超声吸附协同去除水中污染物的方法技术

本发明专利技术涉及一种超声吸附协同去除水中污染物的方法，旨在实现水中污染物的快速、高效去除。在对待处理水进行超声处理过程中加入特定的吸附剂（如硅藻土、粉煤灰等），使其在超声过程得到有效分散，促进吸附过程的发生；同时由于污染物在吸附剂上的富集及吸附剂的催化作用，吸附过程可强化超声去除作用，从而产生协同作用。本发明专利技术方法中超声辐射和吸附剂协同作用去除水中污染物，所需超声辐射能量较低、能耗总体较小，固体吸附剂易于通过沉淀、过滤、絮凝等过程快速去除。本发明专利技术方法可以实现有机污染物、重金属的快速去除及杀菌消毒；也可以用于给水的处理，如采用硅藻土为吸附剂，可有效去除水中的农药、表面活性剂等芳香类污染物和腐植酸。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，旨在实现水中污染物的快速、高效去除。在对待处理水进行超声处理过程中加入特定的吸附剂（如硅藻土、粉煤灰等），使其在超声过程得到有效分散，促进吸附过程的发生；同时由于污染物在吸附剂上的富集及吸附剂的催化作用，吸附过程可强化超声去除作用，从而产生协同作用。本专利技术方法中超声辐射和吸附剂协同作用去除水中污染物，所需超声辐射能量较低、能耗总体较小，固体吸附剂易于通过沉淀、过滤、絮凝等过程快速去除。本专利技术方法可以实现有机污染物、重金属的快速去除及杀菌消毒；也可以用于给水的处理，如采用硅藻土为吸附剂，可有效去除水中的农药、表面活性剂等芳香类污染物和腐植酸。【专利说明】
本专利技术涉及水处理应用
，具体涉及一种超声和吸附剂协同去除水中污染物的方法。
技术介绍
超声波是指频率比人耳所能听到的频率范围更高的弹性波。超声在液体中的波长为0.015~10 Cm (相当于15 kHz至10 MHz)，远远大于分子的尺寸，因此超声波对有机物的去除不是直接的声波作用。超声波通过液体介质向四周传播，当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。气泡破灭时，在气泡周围微小空间形成局部热点，产生高温(5000 K)、高压(50 Mpa)，并产生速度约110 m/s的具有强烈冲击力的微射流，并在液体中伴有强大的冲击波。由于空化泡崩灭时的强大流体力学剪切力，会使大分子有机物碳链上的碳键发生断裂，伴随着高活性自由基(H.，.0Η，.HO2)的产生，具体见式(1)_(4)。这些条件足以使有机物在空化气泡内发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解或自由基反应，为有机物的去除创造了一个极端的物理环境。H2O))))) — H.+ H0.(I) H.+ O2 —.HO2 — H0.+ 1/202(2) O2 — 2.0(3) ? O + H2O — 2Η0.(4) 但是超声波对有机物的去除和去除是基于高耗能的基础上的，而且去除效率有限，因此出现了超声技术和其它去除过程如光催化、过氧化氢氧化、Fenton氧化、臭氧氧化、电化学技术的联合应用。超声和过氧化氢、Fenton试剂和臭氧等氧化剂联合使用时，由于超声能耗本身较高，再加上氧化试剂的费用，导致总体成本过高，不利于实际应用。在超声催化去除污染物物的过程中，多选用二氧化钛、氧化锌等具备光催化活性的氧化物，虽然可以实现氯酚、染料、农药和杂环类有机污染物的快速去除(王颖，牛军峰，张哲，隆兴兴.超声-光催化去除水中有机污染物.化学进展，2008，20 (10):1621-1627)，但是在实际水处理过程中，这些可能使用的纳米级光催化剂不但价格较高、难于回收重复使用，而且还可能破坏水体生态。吸附技术是迄今为止已经开展广泛研究和应用的水处理技术之一，可将污染物直接从液相快速分离出来而不引起后续的污染。有机污染物和重金属等典型污染物可被快速高效地从水中吸附去除，因此吸附过程被美国环保署认为是最具实际应用价值的水处理技术。但由于吸附剂性质的差异导致吸附去除污染物的效率仍然差强人意，而且所用的这些吸附剂成本较高，难以推广普及。