申请日2019.07.29
公开(公告)日2019.10.11
IPC分类号B01J23/745; C02F11/143
摘要
一种Fe3+负载复合催化剂及其制法和类芬顿污泥脱水预处理方法，属于城镇固体废弃物处置与资源化利用领域。该Fe3+负载复合催化剂的载体为污泥颗粒与粘土矿物，其中，按质量比，污泥颗粒：粘土矿物=(3～5)：1;Fe3+负载复合催化剂中Fe3+的平均负载量为5～10mmol/g。其制法为：将载体混合后，加入FeCl3溶液，造粒，干燥煅烧制得。将该Fe3+负载复合催化剂中，以Fe3+替代Fe2+，与H2O2在原污泥pH条件下发生类芬顿反应，从而对污泥进行高效、经济的污泥强化脱水预处理。Fe3+负载复合催化剂可以回收利用。该方法可以使污泥达到快速且高效脱水的目的，减少污泥后续处理成本，实现了以废治废，具有经济性和实效性。
权利要求书
1.一种Fe3+负载复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：污泥预处理
将污泥进行脱水、干燥、研磨、过筛，得到≥60目的污泥颗粒;
步骤2：
将污泥颗粒与粘土矿物混合，得到混合物;其中，按质量比，污泥颗粒：粘土矿物=(3～5)：1;
向混合物中，加入物质的量浓度为20～40mmol/L的FeCl3溶液，同时加入EDTA-2Na，搅拌均匀，造粒，得到陶粒;其中，按体积比，混合物：FeCl3溶液=1：(1～1.5);EDTA-2Na的加入量占污泥颗粒的质量百分比为0～0.5%;
步骤3：干燥煅烧
将陶粒，自然晾干，得到晾干的陶粒;将晾干的陶粒置于100～110℃干燥完全后，再立即置于450～600℃中，保温3～6min，继续升温至900～1100℃，保温10～20min，随炉冷却至室温，取出，得到Fe3+负载复合催化剂。
2.根据权利要求1所述的Fe3+负载复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，所述的脱水为物理脱水或化学脱水，物理脱水选用压滤、抽滤、过滤、离心中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的Fe3+负载复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，所述的陶粒的平均直径为4～6mm。
4.一种Fe3+负载复合催化剂，其特征在于，采用权利要求1所述的制备方法制得。
5.一种Fe3+负载复合催化剂，其特征在于，该Fe3+负载复合催化剂的载体为污泥颗粒与粘土矿物，其中，按质量比，污泥颗粒：粘土矿物=(3～5)：1;Fe3+负载复合催化剂中Fe3+的平均负载量为5～10mmol/g。
6.一种Fe3+的类芬顿试剂，其特征在于，包括权利要求4或5项所述的Fe3+负载复合催化剂与H2O2试剂，按摩尔比，Fe3+负载复合催化剂中Fe3+：H2O2试剂中H2O2=1：(2～3)。
7.一种基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，其特征在于，采用权利要求6所述的Fe3+的类芬顿试剂，通过对污泥进行类芬顿氧化过程，实现污泥的强化脱水预处理。
8.根据权利要求7所述的基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，其特征在于，所述的基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，具体包括以下步骤：
向污泥调节池中经过污泥浓缩处理后的待处理的污泥，加入Fe3+负载复合催化剂与H2O2试剂，进行搅拌，得到脱水预处理后的污泥;其中，Fe3+负载复合催化剂占待处理的污泥的物质的量浓度为30～50mmol/L，H2O2试剂占待处理的污泥的物质的量浓度为60～150mmol/L;所述的搅拌预处理，搅拌转速为30～50r/min，预处理时间为60～90min。
9.根据权利要求8所述的基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，其特征在于，制备的脱水预处理后的污泥，用于本发明Fe3+负载复合催化剂的污泥原料。
10.权利要求4或5所述的Fe3+负载复合催化剂的回收利用方法，其特征在于，包括以下过程：在脱水预处理后的污泥中，采用过滤方式将Fe3+负载复合催化剂和脱水预处理后的污泥分离，将分离后的Fe3+负载复合催化剂清洗、干燥后，进行重复利用。
说明书
Fe3+负载复合催化剂及其制法和类芬顿污泥脱水预处理方法
技术领域
本发明属于城镇固体废弃物处置与资源化利用的技术领域，具体地说是一种Fe3+负载复合催化剂及其制法和类芬顿污泥脱水预处理方法。
背景技术
我国对污水处理越来越重视，污水处理已经达到相当高的水平，而污泥处理处置水平有待提高。目前，大部分城市污水处理厂采用生化工艺处理污水，在此过程中必然会产生大量的生化污泥，污泥通常组分复杂，变异性大，水分含量高(通常≥99%以上)，经浓缩处理后的污泥，含水率仍然在90%以上，体量庞大，给运输、贮存和使用带来不便，并有可能造成环境的二次污染。因此，污泥脱水已成为污泥处理处置过程中的重要环节。为提高污泥的过滤脱水性能，需要对污泥进行调理。常用的污泥调理技术主要分为物理法(冻融、机械能、加热、微波、高压处理等)、化学法(酸碱、添加絮凝剂、芬顿处理等)和生物法(污泥的好氧和厌氧消化处理)三类。以上方法在实际中都有应用，但因化学法具有操作简单、运行成本较低、调理效果稳定等优势，是目前使用最广泛的方法。化学法中，芬顿处理具有方便快捷，易于操作等优点在工业过程中得到了广泛的应用。但是传统芬顿反应中需要强酸环境，pH适用范围较窄，而且Fe2+的添加容易产生铁泥且不能回收利用，因此一定程度限制了传统芬顿反应的应用。
