申请日2015.11.11
公开(公告)日2016.03.23
IPC分类号C02F1/72; C02F1/52; C02F1/50; C01G49/00
摘要
一种在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法及系统，该方法包括以下步骤：(1)在线制备高铁酸盐混合液;(2)将高铁酸盐混合液投加到污水中并搅拌，高铁酸盐与污水中还原性物质反应，直至反应完全;(3)对污水进行调节沉淀，使污水pH值调节为中性，使水中的金属离子沉淀去除，同时也能够使水中的磷酸盐得以沉淀去除;然后静置，使污水得到最终处理;第一种系统包括第一反应池，高铁酸盐产生池，污水反应池和调节沉淀池，四个池体内均设置有搅拌器，各池依次连接;第二种系统包括第一反应池、高铁酸盐产生池和污水反应沉淀池。本发明将在线湿法制备的高铁酸盐直接用于污水处理，操作运行更加简便，提高了高铁酸盐的产率经济成本更低。
权利要求书
1.在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法，其特征是，包括以下步骤：
(1)在线制备高铁酸盐：
将漂白粉与水搅拌混合成为混合液，并产生饱和次氯酸钙溶液，将混合液中加入NaOH搅拌混合，再加入FeNO3、Fe2(SO4)3或FeCl3，饱和次氯酸钙与NaOH的反应产物与FeNO3、Fe2(SO4)3或FeCl3反应生成高铁酸盐，得到高铁酸盐混合液;
(2)调节污水的pH值为2-3，将步骤(1)制备的高铁酸盐混合液投加到污水中并搅拌，高铁酸盐与污水中还原性物质反应，直至反应完全;
(3)与高铁酸盐反应后的污水中含有Fe(OH)3和Ca(OH)2，起到混凝絮凝作用，使水中的金属离子沉淀去除，同时也能够使水中的磷酸盐得以沉淀去除;然后静置，使污水得到最终处理。
2.根据权利要求1所述的在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法，其特征是，所述步骤(1)中漂白粉中的有效氯含量大于8%。
3.根据权利要求1所述的在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法，其特征是，所述步骤(1)中漂白粉与水质量比为1:25-1:35，饱和次氯酸钙溶液与NaOH体积质量比为8ml:1g～12ml:1g，NaOH与Fe(NO3)3质量比为0.8:1～1.2:1，NaOH与Fe2(SO4)3质量比为0.5:1～1.2，NaOH与FeCl3质量比1.0:1～1.2:1。
4.一种在线制备高铁酸盐进行污水处理的系统，其特征是，包括第一反应池、高铁酸盐产生池、污水反应池和调节沉淀池，四个池体内均设置有搅拌器，第一反应池上的出液口通过第一管路与高铁酸盐产生池相连，高铁酸盐产生池的出液口通过第二管路与污水反应池相连，污水反应池的出液口通过第三管路与调节沉淀池连接，第一管路和第二管路均设置有计量泵、流量计和阀门，第三管路上连接有阀门，污水反应池上设置有污水进口，调节沉淀池上设有排水口和排泥口。
5.一种在线制备高铁酸盐进行污水处理的系统，其特征是，包括第一反应池、高铁酸盐产生池和污水反应沉淀池，三个池体内均设置有搅拌器，第一反应池上的出液口通过第一管路与高铁酸盐产生池相连，高铁酸盐产生池的出液口通过第二管路与污水反应沉淀池相连，第一管路和第二管路均设置有计量泵、流量计和阀门，污水反应沉淀池上设置有污水进口、排水口和排泥口。
说明书
一种在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种通过在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法及系统，属于高铁酸盐处理污水技术领域。
背景技术
高铁酸盐是一种氧化能力极强的六价铁化合物，其氧化还原电位高于常见的氧化剂臭氧、高锰酸盐和次氯酸盐，可以同时满足杀菌消毒、氧化有机物及混凝助凝等多种需要，与含氯消毒剂相比，不会产生致癌、致畸变、致突变的氯代衍生物。高铁酸盐被认为是绿色环保的新型污水处理剂，在水处理中具有广阔的应用前景。大量研究表明，高铁酸盐对废水中酚类、络合金属、氨氮、环丙沙星、偶氮染料、磷酸盐、苯胺、砷等污染物均具有较好的去除效果。高铁酸盐制备及其在水处理领域中的应用研究已成为研究热点之一。但是由于高铁酸盐提取率低和贮存时间短等原因使得高铁酸盐难于大规模工业生产，加之高铁酸盐制备成本较高，且高铁酸盐不稳定，在水溶液或潮湿环境中极易分解，使其推广应用受到限制。因此，研究一种简便、高效、低成本、易操作的制备及应用方法是解决目前高铁酸盐难于大规模应用的主要手段。
