公布日：2023.10.17
申请日：2023.08.18
分类号：C02F1/461(2023.01)I;C02F9/00(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/72(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N
摘要
本发明提供一种铁碳填料及其制备方法和用途。该铁碳填料包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末选自芬顿脱水污泥和/或生化脱水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比计：C元素为35～45％，Fe元素为25～35％，Al元素为5～15％，余量为污泥中其他常规成分和不可避免的杂质。所述制备方法包括将污泥混合粉末与粘结剂混合造粒后，再通过加热程序和冷却程序后获得铁碳填料。采用芬顿污泥、生化污泥及秸秆/稻壳等固体废弃物为原材料，进行资源化再利用，有效的回收了芬顿污泥中的铁资源，制备出一种具有催化氧化效果的铁炭填料，对于工业难降解废水具有广泛的适用性和较高的COD去除率，具有较强的应用价值。
权利要求书
1.一种用于废水处理的铁碳填料，其特征在于，包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末选自芬顿脱水污泥和生化脱水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比计，各元素组成为：C元素为35~45%，Fe元素为25~35%，Al元素为5~15%，余量为污泥中其他常规成分和不可避免的杂质；所述污泥混合粉末的粒径为0.1~0.3mm；所述铁碳填料为多孔结构；所述多孔结构的孔径为10~100微米；所述铁碳填料的直径为0.5~2cm；所述芬顿脱水污泥和生化脱水污泥的质量比为1:（0.6-1.2）；所述铁碳填料还包括：粘结剂和造孔剂。
2.根据权利要求1所述的铁碳填料，其特征在于，所述粘结剂的质量占总质量的比例为5-15%。
3.根据权利要求2所述的铁碳填料，其特征在于，所述粘结剂为黏土和/或高岭土。
4.一种铁碳填料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括将污泥混合粉末与粘结剂混合造粒后，再通过加热程序后获得铁碳填料，包括如下步骤：1）提供芬顿脱水污泥和生化脱水污泥混合后，经过研磨、过筛得到污泥混合粉末；2）将污泥混合粉末、粘结剂和造孔剂混合后，经过造粒获得球状生填料；3）将球状生填料通过加热程序后获得铁碳填料；所述芬顿脱水污泥和生化脱水污泥的质量比为1:（0.6-1.2）；所述污泥混合粉末中各元素的组成为：C元素为40~45%，Fe元素为30~35%，Al元素为5~10%，余量为污泥中其他常规成分和不可避免的杂质；所述污泥混合粉末、粘结剂和造孔剂的质量比为（77~94）:（15~5）:（1~8）。
5.根据权利要求4所述的铁碳填料的制备方法，其特征在于，所述芬顿脱水污泥源自污泥脱水车间，含水率为75~85%，经烘干后获得芬顿脱水污泥；所述生化脱水污泥源自污泥脱水车间，含水率为75~85%，经烘干后获得生化脱水污泥；研磨采用球磨仪；研磨后过筛，筛网目数为80~110目；所述粘结剂为黏土和/或高岭土；所述造孔剂选自秸秆活性炭粉末和/或稻壳锯末废屑；造粒采用造粒机；球状生填料的粒径为1~4cm。
6.根据权利要求4所述的铁碳填料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，加热程序和冷却程序包括：3a）将球状生填料于50~100℃的烘干箱中低温干燥定型4~12小时；3b）将经步骤3a）处理的填料于200-300℃煅烧炉中无氧煅烧0.5-1小时；3c）将经步骤3b）处理的填料于600-800℃高温煅烧炉中无氧煅烧0.5-1小时；3d）将步骤3b）中填料冷却至室温得到铁碳填料。
7.一种废水处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）提供如权利要求1~3任一项所述的铁碳填料，或如权利要求4~6任一项所述的铁碳填料制备方法制备的铁碳填料；2）将步骤1）中的铁碳填料置入反应装置中，铁碳填料体积占总体积的比例为30~50%；3）调整进水水质的pH为2.5~4.5；4）控制进水流量，使水力停留时间在0.5~1.5h；5）调整出水水质的pH为6.0~7.0。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种铁碳填料及其制备方法和用途，对废弃物进行资源化利用制备铁碳填料，并将铁碳材料应用于工业废水的深度处理。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种铁碳填料，包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末选自芬顿脱水污泥和/或生化脱水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比计：C元素为35～45％，如35～40％或40～45％；Fe元素为25～35％，如25～30％或30～35％；Al元素为5～15％，如5～10％或10～15％，余量为污泥中其他常规成分和不可避免的杂质。