发明内容
本发明要解决的问题就是提供一种Fe3+负载复合催化剂及其制法和类芬顿污泥脱水预处理方法，该方法是基于高级氧化的方法，本方法以剩余污泥为催化剂支撑材料，配以粘土矿物，制备负载型催化剂，以Fe3+替代Fe2+，与H2O2在原污泥pH条件下发生类芬顿反应，从而对污泥进行高效、经济的污泥强化脱水预处理。采用本发明可以使污泥达到快速且高效脱水的目的，减少污泥后续处理成本，同时催化剂制备体现了以废治废的思想，本发明是一种经济、实效的污泥强化脱水预处理方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种Fe3+负载复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：污泥预处理
将污泥进行脱水、干燥、研磨、过筛，得到≥60目的污泥颗粒;
步骤2：
将污泥颗粒与粘土矿物混合，得到混合物;其中，按质量比，污泥颗粒：粘土矿物=(3～5)：1;
向混合物中，加入物质的量浓度为20～40mmol/L的FeCl3溶液，同时加入EDTA-2Na，搅拌均匀，造粒，得到陶粒;其中，按体积比，混合物：FeCl3溶液=1：(1～1.5);EDTA-2Na的加入量占污泥颗粒的质量百分比为0～0.5%;
步骤3：干燥煅烧
将陶粒，自然晾干，得到晾干的陶粒;将晾干的陶粒置于100～110℃干燥完全后，再立即置于450～600℃中，保温3～6min，继续升温至900～1100℃，保温10～20min，随炉冷却至室温，取出，得到Fe3+负载复合催化剂。
所述的步骤1中，所述的脱水为物理脱水或化学脱水，物理脱水选用压滤、抽滤、过滤、离心中的一种或几种。
所述的步骤2中，所述的陶粒的平均直径为4～6mm。
所述的步骤3中，所述的干燥完全，优选为4～6h。
所述的Fe3+负载复合催化剂的制备方法中，所述的EDTA-2Na的加入，其目的是防止Fe3+发生沉淀。
一种Fe3+负载复合催化剂，采用上述制备方法制得。
一种Fe3+负载复合催化剂，其载体为污泥颗粒与粘土矿物，其中，按质量比，污泥颗粒：粘土矿物=(3～5)：1;Fe3+负载复合催化剂中Fe3+的平均负载量为5～10mmol/g。
一种Fe3+的类芬顿试剂，包括Fe3+负载复合催化剂与H2O2试剂，按摩尔比，Fe3+负载复合催化剂中Fe3+：H2O2试剂中H2O2=1：(2～3);
所述的H2O2试剂优选为质量百分含量为30%的H2O2水溶液。
一种基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，采用上述Fe3+的类芬顿试剂，通过对污泥进行类芬顿氧化过程，实现污泥的强化脱水预处理。
所述的基于Fe3+的类芬顿试剂的污泥脱水预处理的方法，具体包括以下步骤：
向污泥调节池中经过污泥浓缩处理后的待处理的污泥，加入Fe3+负载复合催化剂与H2O2试剂，进行搅拌，得到脱水预处理后的污泥;其中，Fe3+负载复合催化剂占待处理的污泥的物质的量浓度为30～50mmol/L，H2O2试剂占待处理的污泥的物质的量浓度为60～150mmol/L;所述的搅拌预处理，搅拌转速为30～50r/min，预处理时间为60～90min;
所述的待处理的污泥来自污泥浓缩池的剩余污泥，含水率≥90%。
采用本发明的方法，制备的脱水预处理后的污泥，可以用于本发明Fe3+负载复合催化剂的污泥原料。
本发明的一种Fe3+负载复合催化剂，为能够回收利用的Fe3+负载复合催化剂。
一种Fe3+负载复合催化剂的回收利用方法为：在脱水预处理后的污泥中，采用过滤方式将Fe3+负载复合催化剂和脱水预处理后的污泥分离，将分离后的Fe3+负载复合催化剂清洗、干燥后，进行重复利用。
本发明的一种Fe3+负载复合催化剂及其制法和污泥脱水预处理的方法，其原理是：利用高级氧化的方法使污泥脱水，利用产生的强氧化剂中间产物羟基自由基(·OH)破坏污泥结构，释放更多污泥中结合水，强化污泥脱水效果。
本发明的一种Fe3+负载复合催化剂及其制法和污泥脱水预处理的方法，其优点及有益效果是：
1、本发明采用高级氧化的方法强化污泥脱水，并以Fe3+替代传统芬顿反应中的Fe2+，Fe3+负载复合催化剂与H2O2组成类芬顿反应，可在污水原pH条件下强化脱水，解决传统芬顿反应必须在强酸性条件下进行的弊端，实现污泥的强化脱水。
2、本发明以污泥为Fe3+负载复合催化剂的支撑材料制备Fe3+负载复合催化剂，体现“以废治废”的理念。
3、本发明的Fe3+负载复合催化剂可以回收重复利用，是一种经济、实效的污泥强化脱水预处理方法。
4、本发明制备的Fe3+负载复合催化剂，是以剩余污泥为支撑材料，并配以粘土矿物制备Fe3+负载复合催化剂，制备过程中添加EDTA-2Na，防止Fe3+发生沉淀。（发明人：徐文迪;明铁山;李艳;李学田;邵鸿媚;张伟;崔勇）
