申请日2004.06.18
公开(公告)日2005.08.17
IPC分类号C02F1/62; C02F1/48; C02F1/72
摘要
本发明提供一种含有机物与重金属的废水综合性处理方法，能同时去除金属表面处理工业废水中的有机物及重金属离子，本发明采用斐顿(Fenton)及铁氧磁体(Ferrite)废水处理技术，先将废水在pH为2～5、温度为20℃～100℃的条件下进行斐顿(Fenton)处理，之后再添加二价铁盐及碱剂，调整其pH值于8～12、温度20℃～100℃的条件并浓集重金属离子，以进行铁氧磁体(Ferrite)处理;藉此综合技术，得以高效去除废水中有机物及重金属离子，同时得到高品质铁氧磁体(Ferrite)产物。
权利要求书
1、一种含有机物与重金属的废水综合性处理方法，其特征在于包含下列 步骤：
(1)于持续搅拌的废液中加入适量的二价铁盐及适量的过氧化氢，以调 整「有机物∶过氧化氢∶二价铁离子」在适当的摩尔比状态，控制反应环境的 温度在20～100℃，控制其酸碱值于2～5，并将搅拌速度调整在适当的转速， 进行斐顿(Fenton)反应，监测pH及ORP达稳定时，决定斐顿废水处理结束时 间;
(2)斐顿反应后，再加入适量的二价铁盐重新调整「有机物∶过氧化氢∶ 二价铁离子」的摩尔比，同时使二价铁离子与重金属离子摩尔比>4;
(3)进行铁氧磁体反应须加热控制温度在20～100℃，同时添加二价铁盐、 碱剂，以维持上一步所述「有机物∶过氧化氢∶二价铁离子」的摩尔比，调整 pH值在8～12为准，并浓集重金属离子;
(4)通气：控制曝气于适当的速率以进行铁氧磁体反应，监测pH及ORP 同时达稳定后即可终止铁氧磁体反应时间，并见有铁氧磁体产物形成;
(5)由反应槽出料口及沉淀槽过滤使固、液分离，可分别进行沉淀物重 金属离子溶出试验(TCLP)，而沉淀物被过滤分离后所获得的滤液可再循环 至步骤(3)重复使用或经水质分析后直接排放。
2、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其 中步骤(1)中的二价铁盐可为硫酸亚铁或氯化亚铁或硝酸亚铁。
3、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(1)的「有机物∶过氧化氢∶二价铁离子」的摩尔比控制为1∶20～100∶0.2～ 10。
4、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(1)供斐顿反应的搅拌转速控制在50～400rpm。
5、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(1)斐顿反应终止时间的条件是pH及ORP等参数达稳定时，反应时间约5～ 240分钟即可终止斐顿反应。
6、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(2)有机物∶过氧化氢∶二价铁离子的摩尔比调整为1∶20～100∶30～150。
7、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(3)的碱剂可为氢氧化钠或氢氧化钾。
8、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(4)进行通气时每升废水曝气量为0.75～4升/分钟。
9、如权利要求1所述的一种有机物与重金属废水综合性处理方法，其中步 骤(4)铁氧磁体反应在pH、ORP达稳定时即可停止，其反应时间约为0～120 分钟。
说明书
含有机物与重金属的废水综合性处理方法
技术领域
本发明有关一种对含有机物与重金属废水综合性处理的方法，特别是指采 用斐顿废水处理技术(Fenton Process)先行去除有机物，接着以铁氧磁体废水 处理技术(Ferrite Process)处理多元重金属离子，既去除废水中的有机物和多 元重金属离子，还可得到高品质的铁氧磁体产品，具再利用价值。
背景技术
