申请日2015.09.28
公开(公告)日2015.12.23
IPC分类号C02F1/72
摘要
本发明公开了一种铁废弃物回用于芬顿技术的方法，包括如下步骤：向待处理废水中加入双氧水、铁废弃物和活化剂，搅拌使所述铁废弃物分散于反应体系中，反应，然后进行固液分离，所述的活化剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁、亚硫酸钙、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸钙、硫代硫酸镁、硼氢化钠、硼氢化钾、盐酸羟胺、抗坏血酸中的任意一种或几种的混合物。该方法有效实现了多种铁废弃物的回收利用，同时通过投加活化剂的方法实现了铁泥零排放，有效地减少了环境污染。本发明还提出了可以实现上述方法的水处理装置。本发明大大提高了铁废弃物在芬顿体系中的反应速率，拓宽芬顿体系的有效pH范围，同时实现了铁泥的零排放，有利于减少环境污染。
摘要附图
权利要求书
1.一种铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于，包括如下步骤：向 待处理废水中加入双氧水、铁废弃物和活化剂，搅拌使所述铁废弃物分散于反应 体系中，反应，然后进行固液分离，其中，所述的活化剂为亚硫酸钠、亚硫酸钾、 亚硫酸镁、亚硫酸钙、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代硫酸钙、硫代硫酸镁、硼 氢化钠、硼氢化钾、盐酸羟胺、抗坏血酸中的任意一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于， 所述的待处理废水中有机污染物的浓度为1～1000mg/L;所述的双氧水的浓度为 1～10mmol/L;所述的活化剂的浓度为0.1～1mmol/L;所述的铁废弃物的投加量为 0.1～2g/L。
3.根据权利要求1所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于， 所述的搅拌速率为50～500r/min，搅拌时间为5min～2h。
4.根据权利要求1所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于， 所述的待处理废水为难降解有机废水，为印染废水、煤化工废水、石化废水、制 药废水、油漆废水、啤酒废水、酒精废水中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于， 所述的铁废弃物为铁的有效成分高于40%的铁废弃物，所述的铁的有效成分为零 价铁、铁氧化物、铁的氢氧化物、硫化亚铁、二硫化亚铁、铁矿石、二价铁盐和 三价铁盐中的任意一种或几种的混合物，或者所述的铁废弃物为传统芬顿反应过 程中产生的铁泥。
6.根据权利要求5所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于，所 述的铁氧化物为FeO、Fe2O3、Fe3O4中的任意一种或几种的混合物;所述的铁的 氢氧化物为Fe(OH)2、Fe(OH)3、α-FeOOH、β-FeOOH和γ-FeOOH中的任意一种 或几种的混合物;所述的铁矿石为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿和菱铁矿中 的任意一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的铁废弃物回用于芬顿技术的方法，其特征在于， 整个反应体系适用的pH范围为1～6。
8.一种铁废弃物回用于芬顿技术的水处理装置，其特征在于，该装置包括 中央控制系统、蠕动泵、流量计、双氧水储液槽、活化剂储液槽、待处理废水储 液槽、铁废弃物自动投加系统、搅拌系统、pH调节系统、液位计、芬顿反应器、 排水管和放空排泥管，所述双氧水储液槽、活化剂储液槽、待处理废水储液槽分 别依次与蠕动泵和流量计连接，通过蠕动泵将双氧水、活化剂和待处理废水分别 投加至芬顿反应器中;所述搅拌系统、液位计和pH调节系统设置于所述芬顿反 应器中;所述排水管设置于所述芬顿反应器的下部，所述放空排泥管设置于所述 芬顿反应器的底部;所述蠕动泵、流量计、铁废弃物自动投加系统、搅拌系统、 pH调节系统和液位计均由中央控制系统程序控制。
