申请日2015.10.28
公开(公告)日2016.01.20
IPC分类号C02F9/04; C02F11/12; B01J23/745
摘要
本发明涉及一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，具体步骤为：深度处理投加过H2O2和FeSO4的废水，经过芬顿反应后其pH值为2.0～4.5，所得产物通入化学反应单元，向其中投加液碱，搅拌混合，控制最终pH值为5.5～6.0;随后所得产物进入沉淀单元，所得沉淀物为铁泥，铁泥主要成份为γ-FeOOH和α-FeOOH;将所得沉淀物铁泥使用常规脱水工艺，控制其含水率为65～85%;向沉淀后得到的上清液中投加液碱，进行中和反应，搅拌混合，控制所得上清液的最终pH值为6.5～7.5;中和反应过程中仍会形成极少量的悬浮物，所述悬浮物通过接触过滤单元去除，最终废水达标排放。本发明对污水深度处理中产生的铁泥，不仅不再需要支付处理处置费用，且成为有价值的资源。
权利要求书
1.污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)深度处理投加过H2O2和FeSO4的废水，经过芬顿反应后其pH值为2.0～4.5，芬顿反应处理后所得废水通入化学反应单元，向其中投加液碱，搅拌混合，控制最终所得废水的pH值为5.5～6.0;随后所得产物进入沉淀单元，所得沉淀物为铁泥，铁泥主要成份为γ-FeOOH和α-FeOOH;
(2)将步骤(1)所得沉淀物铁泥使用常规脱水工艺，控制其含水率为65～85%;
(3)向步骤(1)沉淀后得到的上清液中投加液碱，进行中和反应，搅拌混合，控制所得上清液的最终pH值为6.5～7.5;中和反应过程中仍会形成极少量的悬浮物，所述悬浮物通过接触过滤单元去除，最终处理后的废水达标排放。
2.根据权利要求1所述的污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，其特征在于步骤(1)中，在秋季、冬季或春季运行时，当气温最高温度低于28℃，废水水温低于22℃时，得到的铁泥中γ-FeOOH含量较大;温度越低，γ-FeOOH比例越高，催化O3氧化的效果越好;将步骤(2)所得铁泥不加热，直接进行自然风干，控制含水率在20%以下，即得到品质较好的催化材料原料。
3.根据权利要求1所述的污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，其特征在于在夏季运行时，当气温最高温度高于28℃，废水水温高于22℃时，得到的铁泥中α-FeOOH含量较大，γ-FeOOH低小，催化O3氧化的效果较差;将步骤(2)脱水铁泥热干化，含水率低至10%以下，得到纯度较高的α-FeOOH原料，可作为工业原料应用。
4.根据权利要求1所述的污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，其特征在于步骤(1)和步骤(3)中所述液碱为NaOH溶液。
说明书
污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法
技术领域
本发明涉及水污染控制领域，具体涉及一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法。
背景技术
芬顿法是著名的催化氧化反应，1893年由化学家FentonHJ发现。尽管化学界和环境科学界对该方法早已有深入研究，但在污水处理中大规模应用还不足十年的历史。特别在我国，近年来废水排放标准日益严格，传统的生物处理方法对众多的工业废水无法达到排放标准，因此深度处理工艺纷纷上马。在众多处理工艺中，唯芬顿法最为可靠与稳定，已成为污水深度处理的主导工艺。据了解，目前在我国已有数家超十万吨/日处理规模的污水处理厂采用了芬顿法深度处理工艺。生产实践表明：对于一般化工园区废水，经芬顿法深度处理后可稳定达标，其水处理药剂成本在工程经济可接受的范围内;但出现的问题是：产生的污泥量太多，工程经济难以忍受。出现这种情况源于芬顿法本身：催化氧化反应必须在酸性条件(pH<3.5)下进行，反应后仍需把废水调至中性(排放标准要求)，反应还必须有Fe2+催化，故使用芬顿法需要投加大量的酸、碱和FeSO4盐。以实际污水厂为例，生化处理后出水投加FeSO4盐量约为1000mg/L，理论产泥量约5.8吨/万吨水，这种泥基本为铁的化合物(以下简称“铁泥”)，约为城市污水厂产泥量的五倍。这样，深度处理中每吨水处理药剂费和电费仅约1.6元，而产生污泥处理费同样约为1.6元。不仅处理成本大幅上升，也带来了产生污泥的二次污染问题。因此，探求深度处理中产生铁泥的出路及资源化利用方法，对降低污水处理费用、解决二次污染问题有其重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法。本发明对污水深度处理中产生的铁泥，不仅不再需要支付处理处置费用，且成为有价值的资源。
