一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法。采用铁碳复合材料，将其与过硫酸盐同时投加于水体中，铁碳复合材料活化过硫酸盐产生羟基自由基、硫酸根自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧以及高铁酸盐等活性氧物种，降解水中有机污染物；同时，通过铁碳复合材料界面还原作用，抑制活性卤以及卤素自由基产生，削减卤代副产物产生，有效解决了高级氧化技术产生卤代副产物的技术问题。该水处理方法自由基生成速度快，有机物降解效率高，卤代副产物削减幅度大，操作简单易行，适用范围广。因此，铁碳复合材料活化过硫酸盐非均相高级氧化技术在去除有机污染物协同控制卤代副产物生成水处理领域具有广阔的应用前景。阔的应用前景。阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法


[0001]本专利技术属于水处理领域，具体涉及一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法。

技术介绍

[0002]随着环境问题的日益严重，基于硫酸根自由基(SO4·
‑
)的高级氧化技术(SR
‑
AOPs)因其氧化能力强、pH适应范围广、氧化剂本身稳定以及对有机污染物氧化降解的高选择性而在水处理领域受到广泛关注。然而，水体中除含有大量难降解有机污染物外，还有大量的溶解性有机物(DOM)和卤素离子(X
‑
)。其中，X
‑
能够与SO4·
‑
和
·
OH发生链式反应生成一系列活性卤素物种(RHS)。这些RHS进一步攻击DOM的富电子基团(如酚羟基、羟基、羧酸基等)形成卤代的副产物，如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤代酚(HPs)等。这些卤代副产物往往具有“三致”效应，且HPs的毒性高于THMs和HAAs。此外，有研究表明，溴代副产物的毒性大于氯代副产物。毋庸置疑，这些卤代副产物的生成必然严重制约SR
‑
AOPs在实际水处理中推广应用。因此，开发一种活化过硫酸盐去除有机污染物的同时削减卤代副产物的水处理方法是十分必要的。
[0003]现有报道的专利技术中，专利CN 106830272 A利用管壁腐蚀物催化过硫酸盐控制卤代消毒副产物的生成，在待处理水中投加液氯或氯胺进行消毒处理时，同时投加过硫酸盐溶液、搅拌，利用管壁腐蚀物催化过硫酸盐产生的硫酸根自由基，对卤代消毒副产物进行氧化降解，实现卤代消毒副产物的高效转化脱毒，操作简单方便，处理成本低。这是一种专门针对饮用水中卤代消毒副产物，开展在输配过程中的高效控制；但无法有效解决在净化各类水介质中难降解有机污染物同时高效控制卤代副产物的问题。专利CN 106830280 A通过在游泳池水中投加液氯进行消毒处理时，同时投加过硫酸盐溶液、搅拌，利用过硫酸盐的亲核水解作用对非稳定性卤代消毒副产物进行分解脱毒。该技术类似地专门针对游泳池水体消毒产生的卤代消毒副产物开展去除，也无法有效解决在净化各类水介质中难降解有机污染物同时高效控制卤代副产物的问题。专利CN 110885145 B通过将含有过渡金属元素的药剂A和药剂B亚硫酸盐加入含有有机污染物和溴元素的待处理水体中，在水温0～40℃下曝气搅拌反应10～60min，即可同步去除水体中有机污染物并控制含溴副产物生成，该水处理方法在降解有机污染物同步控制卤代副产物的生成具有极大应用前景，但其缺点是仅局限于溴乙酸、溴仿、二溴甲烷等小分子溴代副产物，而不涉及卤代副产物总生成量的控制，且该专利技术中所涉及的过渡金属钴、铜、镍以及锰有可能会对水体造成二次污染。
[0004]以上专利说明在水处理
，活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理技术十分有限，缺乏无二次污染、经济高效的净水技术。
[0005]本专利技术将铁碳复合材料和过硫酸盐同时投加于水体中，操作简单易行且适用水体范围广；铁碳复合材料活化过硫酸盐产生的羟基自由基、硫酸根自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧以及高铁酸盐等活性氧物种可降解水中有机污染物，同时，通过铁碳复合材料
界面还原作用还可抑制活性卤以及卤素自由基产生，削减卤代副产物产生，使用后的铁碳复合材料还可通过磁场快速回收再利用，不会对水体造成二次污染。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法，将铁碳复合材料和过硫酸盐同时投加于水体中，铁碳复合材料活化过硫酸盐产生羟基自由基、硫酸根自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧以及高铁酸盐等活性氧物种，降解水中有机污染物；同时，通过铁碳复合材料界面还原作用，抑制活性卤以及卤素自由基产生，削减卤代副产物产生。
[0007]本专利技术提供了一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法，其特征在于(一)铁碳复合材料中铁元素存在形式是Fe0、Fe3O4、Fe2O3、FeS和Fe3C中的至少一种，碳元素存在形式为活性炭、石墨碳、生物炭和热解炭中的至少一种，铁元素和碳元素质量百分比为0.001～0.1:0.75～0.97。
[0008]其特征在于(二)所使用的过硫酸盐为单过硫酸盐和过二硫酸盐中的至少一种。
[0009]其特征在于(三)处理对象为饮用水、地下水、工业用水中的至少一种；所述水体应同时含有有机污染物和浓度为79.9～7990mg/L的卤素离子。
