公布日：2023.10.17
申請(qǐng)日：2023.08.18
分類號(hào)：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
本發(fā)明提供一種鐵碳填料及其制備方法和用途。該鐵碳填料包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末選自芬頓脫水污泥和/或生化脫水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比計(jì)：C元素為35～45％，Fe元素為25～35％，Al元素為5～15％，余量為污泥中其他常規(guī)成分和不可避免的雜質(zhì)。所述制備方法包括將污泥混合粉末與粘結(jié)劑混合造粒后，再通過加熱程序和冷卻程序后獲得鐵碳填料。采用芬頓污泥、生化污泥及秸稈/稻殼等固體廢棄物為原材料，進(jìn)行資源化再利用，有效的回收了芬頓污泥中的鐵資源，制備出一種具有催化氧化效果的鐵炭填料，對(duì)于工業(yè)難降解廢水具有廣泛的適用性和較高的COD去除率，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求書
1.一種用于廢水處理的鐵碳填料，其特征在于，包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末選自芬頓脫水污泥和生化脫水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比計(jì)，各元素組成為：C元素為35~45%，Fe元素為25~35%，Al元素為5~15%，余量為污泥中其他常規(guī)成分和不可避免的雜質(zhì)；所述污泥混合粉末的粒徑為0.1~0.3mm；所述鐵碳填料為多孔結(jié)構(gòu)；所述多孔結(jié)構(gòu)的孔徑為10~100微米；所述鐵碳填料的直徑為0.5~2cm；所述芬頓脫水污泥和生化脫水污泥的質(zhì)量比為1:（0.6-1.2）；所述鐵碳填料還包括：粘結(jié)劑和造孔劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵碳填料，其特征在于，所述粘結(jié)劑的質(zhì)量占總質(zhì)量的比例為5-15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵碳填料，其特征在于，所述粘結(jié)劑為黏土和/或高嶺土。
4.一種鐵碳填料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括將污泥混合粉末與粘結(jié)劑混合造粒后，再通過加熱程序后獲得鐵碳填料，包括如下步驟：1）提供芬頓脫水污泥和生化脫水污泥混合后，經(jīng)過研磨、過篩得到污泥混合粉末；2）將污泥混合粉末、粘結(jié)劑和造孔劑混合后，經(jīng)過造粒獲得球狀生填料；3）將球狀生填料通過加熱程序后獲得鐵碳填料；所述芬頓脫水污泥和生化脫水污泥的質(zhì)量比為1:（0.6-1.2）；所述污泥混合粉末中各元素的組成為：C元素為40~45%，Fe元素為30~35%，Al元素為5~10%，余量為污泥中其他常規(guī)成分和不可避免的雜質(zhì)；所述污泥混合粉末、粘結(jié)劑和造孔劑的質(zhì)量比為（77~94）:（15~5）:（1~8）。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵碳填料的制備方法，其特征在于，所述芬頓脫水污泥源自污泥脫水車間，含水率為75~85%，經(jīng)烘干后獲得芬頓脫水污泥；所述生化脫水污泥源自污泥脫水車間，含水率為75~85%，經(jīng)烘干后獲得生化脫水污泥；研磨采用球磨儀；研磨后過篩，篩網(wǎng)目數(shù)為80~110目；所述粘結(jié)劑為黏土和/或高嶺土；所述造孔劑選自秸稈活性炭粉末和/或稻殼鋸末廢屑；造粒采用造粒機(jī)；球狀生填料的粒徑為1~4cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵碳填料的制備方法，其特征在于，步驟3）中，加熱程序和冷卻程序包括：3a）將球狀生填料于50~100℃的烘干箱中低溫干燥定型4~12小時(shí)；3b）將經(jīng)步驟3a）處理的填料于200-300℃煅燒爐中無氧煅燒0.5-1小時(shí)；3c）將經(jīng)步驟3b）處理的填料于600-800℃高溫煅燒爐中無氧煅燒0.5-1小時(shí)；3d）將步驟3b）中填料冷卻至室溫得到鐵碳填料。