9.根据权利要求8所述的水处理装置，其特征在于，放空排泥管的末端连 接铁废弃物自动投加系统，当对所述芬顿反应器进行检修时，中央控制系统控制 与所述放空排泥管连接的蠕动泵将芬顿反应器内的剩余铁泥排出暂存至铁废弃 物自动投加系统。
10.一种利用权利要求8所述的水处理装置处理废水的方法，其特征在于， 包括如下步骤：
(1)进水阶段：中央控制系统控制与待处理废水储液槽连接的蠕动泵和流 量计将待处理废液从待处理废水储液槽中加入至芬顿反应器，当芬顿反应器液面 达到最高时，液位计传输信号至中央控制系统，停止待处理废水的进水;
(2)反应：由中央控制系统启动搅拌系统开始运行，同时控制连接活化剂 储液槽的蠕动泵开始工作，待投加剂量达到要求时，与活化剂储液槽连接的流量 计传输信号至中央控制系统，停止活化剂的加液;同时控制铁废弃物自动投加系 统和pH调节系统开始工作，待pH调节至反应要求值时，控制与双氧水储液槽 连接的蠕动泵开始工作，待投加剂量达到要求时与双氧水储液槽连接的流量计传 输信号至中央控制系统，停止双氧水的加液，开始反应;
(3)沉淀：待反应完成后，停止搅拌，静置半小时;
(4)出水：打开排水管开始进行排水，待液面达到最低时，液位计传输信 号至中央控制系统，停止排水，整个反应过程即完成。
说明书
一种铁废弃物回用于芬顿技术的方法及其水处理装置
技术领域
本发明涉及固体废弃物的资源化和化学氧化处理有机废水技术领域，具体地 涉及一种铁废弃物回用于芬顿技术的方法及其水处理装置。
技术背景
近年来，随着经济的快速发展，各类工业废料的产量与日俱增，工业铁废弃 物便是其中最典型的例子之一。冶金和化工行业是工业铁渣的两大主要来源，大 量的含铁废弃物被当成废料或堆放一边，或被填埋，不仅占用土地，污染环境， 还造成资源的极大浪费。水厂和污水厂也是铁废弃物的来源之一，铁盐混凝法处 理废水时，沉淀池底泥一般都含有较多的氢氧化铁沉淀物，即铁泥。芬顿氧化法 是工业废水处理中常用到的工艺，其机理可以概述为：催化剂Fe2+和H2O2组成 芬顿试剂，Fe2+可以分解H2O2生成氧化性极强的羟基自由基，进而氧化目标有 机物，但反应结束后Fe2+离子会生成大量的铁泥沉淀物，而铁泥很难继续参与芬 顿反应。
这些铁废弃物如果不妥善处理会产生各种危害，如占用大量土地、污泥堆放 会破坏土壤的结构、直接排放严重污染水体、加重大气污染、严重危害人类健康。 因此，如何实现铁废弃物的处理处置和回收利用是环境保护工作者面临的迫切问 题。
非均相芬顿反应可以将部分铁氧化物或者铁的氢氧化物、零价铁等作为催化 剂，与双氧水反应产生羟基自由基降解目标有机物。但非均相芬顿反应为界面反 应，传质过程会限制整个反应的速率。因此有研究提出可以通过投加有机络合剂 (如草酸等)或者引入紫外光照等手段来提高反应速率。有机络合剂的投加会对 水体造成二次污染;紫外光催化芬顿技术的成本较高，难于大规模应用。另外， 非均相芬顿反应中使用的铁氧化物或者铁的氢氧化物、零价铁等催化剂，随着使 用次数的增加，会逐渐失活，而这些失活催化剂的处理处置也是环境工作者面临 的难题。因此寻找既可以加速非均相芬顿反应速率，同时也能实现铁泥零排放的 新型芬顿技术或者装置成为必须。
发明内容
发明目的：为提高了铁废弃物在芬顿体系中的反应速率，拓宽芬顿体系的有 效pH范围，同时实现铁泥的零排放，减少环境污染，本发明提供一种铁废弃物 回用于芬顿技术的方法及其水处理装置。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明一种铁废弃物回用于芬顿技术的方 法，包括如下步骤：向待处理废水中加入双氧水、铁废弃物和活化剂，搅拌使所 述铁废弃物分散于反应体系中，反应，然后进行固液分离，其中，所述的活化剂 为亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸镁、亚硫酸钙、硫代硫酸钠、硫代硫酸钾、硫代 硫酸钙、硫代硫酸镁、硼氢化钠、硼氢化钾、盐酸羟胺、抗坏血酸中的任意一种 或几种的混合物。
