[发明专利]一种利用芬顿技术强氧化去除污水中卡马西平的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含卡马西平的污水高效处理方法，尤其是涉及一种利用芬顿技术强氧化去除污水中卡马西平的方法，具体为在纳米零价铁芬顿系统中加入螯合剂柠檬酸对污水中卡马西平进行高效强氧化处理的方法。

背景技术

药品和个人卫生护理用品是污水中普遍存在的痕量有机污染物，其废水具有成分复杂、有机物含量高、毒性大，颜色深和可生化性差等特点，生物处理难度大，其对环境造成的影响已经引起国内外的广泛关注。这些污染物会在人体内转变成极性的、溶解性的代谢产物和酸类物质，并随着尿液和粪便排入城市污水中。有研究表明，大多数药物污染物难于生物降解，而大多数污水处理厂一般只采用两级处理工艺，很少采用三级处理工艺或者高级氧化处理技术。因此，如果在污水厂中药物污染物未能进行完全去除，就会导致残留的药物污染物进入地表水、地下水或者海水中，从而对人类产生影响和对水生环境造成破坏。

在日常生活中，卡马西平(又称卡巴咪嗪)被广泛使用，它经常和其他药物一起使用来治疗癫痫病和三叉神经痛等。因此，卡马西平的母体以及代谢物在污水中经常被检测到。有研究表明，传统的污水处理厂不能很好的去除卡马西平，并且通过调查发现其在污水处理厂的去除率低于10％。对于难以生物降解的药物污染物，为了提高其去除效果，高级氧化技术被广泛应用，主要包括：紫外、紫外／双氧水、臭氧、臭氧／双氧水等。先前的研究者对利用臭氧，紫外及其与双氧水联用去除典型药物污染物进行了大量研究，但是其价格昂贵。相对于其他的高级氧化技术，芬顿技术价格相对比较便宜，芬顿系统产生的羟基自由基具有强氧化性，对有机物的的降解不具选择性，能与95％的有机物进行反应。若Fe(II)和双氧水浓度不同，还会形成其它形式的自由基对有机物进行有效降解，比如：过羟基自由基、超氧阴离子自由基、过氧化氢阴离子以及有机自由基。随着近年来纳米材料的兴起，也有将纳米材料引入芬顿系统，由于纳米材料具有巨大的比表面积和高活性，使反应速率得到提高，越来越受到重视，而其中对纳米零价铁的研究最为热门。在传统的芬顿系统中，往往需要将反应的pH控制在3-4左右，否则铁盐以氢氧化铁沉淀析出，从而降低了催化效果。为了使得反应能在中性条件下进行，有人提出以铁的螯合剂为催化剂，来提高有机物的去除效率。传统的螯合剂中使用最多的是EDTA，但是EDTA的生物降解性比较差，在污水处理后会继续存在污水中，随着尾水进入环境，从而在环境中产生积累。最近有研究表明柠檬酸作为一种有效的螯合剂，有很好的生物降解性，在污水处理系统中会得到很好的去除，不会对环境产生影响。在中性条件下即能与Fe(II)或Fe(III)形成螯合物，从而避免了铁以沉淀形式析出，在中性条件下产生很高浓度的羟基自由基，从而有效地去除有机污染物。

目前，还没有将柠檬酸引入纳米零价铁芬顿系统中对污水中的卡马西平进行去除的报道，有必要开展相关的研究工作。

发明内容

本发明的目的就是为了克服传统的芬顿系统在污水处理应用过程中需要将反应pH控制在3～4这样的酸性条件的缺陷，从而提供一种反应条件简单易操作、处理时间短、无二次污染、对一般污水无需调节pH的利用芬顿技术强氧化去除污水中卡马西平的方法。该方法能使污染物在弱酸性或者中性条件下也有很好的去除效果，并提高反应速率，工业化应用前景大。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用芬顿技术强氧化去除污水中卡马西平的方法，向含卡马西平的污水中，同时投加纳米零价铁和双氧水，并加入柠檬酸作为螯合剂，搅拌均匀，反应时间5-40分钟，氧化去除污水中的卡马西平。在芬顿系统中加入柠檬酸螯合剂对卡马西平的作用机理为：柠檬酸与纳米零价铁形成铁的螯合物，在中性或者弱酸性条件下将卡马西平氧化成羟基化的卡马西平，而羟基化的卡马西平的生物降解性能大大提高，在后续的生物处理过程中能得到很好的去除。

进一步地，所述的污水中卡马西平的质量浓度为1～20毫克每升，所述的纳米零价铁的投入量为每升污水中加入0.1～1克，所述的双氧水的投入量为每升污水中加入100～300毫克，所述的柠檬酸的投入量为每升污水中加入5～40毫克。

进一步地，在投加纳米零价铁和双氧水之前，调节污水的pH值为3～7。

更进一步地，在投加纳米零价铁和双氧水之前，调节污水的pH值为6～7。

再进一步地，在投加纳米零价铁和双氧水之前，调节污水的pH值为6。.

进一步地，所述的纳米零价铁的颗粒粒径为50～70纳米。

进一步地，同时向污水中投加纳米零价铁、双氧水及柠檬酸。