去除率分别为69.3％和42.2％。

(2)光助芬顿反应与微生物降解

使用光助芬顿反应与微生物降解技术联用处理了苯酚和多菌灵农药废水，COD去除率分别为64.6％和52.9％。

3、光助芬顿反应、絮凝和微生物降解

使用光助芬顿反应、絮凝和微生物降解技术联用处理了苯酚和多菌灵农药废水，COD去除率分别为98.9％和76.2％。

由以上实验结果可知，光助芬顿、絮凝以及微生物降解三者之间存在着良好的协同作用，联用处理废水，能有效地去除废水中的有机污染物，处理效率高，处理成本低，具有很高的应用价值。

                        附图说明

图1为本发明光助芬顿反应、絮凝和微生物降解的工艺流程图

1-预处理、2-光助芬顿氧化、3-化学絮凝、4-微生物降解

                      具体实施方式

本发明的处理对象是苯酚和多菌灵农药废水：处理前COD的值分别为1500mg/L和20000mg/L。

光助芬顿反应条件：1升废水中投加入12.4mL H₂O₂，8mL 1mol/L的FeSO₄溶液。采用用1-3根低压汞灯与1-3根中压汞灯串联的光源，此光源平行安装在光化学反应池内。光源置于石英套管内，石英套管两端被固定密封在光化学反应池上，废水从光化学反应池下部流入箱内，也能从上部流出后再反流进入预反应器，废水在反应池内进行光助芬顿反应；在光存在的条件下进行0.5-2小时反应；

反应后进行化学絮凝，选用无机絮凝剂聚合硫酸铝、硫酸铁复合盐，添加量为5-10％，亦可以加入0.5-2‰的聚丙烯酰胺(PAM)作为助凝剂以增加絮凝效果；最后为微生物降解，菌种采用南京化学厂萘系废水的菌种和江阴凯江农药厂废水处理的活性污泥驯化培养得到，生化反应的条件是：温度10-25℃，时间2-3小时等。

实用中低压汞灯100-300W，中压汞灯3000W常用。