7.一種廢水處理的方法，其特征在于，包括如下步驟：1）提供如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的鐵碳填料，或如權(quán)利要求4~6任一項(xiàng)所述的鐵碳填料制備方法制備的鐵碳填料；2）將步驟1）中的鐵碳填料置入反應(yīng)裝置中，鐵碳填料體積占總體積的比例為30~50%；3）調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)的pH為2.5~4.5；4）控制進(jìn)水流量，使水力停留時(shí)間在0.5~1.5h；5）調(diào)整出水水質(zhì)的pH為6.0~7.0。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種鐵碳填料及其制備方法和用途，對(duì)廢棄物進(jìn)行資源化利用制備鐵碳填料，并將鐵碳材料應(yīng)用于工業(yè)廢水的深度處理。
為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種鐵碳填料，包括污泥混合粉末，所述污泥混合粉末選自芬頓脫水污泥和/或生化脫水污泥，所述污泥混合粉末中按重量百分比計(jì)：C元素為35～45％，如35～40％或40～45％；Fe元素為25～35％，如25～30％或30～35％；Al元素為5～15％，如5～10％或10～15％，余量為污泥中其他常規(guī)成分和不可避免的雜質(zhì)。
在一可行的實(shí)施例中，所述鐵碳填料還包括：粘結(jié)劑，所述污泥混合粉末與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(85～95):(15～5)，例如粘結(jié)劑的添加量質(zhì)量比占總質(zhì)量的比例約為5-15％，例如5-10％或10-15％。
優(yōu)選的，所述的粘結(jié)劑為黏土、高嶺土中的幾種或一種。
在一可行的實(shí)施例中，所述污泥混合粉末的粒徑為0.1～0.3mm，如0.1～0.2mm或0.2～0.3mm。
在一可行的實(shí)施例中，所述污泥混合粉末為芬頓脫水污泥和生化脫水污泥的混合物。所述芬頓脫水污泥和生化脫水污泥的質(zhì)量比為1:(0.6-1.2)，例如1:(0.6-1.0)或1:(1.0-1.2)。
在一可行的實(shí)施例中，所述鐵碳填料為多孔結(jié)構(gòu)，所述多孔結(jié)構(gòu)的孔徑為10～100微米，例如10～30微米，30～50微米，50～70微米或70～100微米。多孔結(jié)構(gòu)來源于造孔劑添加到填料前體再經(jīng)過煅燒獲得，造孔劑為秸稈活性炭粉末、稻殼鋸末廢屑等材料中的一種或幾種。
在一可行的實(shí)施例中，所述鐵碳填料的直徑為0.5～2cm，如0.5～1cm、1～1.5cm或1.5～2cm。
本發(fā)明第二方面提供一種鐵碳填料的制備方法，所述制備方法包括將污泥混合粉末與粘結(jié)劑混合造粒后，再通過加熱程序后和冷卻程序后獲得鐵碳填料。
在一可行的實(shí)施例中，具體包括如下步驟：
1)提供芬頓脫水污泥和/或生化脫水污泥中的一種或兩種混合后，經(jīng)過研磨、過篩得到污泥混合粉末；
2)將污泥混合粉末、粘結(jié)劑和造孔劑混合后，經(jīng)過造粒獲得球狀生填料；
3)將球狀生填料通過加熱程序后獲得鐵碳填料。
更具體的，步驟1)中，包括如下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：
1a)所述芬頓脫水污泥和生化脫水污泥的質(zhì)量比為1:(0.6-1.2)，如1:(0.6-1.0)或1:(1.0-1.2)。
1b)所述芬頓脫水污泥源自污泥脫水車間，含水率為75～85％，經(jīng)烘干后獲得芬頓脫水污泥；
1c)所述生化脫水污泥源自污泥脫水車間，含水率為75～85％，經(jīng)烘干后獲得生化脫水污泥；
1d)研磨采用球磨儀；
1e)研磨后過篩，篩網(wǎng)目數(shù)為80～110目；
