[发明专利]超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含硝基苯酚废水处理方法。

背景技术

对硝基苯酚是化工、染料、医药等行业废水中常见的有机污染物，因其毒性大，在环境中停留时间长，难于生物降解，被中国和美国环保局(EAP)同时列入优先控制污染物“黑名单”中。对硝基苯酚的淡水生物急性中毒浓度为230μg/L，盐水生物的急性中毒浓度为4580μg/L，为确保人体健康，水中对硝基苯酚浓度应低于70μg/L，美国各洲规定，饮用水中对硝基苯酚浓度不得高于20μg/L。对硝基苯酚遇高热放出有毒气体，能经呼吸道和皮肤吸收，可使血液输送氧的能力下降，致使头痛、眩晕、皮肤和嘴唇发紫等症状出现。当暴露在高浓度对硝基苯酚气体中时，会导致呼吸困难、脉搏减弱、血压降低，严重时直接致死。对硝基苯酚刺激皮肤、眼睛、鼻子、喉咙等，并对肾和肝产生危害。

目前处理对硝基苯酚废水的方法主要有生化法、吸附法、液膜法和化学氧化法等。低浓度对硝基苯酚废水通常采用生物降解法来处理，较高浓度对硝基苯酚废水则多采用活性炭吸附、溶剂萃取、化学氧化等方法处理。生化法虽然在处理低浓度有机废水方面比较有效，花费相对较低，但其占地面积大，操作条件严格，降解速度慢。吸附法和液膜法只是一般的分离操作，污染物从一相转到另外一相，带来二次污染。而高级氧化技术因具有氧化彻底，无二次污染等优点，在对硝基苯酚废水处理方面的研究日益引起人们的重视。超声波强化臭氧氧化技术是近几年发展起来的高级氧化技术，具有较好的工业应用前景，目前尚处于探索阶段。

发明内容

本发明要解决现有处理含硝基苯酚废水方法存在能耗高、去除效率低的技术问题；而提供了超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法。

本发明中超声臭氧处理含硝基苯酚废水的方法是按下述步骤进行的：向反应器内通入含硝基苯酚废水，超声波处理同时通入臭氧进行反应；工艺参数：硝基苯酚的初始浓度为20～300mg/L、pH值为3.0～4.0，超声波频率为20～40kHz、超声波声强为30～50W/cm²、臭氧通入量为120～240ml/L·min、水力停留时间为30～60min，臭氧通过固定在反应器底部的微孔扩散器通入反应器内；即完成了废水中硝基苯酚的去除。

超声强化臭氧氧化作用主要表现在两个方面：①臭氧的分解。在超声波作用下，臭氧分解产生其它具有更高活性的自由基如·OH等；②传质速率常数k_La的增大。超声一方面可将臭氧气泡粉碎成“微气泡”，提高臭氧与水的接触面积，即增大a；另一方面，通过增加水的混合程度和紊动强度，降低液膜厚度，减少阻力，增大k_L，从而提高臭氧的传质速率。

在超声波作用下，臭氧被迅速分解，并释放出O·自由基：

O₃→O₂+O·

O·+O₃→2O₂(副反应)

臭氧热解产生的O·在空化泡内与水蒸气反应产生·OH

O·+H₂O→2·OH

与此同时，水蒸气在空化泡内热解产生·OH

H₂O→·OH+·H

上述产生的·OH在空化泡气液界而相互结合成H₂O₂

2·OH→H₂O₂

形成的·OH自由基和H₂O₂均具有强氧化性，尤其是·OH自由基氧化电极电位高达2.80V，比O₃(2.07V)高35％，氧化能力仅次于氟；另外，该基团具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3kJ，容易进攻高电子云密度点。H₂O₂氧化电极电位1.76V。因此，·OH自由基和H₂O₂可以起到双协同作用，实现对污染物的深度氧化分解，进而达到处理目的。

在超声臭氧氧化体系中，臭氧均被迅速分解，且1molO₃可产生2mol·OH，而在单独臭氧氧化体系中，1molO₃只产生1mol·OH。因此，超声臭氧氧化体系存在协同效应主要是由臭氧在空化泡中热解产生更多的·OH引起的。

所述硝基苯酚为下列之一或其中两种或两种以上的混合物：①邻硝基苯酚，②间硝基苯酚，③对硝基苯酚。

优选的，所述硝基苯酚为对硝基苯酚，在废水中浓度为20～300mg/L。