一般污水处理工艺(如混凝沉淀)中产生的沉淀物由于含有大量的杂质，而难以资源化利用。但通过分析发现：污水深度处理芬顿法产生的铁泥是一例外。经生化处理后废水中的悬浮物和溶解的可降解有机物基本被去除，废水呈无色、无味、透明态，仅存少量溶解性有机物。以实际处理工艺为例，某厂经深度处理后有机物浓度COD从140mg/L降至70mg/L，若以实际有机物干重计，残余量不足26mg/L，而催化氧化反应后产生的铁泥量约为580mg/L，若10%有机物被后产生的沉淀物所吸附，则吸附量为2.6/580，不足0.5%，已满足一般材料中杂质限量的工业标准。
Fe2+在氧化环境中极易被氧化为Fe3+，而在不同pH、不同温度条件下形成不同种类、不同晶型的Fe(III)化合物沉淀。本发明的思路是：深度处理过程中芬顿氧化后，调节pH值，分步进行沉淀，创造特定种类和晶型的Fe(III)化合物沉淀条件，以提高沉淀物的价值。
本发明提出的污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法，具体步骤如下：
(1)深度处理投加过H2O2和FeSO4的废水，经过芬顿反应后其pH值为2.0～4.5，芬顿反应处理后所得废水通入化学反应单元，向其中投加液碱，搅拌混合，控制最终所得废水pH值为5.5～6.0;随后所得产物进入沉淀单元，所得沉淀物为铁泥，铁泥主要成份为γ-FeOOH和α-FeOOH;
(2)将步骤(1)所得沉淀物铁泥使用常规脱水工艺，控制其含水率为65～85%;
(3)向步骤(1)沉淀后得到的上清液中投加液碱，进行中和反应，搅拌混合，控制所得上清液的最终pH值为6.5～7.5;中和反应过程中仍会形成极少量的悬浮物，所述悬浮物通过接触过滤单元去除，最终处理后的废水达标排放。
本发明中，步骤(1)和步骤(3)中所述液碱为NaOH溶液。
本发明中，步骤(1)中，在秋季、冬季或春季运行时，当气温最高温度低于28℃，废水水温低于22℃时，得到的铁泥中γ-FeOOH含量较大。温度越低，γ-FeOOH比例越高，催化O3氧化的效果越好。此时，将步骤(2)所得铁泥进行自然风干(不加热)，控制含水率在20%以下。即得到品质较好的催化材料原料。
本发明中，在夏季运行时，当气温最高温度高于28℃，废水水温高于22℃时，得到的铁泥中α-FeOOH含量较大，γ-FeOOH低小，催化O3氧化的效果较差。此时，可将步骤(2)脱水铁泥热干化(常规工艺)，含水率低至10%以下，得到纯度较高的α-FeOOH原料，可作为工业原料应用。
本发明的有益效果在于：现深度处理芬顿法产生的铁泥，视同一般污水处理中产生的污泥，需要进行后继处理与处置，对于含水率80%的铁泥，“填埋”处理费用一般超过100元/吨，而焚烧等热处理方法，费用更高，超过300元/吨。而通过秋季、冬季或春季运行时得到的铁泥，具有较强的催化O3的功效，是另一种污水深度处理高级氧化方法的催化剂，附加值较高;也可用于生产无机颜料等。对通过夏季运行时得到的铁泥，是化工中的重要原料，可用于生产无机颜料等，具有一定的价值。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1：富含γ-FeOOH铁泥的制备
(1)冬季，水温5℃，染整与化学工业区污水深度处理。投加过H2O2和FeSO4的废水，芬顿反应后其pH值在2.5。引入至化学沉淀反应单元，投加液碱(NaOH溶液)，搅拌混合，最终pH值控制在5.5;随后进入沉淀单元，其沉淀物铁泥中γ-FeOOH超过60%。
(2)沉淀后的铁泥，使用常规脱水工艺，使之含水率在65～85%范围。
(3)将脱水铁泥自然风干，含水率至20%以下。即得到品质较好的催化材料原料。
实施例2：富含γ-FeOOH铁泥的制备
(1)秋季，水温22℃，最高气温低于28℃。投加过H2O2和FeSO4的废水，芬顿反应后其pH值在4.5。引入至化学沉淀反应单元，投加液碱(NaOH溶液)，搅拌混合，最终pH值控制在6.0;随后进入沉淀单元，其沉淀物铁泥中γ-FeOOH超过30%。
(2)沉淀后的铁泥，使用常规脱水工艺，使之含水率在65～85%范围。
(3)将脱水铁泥自然风干，含水率至20%以下。即得到品质较好的催化材料原料。
实施例3：富含α-FeOOH铁泥的制备
(1)夏季，水温超过22℃，最高气温超过28℃。投加过H2O2和FeSO4的废水，芬顿反应后其pH值在4.5。引入至化学沉淀反应单元，投加液碱(NaOH溶液)，搅拌混合，最终pH值控制在6.0;随后进入沉淀单元，其沉淀物铁泥其α-FeOOH超过70%。
(2)沉淀后的铁泥，使用常规脱水工艺，使之含水率在65～85%范围。
(3)将脱水铁泥热干化(常规工艺)，含水率低至10%以下，得到纯度较高的α-FeOOH原料，可作为工业原料应用。