1f)所述污泥混合粉末中各元素的組成為：C元素為30～40％，如35～40％或40～45％；Fe元素為20～30，如25～30％或30～35％；Al元素為5～10％，如5～10％或10～15％；余量為污泥中其他常規(guī)成分和不可避免的雜質(zhì)。
更具體的，步驟2)中，包括如下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：
2a)所述污泥混合粉末、粘結(jié)劑和造孔劑的質(zhì)量比為(77～94):(15～5):(1:8)；具體的，所述的粘結(jié)劑為黏土、高嶺土中的幾種或一種，其添加量質(zhì)量比占總質(zhì)量的比例約為5-15％，例如5-10％或10-15％；所述的造孔劑為秸稈活性炭粉末、稻殼鋸末廢屑等材料中的一種或幾種，其添加質(zhì)量比約為1-8％，例如1-5％或5-8％。根據(jù)實(shí)際工藝或者所需要造孔的數(shù)量或大小進(jìn)行選擇。
2d)造粒采用造粒機(jī)；
2e)球狀生填料的粒徑為1～4cm，如1～2cm、2～3cm或3～4cm。
更具體的，步驟3)中，加熱程序和冷卻程序包括：
3a)將球狀生填料于50～100℃的烘干箱中低溫干燥定型4～12小時(shí)；烘干溫度如50～70℃，70～90℃或90～100℃；烘干時(shí)間可為4～6小時(shí)，6～8小時(shí)或8～12小時(shí)。
3b)將經(jīng)步驟3a)處理的填料于200-300℃煅燒爐中無氧煅燒0.5-1小時(shí)；煅燒溫度如200-250℃或250-300℃。
3c)將經(jīng)步驟3b)處理的填料于600-800℃高溫煅燒爐中無氧煅燒0.5-1小時(shí)；煅燒溫度如600-650℃，650-700℃，700-750℃或750-800℃。
3d)將步驟3b)中填料冷卻至室溫得到鐵碳填料。
本發(fā)明第三方面提供上述鐵碳填料或上述的制備方法制備獲得的鐵碳填料在廢水處理中的用途。
本發(fā)明第四方面提供一種廢水處理的方法，包括如下步驟：
1)提供上述鐵碳填料，或如上述鐵碳填料制備方法制備的鐵碳填料；
2)將步驟1)中的鐵碳填料置入反應(yīng)裝置中，鐵碳填料體積占總體積的比例為30～50％，如30～40％或40～50％。
3)調(diào)整進(jìn)水水質(zhì)的pH為2.5～4.5，如2.5～3.0，3.0～4.0或4.0～4.5。酸堿調(diào)節(jié)劑為稀硫酸，硫酸濃度約10-20wt％。
4)控制進(jìn)水流量，使水力停留時(shí)間在0.5～1.5h，如0.5～1.0h或1.0～1.5h。
5)調(diào)整出水水質(zhì)的pH為6.0～7.0，如6.0～6.5或6.5～7.0。再經(jīng)沉淀過濾后，反應(yīng)完成。
本發(fā)明第五方面提供一種廢水工藝系統(tǒng)，包括依次流體連通的酸化調(diào)節(jié)池、鐵碳催化反應(yīng)池、中和池和沉淀池；所述鐵碳催化反應(yīng)池內(nèi)裝載上述所述的鐵碳填料，或上述所述的鐵碳填料制備方法制備的鐵碳填料。
在一可行實(shí)施例中，還包括如下技術(shù)特征中的至少一項(xiàng)：
c1)所述酸化調(diào)節(jié)池設(shè)有廢水輸入管路；
c2)包括第一輸送管路，所述第一輸送管路的一端與所述酸化調(diào)節(jié)池的下側(cè)連通，另一端與所述鐵碳催化反應(yīng)池的下側(cè)連通，且所述第一輸送管路上設(shè)有計(jì)量泵；
c3)還包括設(shè)于所述沉淀池下游且與所述沉淀池連通的清水池；
c4)所述鐵碳催化反應(yīng)池底部設(shè)有放空管。
如上所述，發(fā)明具有以下有益效果中的至少一項(xiàng)：
1)采用芬頓污泥、生化污泥及秸稈/稻殼等固體廢棄物為原材料，進(jìn)行資源化再利用，有效的回收了芬頓污泥中的鐵資源，制備出一種具有催化氧化效果的鐵炭填料。
2)本發(fā)明的填料具有MBC(磁性生物炭)的催化效果，同時(shí)具有較好的孔隙結(jié)構(gòu)，與芬頓試劑耦合的鐵炭微電解反應(yīng)，對(duì)于工業(yè)難降解廢水具有廣泛的適用性和較高的COD去除率，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
（發(fā)明人：何媛;李思潔;萬風(fēng);胡琪勇;黃松;汪冰洋）