在一可行的实施例中，所述铁碳填料还包括：粘结剂，所述污泥混合粉末与粘结剂的质量比为(85～95):(15～5)，例如粘结剂的添加量质量比占总质量的比例约为5-15％，例如5-10％或10-15％。
优选的，所述的粘结剂为黏土、高岭土中的几种或一种。
在一可行的实施例中，所述污泥混合粉末的粒径为0.1～0.3mm，如0.1～0.2mm或0.2～0.3mm。
在一可行的实施例中，所述污泥混合粉末为芬顿脱水污泥和生化脱水污泥的混合物。所述芬顿脱水污泥和生化脱水污泥的质量比为1:(0.6-1.2)，例如1:(0.6-1.0)或1:(1.0-1.2)。
在一可行的实施例中，所述铁碳填料为多孔结构，所述多孔结构的孔径为10～100微米，例如10～30微米，30～50微米，50～70微米或70～100微米。多孔结构来源于造孔剂添加到填料前体再经过煅烧获得，造孔剂为秸秆活性炭粉末、稻壳锯末废屑等材料中的一种或几种。
在一可行的实施例中，所述铁碳填料的直径为0.5～2cm，如0.5～1cm、1～1.5cm或1.5～2cm。
本发明第二方面提供一种铁碳填料的制备方法，所述制备方法包括将污泥混合粉末与粘结剂混合造粒后，再通过加热程序后和冷却程序后获得铁碳填料。
在一可行的实施例中，具体包括如下步骤：
1)提供芬顿脱水污泥和/或生化脱水污泥中的一种或两种混合后，经过研磨、过筛得到污泥混合粉末；
2)将污泥混合粉末、粘结剂和造孔剂混合后，经过造粒获得球状生填料；
3)将球状生填料通过加热程序后获得铁碳填料。
更具体的，步骤1)中，包括如下技术特征中的至少一项：
1a)所述芬顿脱水污泥和生化脱水污泥的质量比为1:(0.6-1.2)，如1:(0.6-1.0)或1:(1.0-1.2)。
1b)所述芬顿脱水污泥源自污泥脱水车间，含水率为75～85％，经烘干后获得芬顿脱水污泥；
1c)所述生化脱水污泥源自污泥脱水车间，含水率为75～85％，经烘干后获得生化脱水污泥；
1d)研磨采用球磨仪；
1e)研磨后过筛，筛网目数为80～110目；
1f)所述污泥混合粉末中各元素的组成为：C元素为30～40％，如35～40％或40～45％；Fe元素为20～30，如25～30％或30～35％；Al元素为5～10％，如5～10％或10～15％；余量为污泥中其他常规成分和不可避免的杂质。
更具体的，步骤2)中，包括如下技术特征中的至少一项：
2a)所述污泥混合粉末、粘结剂和造孔剂的质量比为(77～94):(15～5):(1:8)；具体的，所述的粘结剂为黏土、高岭土中的几种或一种，其添加量质量比占总质量的比例约为5-15％，例如5-10％或10-15％；所述的造孔剂为秸秆活性炭粉末、稻壳锯末废屑等材料中的一种或几种，其添加质量比约为1-8％，例如1-5％或5-8％。根据实际工艺或者所需要造孔的数量或大小进行选择。
2d)造粒采用造粒机；
2e)球状生填料的粒径为1～4cm，如1～2cm、2～3cm或3～4cm。
更具体的，步骤3)中，加热程序和冷却程序包括：
3a)将球状生填料于50～100℃的烘干箱中低温干燥定型4～12小时；烘干温度如50～70℃，70～90℃或90～100℃；烘干时间可为4～6小时，6～8小时或8～12小时。
3b)将经步骤3a)处理的填料于200-300℃煅烧炉中无氧煅烧0.5-1小时；煅烧温度如200-250℃或250-300℃。
3c)将经步骤3b)处理的填料于600-800℃高温煅烧炉中无氧煅烧0.5-1小时；煅烧温度如600-650℃，650-700℃，700-750℃或750-800℃。
3d)将步骤3b)中填料冷却至室温得到铁碳填料。
本发明第三方面提供上述铁碳填料或上述的制备方法制备获得的铁碳填料在废水处理中的用途。
本发明第四方面提供一种废水处理的方法，包括如下步骤：
1)提供上述铁碳填料，或如上述铁碳填料制备方法制备的铁碳填料；
2)将步骤1)中的铁碳填料置入反应装置中，铁碳填料体积占总体积的比例为30～50％，如30～40％或40～50％。
3)调整进水水质的pH为2.5～4.5，如2.5～3.0，3.0～4.0或4.0～4.5。酸碱调节剂为稀硫酸，硫酸浓度约10-20wt％。
4)控制进水流量，使水力停留时间在0.5～1.5h，如0.5～1.0h或1.0～1.5h。
5)调整出水水质的pH为6.0～7.0，如6.0～6.5或6.5～7.0。再经沉淀过滤后，反应完成。
本发明第五方面提供一种废水工艺系统，包括依次流体连通的酸化调节池、铁碳催化反应池、中和池和沉淀池；所述铁碳催化反应池内装载上述所述的铁碳填料，或上述所述的铁碳填料制备方法制备的铁碳填料。
在一可行实施例中，还包括如下技术特征中的至少一项：
c1)所述酸化调节池设有废水输入管路；
c2)包括第一输送管路，所述第一输送管路的一端与所述酸化调节池的下侧连通，另一端与所述铁碳催化反应池的下侧连通，且所述第一输送管路上设有计量泵；
c3)还包括设于所述沉淀池下游且与所述沉淀池连通的清水池；
c4)所述铁碳催化反应池底部设有放空管。
如上所述，发明具有以下有益效果中的至少一项：
1)采用芬顿污泥、生化污泥及秸秆/稻壳等固体废弃物为原材料，进行资源化再利用，有效的回收了芬顿污泥中的铁资源，制备出一种具有催化氧化效果的铁炭填料。
2)本发明的填料具有MBC(磁性生物炭)的催化效果，同时具有较好的孔隙结构，与芬顿试剂耦合的铁炭微电解反应，对于工业难降解废水具有广泛的适用性和较高的COD去除率，具有较强的应用价值。
（发明人：何媛;李思洁;万风;胡琪勇;黄松;汪冰洋）