随着工商业的发展，人类的生活水准逐步提高，然在享受及依赖科技文明 产物的同时，却也造成自然生态环境的失衡与公害污染危害生活环境的代价。 而其中重金属的污染尤为甚，重金属废水的污染来源主要为金属表面处理工业 所产生，目前一些传统处理方法虽可将水质处理达环保法令规定，但所产生污 泥及其所造成的二次污染仍是一个严重的问题。在全球各地区每年产生大量的 电镀污泥，这些有害废弃物目前较被认可的处理方式为固化处理，但由于其处 理后产生体积庞大的固化体，又造成掩埋场的处理负荷，或是再造成土壤污染 的问题。
由于金属表面处理工业所产生的废水(如电镀废水)包含重金属离子及难 以生物处理分解的有机物(如表面活性剂)等，而现行的废水处理是分别以斐 顿(Fenton)处理技术进行有机物处理，以铁氧磁体废水处理技术进行重金属 离子处理。
(一)目前斐顿(Fenton)处理技术处理对象多为难分解性有机物，如酚、 氯酚、氯苯、硝基酚、硝基苯、碳氢化合物、多环芳香烃(PAHs)、多氯联 苯(PCBs)、多氯乙烯(PCE)及表面活性剂(Surfactant)等，处理浓度可高 达175,000ppm，斐顿(Fenton)处理技术属均相催化系统进行的废水处理，无 质传上的限制，故其反应槽易于设计而广泛运用于废水、污泥及土壤处理系统， 虽然斐顿(Fenton)废水处理技术对于染整废水的脱色处理效果不错，可以减 低UV/H2O2处理时有机物对UV光的吸收效应，但斐顿(Fenton)废水处理技术 仍有其条件限制，例如铁离子触媒不足导致反应时间增长、铁离子触媒经化学 混凝引起污泥问题等缺点，如以下说明：
1、由于斐顿(Fenton)处理技术是在酸性条件(pH=2～5)下进行，对于 具有碱性及缓冲能力的土壤及污泥并不适用。
2、传统斐顿(Fenton)处理技术其斐顿试剂(Fenton′s agent)废水处理是 以加入铁盐(包括二价及三价铁离子)作为触媒，触媒的剂量多寡对斐顿 (Fenton)反应初期影响较大，但过氧化氢使液相中的二价铁离子转化而产生 三价铁离子，所以一般需再以 化学沉淀法去除铁离子;传统斐顿(Fenton)处 理技术所产生的铁离子经 化学沉淀法处理所造成的污泥将增加掩埋场的负荷， 而且，倘若废水含有重金属离子，则产生的污泥在酸性条件下又有重金属溶出， 更增加废弃物处理费用。
3、以传统斐顿(Fenton)处理技术进行废水处理时，为减少污泥产量，遂 将斐顿废水处理使用的触媒剂量减低，因而导致其反应时间增长达数小时以 上。
过去斐顿(Fenton)反应使用的铁离子触媒需借助化学混凝处理去除，由 于又会产生大量污泥同时增加了污泥处理的问题(如污泥再处理，造成处理时 间加长及成本费用的增加);为解决上述污泥处理的问题，虽有研发采用电解 (Electrolysis)产生斐顿试剂来氧化分解废水中有机物的方式，以避免大量铁 盐的使用，但电解反应时间较长，亦不符经济效益;另又有采用流体化床使铁 离子披覆于流体化床(Fluidized bed)的担体上的方式，以期减少污泥的产生， 该方法虽能减少污泥产生，当覆载后担体太大，便不适于流体化床处理，故其 污泥处理量有限。
(二)铁氧磁体废水处理技术针对重金属废水的处理亦为业界普遍运用， 其属于湿式冶金技术中的化学沉淀法，该项处理技术处理对象包括砷(As)、 钡(Ba)、镉(Cd)、铜(Cu)、钴(Co)、铬(Cr)、铁(Fe)、锰(Mn)、 汞(Hg)、钼(Mo)、镍(Ni)、铅(Pb)、锶(Sr)、钒(V)、锌(Zn) 等多元重金属离子，亦广泛使用于实验室废水、电镀废水、不锈钢工艺废水等 重金属废水处理。铁氧磁体废水处理技术处理重金属离子浓度可高达 20000ppm;但铁氧磁体废水处理技术亦需要添加足量二价铁及三价铁离子等反 应剂才得以形成铁氧磁体，并将有害重金属离子嵌入晶格中，使重金属离子无 法溶出 达稳定化处理之目标;而现有的铁氧磁体处理技术是借助在废水中加入 适量二价铁盐，并经空气氧化后，可形成安定性高的铁氧磁体，且能通过毒性 溶出试验(TCLP)，更由于其具有磁性，所获得的铁氧磁体有可作为磁性材 料再加以利用;但在废水内低浓度的有机物会影响铁氧磁体(Ferrite)产品磁 性，而大大减低了其供作产业原料的可利用性，且处理后所获得的产物因为品 质不佳造成产物的经济效率低，导致业者的回收及再利用的意愿偏低。
