一种强化Fenton处理工业废水的方法

一种强化fenton处理工业废水的方法
技术领域
1.本发明属于环境工程废水处理技术领域，涉及一种强化fenton处理工业废水的方法。


背景技术：

2.工业废水往往含有较多的难生化物质，无法直接采用生化工艺，需采用高级氧化工艺进行预处理或深度处理。在高级氧化工艺中，fenton氧化技术由于一次性投资低、操作简便而被广泛应用。传统的fenton试剂由催化剂fe
2+
和氧化剂h2o2组成，在工业废水处理中催化剂被氧化为fe
3+
产生大量污泥，一般作为危废处置，费用高。且fe
2+
的大量消耗，使催化剂量不足，催化效率降低，h2o2无效分解增加，废水处理效果不理想。
3.在传统fenton技术基础上发展起来的类fenton技术，采用fe0、fe
3+
、fe3o4代替fe
2+
，污泥生成量减少，但废水处理效果较传统fenton技术差，主要是因为类fenton试剂产生的催化剂fe
2+
少，催化效率低，且h2o2利用效率低这一传统fenton技术存在的缺陷仍然未解决。类fenton试剂中，以fe0作为催化剂，在酸性条件下不断生成fe
2+
，fe
2+
生成量可保持相对恒定，并且fe0可维持体系较低氧化还原电位，使fe
2+
氧化为fe
3+
的量减少，从而使废水处理效果相对较好。不论是传统还是类fenton技术，都存在电子不能及时传递而导致h2o2产生自由基淬灭率高、与废水中污染物反应效率不高的问题。
4.近几年，生物炭及其负载金属材料在污水处理中应用已成为水处理领域研究和开发的热点。生物炭具有良好的电子传递作用，具有较大吸附面积，可为各种金属提供负载载体，使电子及金属充分与废水中污染物接触，从而提高废水处理效果。此外生物炭一般都是利用废物如剩余生化污泥、农林废弃物制备，实现以废治废，从经济和环保角度都是非常有前景的。目前生物炭及其负载金属材料多用于废水絮凝、吸附和生化处理，很少被用于高级氧化系统。
5.本发明旨在针对现有技术的不足，提供一种强化fenton处理工业废水的方法。利用压滤生化污泥制备生物炭负载纳米fe0复合物，并投加到传统fenton体系中处理工业废水，保持体系一定浓度的fe
2+
，减少fe
3+
生成量，强化h2o2利用效率，提高废水处理效果，减小污泥产生量，为目前工业废水处理提供一种经济有效的技术。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对处理工业废水的传统fenton氧化技术效率低、污泥产生量大的缺点，为工业废水提供一种强化fenton处理的经济高效的方法。
7.本发明的技术解决方案是利用压滤生化污泥制备生物炭负载纳米fe0用于强化传统fenton氧化技术处理工业废水，fe0可以维持体系中低的氧化还原电位，控制体系中fe
2+
浓度，减少fe
3+
的生成量，不仅可以保证强化fenton体系催化剂量充足，而且可以减少污泥产生量；生物炭不仅为负载fe0提供大的比表面积，具有良好的电子传递作用，将电子及时传递给生成的fe
3+
，还原fe
3+
为fe
2+
，促进催化剂的再生，且可以减少fenton体系自由基的淬
灭，提高h2o2利用效率，提高废水处理效果；反应结束，利用生物炭上残存的fe0，通过磁回收系统回收生物炭复合物，再进一步负载fe0，实现持续强化fenton氧化技术处理工业废水。
8.本发明的技术方案：
9.一种强化fenton处理工业废水的方法，该方法包括以下步骤：
10.步骤1：生物炭负载fe0复合物的制备
11.将压滤生化污泥自然晾干后进行研磨，研磨后的污泥过100目筛后得到污泥粉末；用去离子水配制fecl3饱和溶液，在60ml fecl3饱和溶液中加入15g污泥粉末，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，干燥后的样品重新进行研磨后放入坩埚中，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至500℃，恒温热解3h，自然冷却至室温，即得生物炭负载fe0复合物。
12.步骤2：强化fenton体系处理工业废水
13.将步骤1制备的生物炭负载fe0复合物投加到fenton氧化处理工业废水体系，h2o2投加量依据原水cod浓度确定，与cod质量比为1:1，feso4按照与h2o2质量比0.6:1进行投加，生物炭负载fe0复合物按照与feso4质量比1:1进行投加；体系ph控制在4，在室温下反应30min。
14.步骤3：生物炭负载fe0复合物再生
15.步骤2体系中，当出水cod浓度超过出水限值要求时，利用磁回收系统回收反应器底部残存的生物炭负载fe0复合物，加入到fecl3饱和溶液中，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至200℃，恒温1h，自然冷却至室温，得到再生的生物炭负载fe0复合物，实现重复利用。
16.本发明的有益效果：
17.(1)利用压滤生化污泥制备生物炭负载纳米fe0复合物强化传统fenton体系中处理工业废水，实现以废治废，具有良好的经济效益和环保效益。
18.(2)生物炭负载fe0复合物中fe0在酸性条件下腐蚀产氢，使体系处于还原氛围，生物炭具有促进电子传递的作用，作为催化剂的fe
2+
被氧化为fe
3+
纳米能够及时还原为fe
2+
，保持体系一定浓度的fe
2+
，减少fe
3+
生成量，强化h2o2利用效率，提高废水处理效果，减小污泥产生量。
