[发明专利]一种超声波强化微米级铁铜双金属粒子处理废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于难降解废水处理领域，特别涉及一种超声波强化金属粒子处理废水的方法。

背景技术

零价铁颗粒内部存在大量微小的渗炭体，当其浸泡在传导性的电解质溶液中时，零价铁颗粒中的渗炭体和铁之间即发生原电池效应而形成大量微观腐蚀原电池，在原电池反应中，Fe⁰和渗炭体(C)分别作为阳极和阴极，阳极的电偶腐蚀反应提供大量电子，被腐蚀消耗，该电化学腐蚀同时引发了絮凝、吸附、架桥、卷扫、共沉、电沉积、电化学还原等一系列连带协同作用。零价铁技术即基于铁的腐蚀电化学原理而产生，对石油化工、印染、制药及电镀等有毒有害工业废水具有高效的预处理作用，能分解转化废水中的有毒难降解污染物，提高废水的可生化性，同时具有运行费用低、易操作管理等优势。但零价铁技术在实际应用中存在易发生填料板结的问题，且仅适用于pH≤4.0的酸性废水。在酸性条件下，零价铁能够取得较高的废水处理效率，但是高的氢离子浓度会导致零价铁的腐蚀速度加快，从而缩短零价铁的使用寿命，增加废水处理费用。

为了解决零价铁填料板结的问题，CN1958469A公开了一种基于超声作用的内电解废水处理方法和装置，该方法采用圆柱形结构的反应器，并将填料固定在其主体反应装置中，利用低强度超声波的微射流作用和冲击波损伤使铁屑表面使其不断得到活化，以防止铁屑锈蚀结块。但该方法存在以下缺点：（1）固定床结构不利于填料发生有效的流化作用，污染物及其降解产物在填料颗粒表面与溶液之间的质传递过程受到限制，且污染物及铁的腐蚀产物会在填料颗粒表面发生共沉淀作用，长期运行反应器会导致填料颗粒表面形成钝化膜，从而严重影响其对废水的处理效率；（2）填料固定在反应器内部，低强度的超声波仅对反应器内顶部的部分填料有微射流作用和冲击波损伤，而反应器中的大部分填料不能接收到超声波而发生腐蚀板结钝化；（3）反应器的结构为圆柱形，此种结构会导致反应器中的填料颗粒在超声波作用下向反应器底部的四周扩散，并在底部的四周积累，限制了超声波和零价铁之间的协同作用，从而严重影响废水的处理效率。

为了克服零价铁技术pH适用范围窄，铁消耗过快的缺点，中国专利ZL02111901.5公开了一种催化铁内电解处理难降解废水的方法，该方法利用铁铜之间的电势差远大于铁炭之间电势差，能在中性条件下发生电偶腐蚀降解污染物，将铜、铁及沸石混合后以固定床的形式填充到滤池中，通过回流废水的方式处理废水，对难降解污染物有较好的分解效果，但该方法仍存在一些缺点：（1）沸石的阻隔及铁铜之间的间隙等会极大地限制铁和铜接触，导致铁铜之间的宏观原电池和电偶腐蚀的形成受限，废水处理效率降低；（2）固定床的形式限制了污染物及其降解产物在填料颗粒表面和溶液之间的质传递过程，从而影响废水处理效率；（3）固定床的形式还会导致污染物及铁的腐蚀产物在填料颗粒表面发生共沉淀作用，长期运行反应器会导致填料颗粒表面形成钝化膜，从而严重影响废水处理效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超声波强化微米级铁铜双金属粒子处理废水的方法，该方法不仅提高了废水的处理效率，而且可避免填料钝化板结，并拓宽了所处理废水的pH范围，能够在偏中性的pH范围内处理废水，可有效地防止超声波探头空化腐蚀和填料在酸性条件下的快速腐蚀消耗。

本发明所述超声波强化微米级铁铜双金属粒子处理废水的方法，工艺步骤如下：

将微米级铁铜双金属粒子加入反应器，然后向反应器内连续通入待处理废水并启动反应器的超声波探头，在超声波的作用下微米级铁铜双金属粒子呈流化状态并对废水进行处理，经微米级铁铜双金属粒子处理后的废水连续排出反应器；所述废水在反应器内的水力停留时间为0.2～1.0 h。

本发明所述方法中，微米级铁铜双金属粒子的制备方法如下：在搅拌下于室温、常压将微米级铁粉加入铜盐水溶液或主要污染物为铜离子的工业废水中，微米级铁粉加入完毕后继续搅拌至少15 min，然后静置沉淀，当悬浮在水中的粒子完全沉淀后排出上清液，对所得固体粒子用去离子水或自来水洗涤去除其表面的盐类杂质，即获微米级铁铜双金属粒子；所述微米级铁粉的加入量以铁粉与铜盐溶液或主要污染物为铜离子的工业废水中铜离子的质量比达到10:1～10:5为限。

微米级铁铜双金属粒子的制备方法中，微米级铁粉的平均粒径为50~900 μm。

微米级铁铜双金属粒子的制备方法中，铜盐溶液或主要污染物为铜离子的工业废水中铜离子的浓度至少为10 mg/L；铜盐溶液以硫酸铜、亚硫酸铜或氯化铜为溶质，以自来水或去离子水为溶剂配制而成。