目前高铁酸盐的制备方法主要有高温熔融法、湿法氧化法和电解法等。其中湿法氧化法主要指的是次氯酸盐氧化法，该方法具有研究较早，工艺相对成熟、生产设备简单、产品纯化度较高、实验室容易实现等特点，在实际中研究应用较多。湿法氧化法最初是在搅拌条件下，向Fe(Ⅵ)液中加入饱和KOH溶液，抽滤，得到粗品K2FeO4，粗品溶解于3mol/LKOH溶液中，然后在冰水冷却的条件下，将此溶液加入到饱和KOH溶液中，再次析出K2FeO4，抽滤、洗涤、干燥。但是这种方法制备费用高，加之高铁酸盐的稳定性差，在废水处理中难于应用。为了降低制备成本，在制备前期用NaOH代替了部分价格较高的KOH，但是成本仍然较高，同时制作程序复杂，高铁酸盐的提取率较低。为了进一步降低高铁酸盐的制备及应用成本，人们将上述方法进一步改进，采用简易制备方法，省去了除盐纯化和干燥的程序，大大降低了制备的成本，也克服了高铁酸盐稳定性差的缺点，在高铁酸盐的应用上又前进了一步，但是这种方法仍然存在费用偏高的问题，因此研究高铁酸盐制备及应用的更经济有效的方法具有重要的意义。
中国专利文献CN103058281A提供了一种《一种在线湿化学法制备高铁酸盐的工艺及装置》，通过第一储罐的NaOH和NaClO混合溶液，传送带输送的固体FeNO3或第三储罐的FeNO3溶液送入第二混合储罐或静态混合器进行充分混合得到反应混合液，将反应混合液送入环形管，从环形管的液体出口得到高铁酸盐液体产品。该工艺及装置虽然能够在线间歇式或连续生产液体高铁酸盐，但是同样不能解决高铁酸盐稳定性差的问题，不能将制备的高铁酸盐及时进行利用，同时，由于所用试剂价格较高，使制备成本较高，限制其在实际中的应用。
综上可知，尽管高铁酸盐被誉为“绿色”化学品，但制约它应用的主要有两个因素，一个是制备条件苛刻，成本高;另一个就它的不稳定性，潮湿状态下尤其不稳定。在水处理应用过程中发现，使用高铁酸钾晶体在水中溶解也是一个较为缓慢的过程，必须通过强力搅拌或射流喷射等方法才能加速其溶解，并且在溶解的过程中高铁酸钾的降解也很严重。可见高铁酸盐在现场生产更实际一些，而且用于水处理时，无需提纯成晶体，直接应用高铁酸盐溶液，能避免提纯再溶解这一重复工作造成的药剂和能量的浪费。
发明内容
为降低高铁酸盐的制备成本，提高高铁酸盐在污水处理中的可应用性，本发明提供一种经济有效、运行过程简便、处理效果好的在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法，同时提供一种实现该方法的系统。
本发明的在线制备高铁酸盐进行污水处理的方法，包括以下步骤：
(1)在线制备高铁酸盐：
将漂白粉与水搅拌混合成为混合液，并产生饱和次氯酸钙溶液，将混合液中加入NaOH搅拌混合，再加入FeNO3、Fe2(SO4)3或FeCl3，饱和次氯酸钙与NaOH的反应产物与FeNO3、Fe2(SO4)3或FeCl3反应生成高铁酸盐，得到高铁酸盐混合液;
(2)调节污水的pH值为2-3，将步骤(1)制备的高铁酸盐混合液投加到污水中并搅拌，高铁酸盐与污水中还原性物质反应，直至反应完全;
(3)与高铁酸盐反应后的污水中含有Fe(OH)3和Ca(OH)2，起到混凝絮凝作用，使水中的金属离子沉淀去除，同时也能够使水中的磷酸盐得以沉淀去除;然后静置，使污水得到最终处理。
所述步骤(1)中漂白粉中的有效氯含量大于8%。
所述步骤(1)中漂白粉与水质量比为1:25-1:35，饱和次氯酸钙溶液与NaOH体积质量比为8ml:1g～12ml:1g，NaOH与Fe(NO3)3质量比为0.8:1～1.2:1，NaOH与Fe2(SO4)3质量比为0.5:1～1.2，NaOH与FeCl3质量比1.0:1～1.2:1。
实现上述方法的在线制备高铁酸盐进行污水处理的系统，可以采用两种结构形式，第一种采用以下技术方案：
该装置，包括第一反应池、高铁酸盐产生池、污水反应池和调节沉淀池，四个池体内均设置有搅拌器，第一反应池上的出液口通过第一管路与高铁酸盐产生池相连，高铁酸盐产生池的出液口通过第二管路与污水反应池相连，污水反应池的出液口通过第三管路与调节沉淀池连接，第一管路和第二管路均设置有计量泵、流量计和阀门，第三管路上连接有阀门，污水反应池上设置有污水进口，调节沉淀池上设有排水口和排泥口。
第二种在线制备高铁酸盐进行污水处理的系统，采用以下技术方案：
该装置，包括第一反应池、高铁酸盐产生池和污水反应沉淀池，三个池体内均设置有搅拌器，第一反应池上的出液口通过第一管路与高铁酸盐产生池相连，高铁酸盐产生池的出液口通过第二管路与污水反应沉淀池相连，第一管路和第二管路均设置有计量泵、流量计和阀门，污水反应沉淀池上设置有污水进口、排水口和排泥口。
本发明采用漂白粉、NaOH、FeNO3或Fe2(SO4)3为原料，将在线湿法制备的高铁酸盐直接用于污水处理，无须进行离心分离、洗涤、纯化等过程，省去复杂的提纯过程，操作运行更加简便，对设备的要求也相对较低;同时提高了高铁酸盐的产率，达到相同水处理效果时，高铁酸钠混合溶液的投加量更少，所以经济成本更低。克服了高铁酸盐稳定性差的问题，广泛应用于污水中有机物、金属等污染物的去除，并适合污水的脱氮除磷。