经由以上说明可知，金属表面处理所产生的废水成分复杂，包含重金属离 子以及难以生物处理法分解的有机物(如表面活性剂)，利用单一的斐顿或铁 氧磁体废水处理技术，并不能同时去除有机物及重金属离子;同时废水的处理 费用高、回收再利用的资源不符经济价值的问题仍无法有效改善。
本发明人有鉴于过去二价铁离子及过氧化氢废水处理技术是分别采用单 一种斐顿(Fenton)废水处理或是铁氧磁体(Ferrite)处理技术，分别用于处 理废水中的有机物或是重金属，然而斐顿(Fenton)废水处理法在处理有机物 时会产生的三价铁离子引起色度的问题，而在铁氧磁体(Ferrite)处理技术中 需要三价铁离子以形成铁氧磁体(Ferrite)，在本发明技术中特针对有机物与 重金属废水提出综合性废水处理方法以解决上述问题，即借助将斐顿(Fenton) 及铁氧磁体(Ferrite)废水处理技术加以综合的方法，可适用于大部分的金属 表面处理所产生的工业废水的处理，并减少废水处理的流程和设备单元以及污 泥产生量。
发明内容
本申请的主题包括：
1、综合斐顿(Fenton)及铁氧磁体(Ferrite)废水处理技术，使用二价铁 及过氧化氢等，处理有机物及重金属离子的混合废水。
2、减低有机物对所生成的铁氧磁体(Ferrite)的影响，提高重金属离子废 水处理同时所得铁氧磁体(Ferrite)产物的品质。
3、采用铁氧磁体法使斐顿废水处理后产生的铁离子触媒变成可资源利用 的铁氧磁体，以解决斐顿(Fenton)废水处理后三价铁离子引起的色度问题及 混凝沉淀产生的铁污泥问题。
本专利实施的必要技术内容、特点包括：
1、以斐顿(Fenton)废水处理及铁氧磁体(Ferrite)处理技术处理废水除 去有机物及多元重金属离子，该项技术的综合适用于金属表面处理行业所产生 的废水的处理。
2、避免有机物影响铁氧磁体产物的品质：借助斐顿(Fenton)废水处理可 分解有机物并降低其对铁氧磁体反应的干扰，同时斐顿废水处理后所残余的铁 离子可以作为下步铁氧磁体处理的 反应剂。
3、采用过氧化氢调高三价铁与二价铁离子比值加速铁氧磁体(Ferrite)处 理。
4、斐顿(Fenton)废水处理及铁氧磁体(Ferrite)处理技术处理废水使用 的药品，皆以硫酸亚铁及过氧化氢为主，上述药品反应后无环境疑虑。
本发明的主要特征：其主要在提供一种有机物与重金属废水综合性处理方 法，包含下列步骤：
(1)于持续搅拌的废液中加入适量的二价铁盐(例如硫酸亚铁、氯化亚 铁或硝酸亚铁)及适量的过氧化氢，以调整「有机物∶过氧化氢∶二价铁离子」 在适当的摩尔比状态，例如1∶20-100∶0.2-10，控制反应环境的温度在20～ 100℃，以及控值其pH值于2～5，并将搅拌速度调整在适当的转速，例如50～ 400rpm，进行斐顿(Fenton)反应，监测pH及 ORP(氧化还原电位)达稳定时， 决定斐顿废水处理结束时间;一般约5～240分钟。
斐顿(Fenton)反应后，再加入适量的二价铁盐重新调整「有机物∶过氧化氢∶ 二价铁离子」的摩尔比，例如1∶20～100∶30～150，同时使二价铁离子与重金 属离子摩尔比>4;
(2)进行铁氧磁体反应须加热控制温度在20～100℃，同时添加二价铁 盐、碱剂，例如氢氧化钠或氢氧化钾，添加二价铁盐的量要使其维持上一步所 述「有机物∶过氧化氢∶二价铁离子」的摩尔比，而加入的碱量以调整pH值在 8～12为准，并浓集重金属离子;
(4)控制曝气于适当的速率例如每升废水曝气量为0.75～4升/分钟以进 行铁氧磁体反应，监测pH及ORP同时达稳定后即可终止铁氧磁体反应时间，约 为0～120分钟(若各条件皆恰当时，反应时间可能极短，甚至马上反应而达不 到一分钟，故有0分钟之反应时间)，并有形成的铁氧磁体产物出现;
(5)由反应槽出料口及沉淀槽过滤，使固、液分离，可分别对固、液进 行沉淀物重金属离子溶出试验(TCLP)，而沉淀物被过滤分离后所获得的滤 液可再循环至步骤(3)重复使用或经水质分析后直接排放。