19.(3)生物炭负载fe0复合物投加到传统fenton体系中后，废水处理效果远高于单独传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物，具有协同作用。
附图说明
20.图1是本发明提供的生物炭负载fe0复合物强化fenton体系处理农药中间体废水(蒸馏预处理后)一个典型周期的曲线图，原水cod浓度为5000mg/l左右。图中：纵坐标表示cod去除率，单位为％；横坐标为时间，单位为min(分钟)。
21.图中在处理农药中间体废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为5g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为3g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为91.0％，而传统fenton体系(h2o2投加量为5g/l，硫酸亚铁投加量为10g/l)cod去除率为40.7％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为5g/l，复合物投加量为10g/l)cod去除率为41.6％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭
负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。
22.图2是本发明提供的生物炭负载fe0复合物强化fenton体系处理制浆中段废水一个典型周期的曲线图，原水cod浓度为1100mg/l左右。图中：纵坐标表示cod去除率，单位为％；横坐标为时间，单位为min(分钟)。
23.图中在处理制浆中段废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为1.1g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为0.66g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为85.1％，而传统fenton体系(h2o2投加量为1.1g/l，硫酸亚铁投加量为2.2g/l)cod去除率为33.6％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为5g/l，复合物投加量为10g/l)cod去除率为35.8％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。
24.图3是本发明提供的生物炭负载fe0复合物强化fenton体系深度处理印染废水(生化处理后出水)一个典型周期的曲线图，原水cod浓度为220mg/l左右。图中：纵坐标表示cod去除率，单位为％；横坐标为时间，单位为min(分钟)。
25.图中在处理印染废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为0.22g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为0.132g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为80.0％，而传统fenton体系(h2o2投加量为0.22g/l，硫酸亚铁投加量为0.44g/l)cod去除率为31.0％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为0.22g/l，复合物投加量为0.44g/l)cod去除率为32.4％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。
具体实施方式
26.以下结合技术方案和附图对本发明进行详细说明，但本发明不限于下述实施例。
27.实施例1
28.(1)生物炭负载fe0复合物的制备
29.将压滤生化污泥自然晾干后进行研磨，研磨后的污泥过100目筛后得到污泥粉末；用去离子水配制fecl3饱和溶液，在60ml fecl3饱和溶液中加入15g污泥粉末，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，干燥后的样品重新进行研磨后放入坩埚中，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至500℃，恒温热解3h，自然冷却至室温，即得生物炭负载fe0复合物。
30.(2)强化fenton体系处理农药中间体废水
31.将步骤1制备的生物炭负载fe0复合物投加到fenton氧化处理农药中间体废水(蒸馏预处理后)体系，cod浓度为5000mg/l左右，h2o2投加量与cod质量比为1:1，即投加量5g/l；feso4按照与h2o2质量比0.6:1进行投加，即投加量为3g/l；生物炭负载fe0复合物按照与feso4质量比1:1进行投加，即投加量为3g/l；体系ph控制在4，在室温下反应30min。
32.(3)生物炭负载fe0复合物再生
33.步骤2体系中，当出水cod浓度超过设定的出水限值要求时，利用磁回收系统回收反应器底部残存的生物炭负载fe0复合物，加入到fecl3饱和溶液中，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至200℃，恒温1h，自然冷却至室温，得到再生的生物炭负载fe0复合物，实现重
复利用。