其中，所述的待处理废水中有机污染物的浓度为1～1000mg/L;所述的双氧 水的浓度为1～10mmol/L;所述的活化剂的浓度为0.1～1mmol/L;所述的铁废弃 物的投加量为0.1～2g/L。
优选地，所述的搅拌速率为50～500r/min，搅拌时间为5min～2h。所述的搅 拌速率应满足使铁废弃物分散于反应体系中。
所述的待处理废水为难降解有机废水，为印染废水、煤化工废水、石化废水、 制药废水、油漆废水、啤酒废水、酒精废水中的任意一种。
优选地，所述的铁废弃物为铁的有效成分高于40%的铁废弃物，所述的铁的 有效成分为零价铁、铁氧化物、铁的氢氧化物、硫化亚铁、二硫化亚铁、铁矿石、 二价铁盐和三价铁盐中的任意一种或几种的混合物;或者所述的铁废弃物为传统 芬顿反应过程中产生的铁泥。
优选地，所述的铁氧化物为FeO、Fe2O3、Fe3O4中的任意一种或几种的混合 物;所述的铁的氢氧化物为Fe(OH)2、Fe(OH)3、α-FeOOH、β-FeOOH和γ-FeOOH 中的任意一种或几种的混合物;所述的铁矿石为磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁 矿和菱铁矿中的任意一种或几种的混合物。
优选地，整个反应体系适用的pH范围为1～6。
本发明进一步提出了一种铁废弃物回用于芬顿技术的水处理装置，该装置包 括中央控制系统、蠕动泵、流量计、双氧水储液槽、活化剂储液槽、待处理废水 储液槽、铁废弃物自动投加系统、搅拌系统、pH调节系统、液位计、芬顿反应 器、排水管和放空排泥管，所述双氧水储液槽、活化剂储液槽、待处理废水储液 槽分别依次与蠕动泵和流量计连接，通过蠕动泵将双氧水、活化剂和待处理废水 分别投加至芬顿反应器中;所述搅拌系统、液位计和pH调节系统设置于所述芬 顿反应器中;所述排水管设置于所述芬顿反应器的下部，所述放空排泥管设置于 所述芬顿反应器的底部;所述蠕动泵、流量计、铁废弃物自动投加系统、搅拌系 统、pH调节系统和液位计均由中央控制系统程序控制。
放空排泥管的末端连接铁废弃物自动投加系统，当对所述芬顿反应器进行检 修时，中央控制系统控制与所述放空排泥管连接的蠕动泵将芬顿反应器内的剩余 铁泥排出暂存至铁废弃物自动投加系统。
更近一步地，本发明提出了利用上述水处理装置处理废水的方法，包括如下 步骤：
(1)进水阶段：中央控制系统控制与待处理废水储液槽连接的蠕动泵和流 量计将待处理废液从待处理废水储液槽中加入至芬顿反应器，当芬顿反应器液面 达到最高时，液位计传输信号至中央控制系统，停止待处理废水的进水;
(2)反应：由中央控制系统启动搅拌系统开始运行，同时控制连接活化剂 储液槽的蠕动泵开始工作，待投加剂量达到要求时，与活化剂储液槽连接的流量 计传输信号至中央控制系统，停止活化剂的加液;同时控制铁废弃物自动投加系 统和pH调节系统开始工作，待pH调节至反应要求值时，控制与双氧水储液槽 连接的蠕动泵开始工作，待投加剂量达到要求时与双氧水储液槽连接的流量计传 输信号至中央控制系统，停止双氧水的加液，开始反应;
(3)沉淀：待反应完成后，停止搅拌，静置半小时;
(4)出水：打开排水管开始进行排水，待液面达到最低时，液位计传输信 号至中央控制系统，停止排水，整个反应过程即完成。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明中的活化剂可以大大提高铁废弃物在芬顿体系中的反应速率， 将传统芬顿体系的有效pH范围从1～3提高为1～6;
(2)本发明解决了传统芬顿技术产生大量铁泥的问题，实现了固体废物的 资源化利用和零排放;
(3)本发明中将铁废弃物回用于芬顿反应比现有的铁泥炼钢、制铁系颜料， 更易推广普及，兼具资源节约与环境友好的优点;
(4)本发明适用于多种有机废水处理，因此具有广泛的应用前景。