[0010]其特征在于(四)一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理工艺，其运行参数如下：(1)铁碳复合材料在水中的投加量为500～800mg/L；(2)过硫酸盐在水中的投加量为0.65～3.25mmol/L；(3)水中有机污染物的浓度为0.1～0.5mmol/L；(4)反应器停留时间为10～1080min；(5)待处理水体pH范围为6～9。
[0011]其特征在于(五)卤代副产物包括：三卤甲烷(三溴甲烷、三氯甲烷、一溴二氯甲烷、一氯二溴甲烷)、卤乙酸(一溴乙酸、二溴乙酸、三溴乙酸、一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸)、卤代酚(2
‑
溴苯酚、3
‑
溴苯酚、4
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溴苯酚、2，6
‑
二溴苯酚、2，4
‑
二溴苯酚、3
‑
溴邻苯二酚、4
‑
溴邻苯二酚、2
‑
溴间苯二酚、4
‑
溴间苯二酚、2
‑
溴对苯二酚、2，4，6
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三溴苯酚、2
‑
氯苯酚、3
‑
氯苯酚、4
‑
氯苯酚、2，5
‑
二氯苯酚、2，3
‑
二氯苯酚、2，4
‑
二氯苯酚、3，4
‑
二氯苯酚、3
‑
氯邻苯二酚、4
‑
氯邻苯二酚、2
‑
氯对苯二酚、2，5
‑
二氯间苯二酚、4，6
‑
二氯间苯二酚)中的任意一种总生成量或总有机卤(TOX)。
[0012]其特征在于(六)在于铁碳复合材料表面的具有还原性的铁及其化合物、含碳官能团能够提供电子，通过界面还原作用，迅速将具有氧化性的活性卤以及卤素自由基还原为卤素离子，抑制了活性卤以及卤素自由基进一步氧化水体中的溶解性有机质形成卤代副产物，从而达到了卤代副产物削减的目的；另一方面，具有还原性的铁及其化合物、含碳官能团还可促使已形成的卤代副产物进行脱卤反应，使有机卤还原为卤素离子，从而减少卤代副产物的生成。
[0013]其特征在于(七)在中性条件下，对有机物的去除率可达到74～85％，卤代副产物总生成量可减少90～99％，实现了去除有机污染物协同控制卤代副产物产生。
[0014]其特征在于(八)该水处理方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活化过硫酸盐去除有机污染物协同控制卤代副产物的水处理方法，其特征在于将铁碳复合材料和过硫酸盐同时投加于水体中，铁碳复合材料活化过硫酸盐产生羟基自由基、硫酸根自由基、超氧阴离子自由基、单线态氧以及高铁酸盐等活性氧物种，降解水中有机污染物；同时，通过铁碳复合材料界面还原作用，抑制活性卤以及卤素自由基产生，削减卤代副产物产生。2.权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述铁碳复合材料中铁元素存在形式是Fe0、Fe3O4、Fe2O3、FeS和Fe3C中的至少一种，碳元素存在形式为活性炭、石墨碳、生物炭和热解炭中的至少一种，铁元素和碳元素质量百分比为0.001～0.1:0.75～0.97。3.权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述过硫酸盐为单过硫酸盐和过二硫酸盐中的至少一种。4.权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述处理对象为饮用水、地下水、工业用水中的至少一种；所述水体应同时含有有机污染物和浓度为79.9～7990mg/L的卤素离子。5.权利要求1所述的水处理方法，其特征在于可按如下步骤完成水处理应用：(1)铁碳复合材料在水中的投加量为500～800mg/L；(2)过硫酸盐在水中的投加量为0.65～3.25mmol/L；(3)水中有机污染物的浓度为0.1～0.5mmol/L；(4)反应器停留时间为10～1080min；(5)待处理水体pH范围为6～9。6.权利要求1所述的水处理方法，其特征在于所述卤代副产物包括：三卤甲烷(三溴甲烷、三氯甲烷、一溴二氯甲烷、一氯二溴甲烷)、卤乙酸(一溴乙酸、二溴乙酸、三溴乙酸、一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸)、卤代酚(2
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溴苯酚、3
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溴苯酚、4
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溴苯酚、2，6
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二溴苯酚、2，4
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二溴苯酚、3
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溴邻苯二酚、4
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溴邻苯二酚、2
‑
溴间苯二...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐飞，衡贝贝，王振北，李晨，洪桥峰，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：