34.图1中在处理农药中间体废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为5g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为3g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为91.0％，而传统fenton体系(h2o2投加量为5g/l，硫酸亚铁投加量为10g/l)cod去除率为40.7％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为5g/l，复合物投加量为10g/l)cod去除率为41.6％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。
35.实施例2
36.(1)生物炭负载fe0复合物的制备
37.将压滤生化污泥自然晾干后进行研磨，研磨后的污泥过100目筛后得到污泥粉末；用去离子水配制fecl3饱和溶液，在60ml fecl3饱和溶液中加入15g污泥粉末，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，干燥后的样品重新进行研磨后放入坩埚中，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至500℃，恒温热解3h，自然冷却至室温，即得生物炭负载fe0复合物。
38.(2)强化fenton体系处理制浆中段废水
39.将步骤1制备的生物炭负载fe0复合物投加到fenton氧化处理制浆中段废水体系，废水cod浓度为1100mg/l左右，h2o2投加量与cod质量比为1:1，即投加量1.1g/l；feso4按照与h2o2质量比0.6:1进行投加，即投加量为0.66g/l；生物炭负载fe0复合物按照与feso4质量比1:1进行投加，即投加量为0.66g/l；体系ph控制在4，在室温下反应30min。
40.(3)生物炭负载fe0复合物再生
41.步骤2体系中，当出水cod浓度超过设定的出水限值要求时，利用磁回收系统回收反应器底部残存的生物炭负载fe0复合物，加入到fecl3饱和溶液中，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至200℃，恒温1h，自然冷却至室温，得到再生的生物炭负载fe0复合物，实现重复利用。
42.图2中在处理制浆中段废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为1.1g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为0.66g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为85.1％，而传统fenton体系(h2o2投加量为1.1g/l，硫酸亚铁投加量为2.2g/l)cod去除率为33.6％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为1.1g/l，复合物投加量为2.2g/l)cod去除率为35.8％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。
43.实施例3
44.(1)生物炭负载fe0复合物的制备
45.将压滤生化污泥自然晾干后进行研磨，研磨后的污泥过100目筛后得到污泥粉末；用去离子水配制fecl3饱和溶液，在60ml fecl3饱和溶液中加入15g污泥粉末，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，干燥后的样品重新进行研磨后放入坩埚中，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至500℃，恒温热解3h，自然冷却至室温，即得生物炭负载fe0复合物。
46.(2)强化fenton体系深度处理印染废水
47.将步骤1制备的生物炭负载fe0复合物投加到fenton氧化处理印染废水(生化处理后出水)体系，cod浓度为220mg/l左右，h2o2投加量与cod质量比为1:1，即投加量0.22g/l；feso4按照与h2o2质量比0.6:1进行投加，即投加量为0.132g/l；生物炭负载fe0复合物按照与feso4质量比1:1进行投加，即投加量为0.132g/l；体系ph控制在4，在室温下反应30min。
48.(3)生物炭负载fe0复合物再生
49.步骤2体系中，当出水cod浓度超过设定的出水限值要求时，利用磁回收系统回收反应器底部残存的生物炭负载fe0复合物，加入到fecl3饱和溶液中，采用搅拌器将其混合均匀后进行抽滤，滤渣于80℃恒温干燥箱干燥，置于管式炉中在氮气保护下以10℃/min的升温速率加热至200℃，恒温1h，自然冷却至室温，得到再生的生物炭负载fe0复合物，实现重复利用。
50.图3中在深度处理印染废水的强化fenton体系中，h2o2投加量为0.22g/l，硫酸亚铁和生物炭负载fe0复合物投加量均为0.132g/l，即与h2o2质量比均为0.6:1，体系ph为4，反应30min后，cod去除率为80.0％，而传统fenton体系(h2o2投加量为0.22g/l，硫酸亚铁投加量为0.44g/l)cod去除率为31.0％，单独生物炭负载fe0复合物体系(h2o2投加量为0.22g/l，复合物投加量为0.132g/l)cod去除率为32.4％；强化fenton体系cod去除率大于传统fenton体系和单独生物炭负载fe0复合物体系之和，具有明显的协同作用。