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低能耗、低成本的，该方法实现超声和吸附技术在水处理中的集成应用，处理效率稳定、可靠，能够适用于较宽的废水pH值范围，对于水中的主要有机污染物、无机污染物和细菌、病毒等生物污染物都具有快速、高效去除和杀灭的功能，进而实现水质的高效净化。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是: 在对待处理水进行超声处理过程中加入特定的吸附剂(如硅藻土、粉煤灰等)，这类吸附剂在超声波辐照过程中能够得到有效分散，促进吸附过程的发生；同时由于污染物在吸附剂上的富集及吸附剂的催化作用，吸附过程可强化超声去除作用，从而产生协同作用，实现超声技术和吸附技术的集成应用。具体方法如下: 向待处理水中加入吸附剂，同时以20~1000 kHz、声强0.2~10 W/cm2的超声波辐照5~120 min，所述吸附剂含粉煤灰、硅藻土中的至少一种。所处理的废水、污水或给水原水水流运行方式或采用动态，或采用静态。优选的超声波频率范围为30~300 kHz、声强为0.3~6W/cm2。针对不同的水质和运行成本，只需以上参数范围内调整适宜的超声频率、功率和吸附剂就可实现污染物的高效超声吸附协同去除。所述吸附剂与待处理污水的固液比为0.1~200 mg:20mL。针对不同的水质和运行成本，只需以上参数范围内调整适宜的超声频率、功率和吸附剂(适宜种类和用量)就可实现污染物的高效超声吸附协同去除。以重量百分比计，所述吸附剂中还含有电气石、麦饭石中的至少一种，其添加量以在待处理水中的含量达到I~100 mg/L为准。所述粉煤灰的粒度为1`500~50目。所述硅藻土的粒度为1500~50目。所述吸附剂的再生利用方法可以采用传统吸附剂普遍采用的方法，如碱性条件下再生、高温氧化再生和投加氧化剂再生等常规方法。向待处理给水原水中加入吸附剂硅藻土后，不需调节溶液pH值即可进行超声波辐照处理。向待处理污水中加入吸附剂粉煤灰后，可以调节其溶液pH值至5~9后再进行超声波辐照处理，以增强除污效果。本专利技术具有积极有益的效果: 1.本专利技术方法中超声辐射和吸附剂协同作用去除水中污染物，所需超声辐射能量较低、能耗总体较小，固体吸附剂易于通过沉淀、过滤、絮凝等过程快速去除。2.本专利技术所述的超声吸附水处理过程可以单独使用，亦可和其它水处理单元操作相结合，实现最优的水质处理效果；本专利技术方法不仅适用于大批量水的水质处理，也适用于较少产生量和使用量的水质净化和提升，如医疗废水等。3.本专利技术所涉及的能够与超声辐射产生协同作用的硅藻土等矿物，以及粉煤灰等固体废弃物，廉价易得(如粉煤灰本身就是废弃物再利用)，净化成本低廉；用于该协同过程处理废水可以实现“以废治废”的目的，具有潜在的经济价值。这些使用过的吸附材料可以用在建筑材料加工上，不会产生最终处置问题。4.本专利技术方法可用于废水或污水(包括有机污染物、重金属、放射性核素以及细菌和病毒等生物污染)的处理，如采用粉煤灰、硅藻土等作为吸附剂，可以实现有机污染物的快速去除，也可以实现重金属的吸附去除；也可以用于给水的处理，如采用硅藻土为吸附剂，可有效去除水中的农药、表面活性剂等芳香类污染物和腐植酸，有效保证水质安全；如果在吸附剂中加入电气石、麦饭石等天然矿物，就可在水中添加对人体有益的营养元素，大幅提闻水质。【专利附图】【附图说明】图1为超声波-粉煤灰协同去除偶氮染料酸性橙II过程中酸性橙II紫外-可见光谱随时间的变化趋势图； 图2为单独超声去除、单独粉煤灰吸附和超声波-粉煤灰协同去除酸性橙II过程的一级动力学模拟图； 图3为不同反应pH条件下超声波-粉煤灰协同去除偶氮染料酸性橙II的去除率趋势图； 图4为不同反应pH条件下超声波-硅藻土协同去除亚甲基蓝去除率趋势图； 图5为不同硅藻土投加量条件下超声波-硅藻土协同去除亚甲基蓝去除率趋势图； 图6粉煤灰连续再生后用于超声波-粉煤灰协同去除偶氮染料酸性橙II的去除率趋势图。【具体实施方式】以下结合具体实施例进一步阐述本专利技术。实施例1超声波-粉煤灰协同去除水中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李国亭，蒋蒙宾，郭毅萍，李凯慧，张鹏，王斌斌，赵伟高，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：