CN102249392A - 一种纳米多金属还原剂填料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纳米多金属还原剂填料，包括：铁粉20％-70％，电气石粉10％-30％，铜粉2％-15％，竹炭粉3％-10％，高岭土2％-15％，菱镁矿粉2％-15％，软锰矿粉2％-15％，沸石粉10％-30％。上述所有百分比均为重量百分比。还提供所述纳米多金属还原剂填料的制备方法，包括：将各组份原材料分别粉碎、球磨至10纳米-100微米粉粒，然后按重量百分比均匀混合并造粒形成粒状混合物，各原料的粒状混合物在高温烧结或冷压制成颗粒状填料。

Description

一种纳米多金属还原剂填料

技术领域

本发明涉及废水处理的技术领域，具体涉及一种用于废水处理的填料及其制备方法。

背景技术

20世纪70年代，苏联科研人员首先把铁屑和焦碳混合成微电解填料应用于印染废水的处理。该技术在上世纪80年代引入我国，近30年来，由于该技术具有工艺简单、处理成本低、脱色效果好等特点，被应用于印染、化工、电镀、制药、油田等领域的废水处理中，尤其对于高盐度、高COD、高色度废水的处理较其他工艺具有明显的优势。

但传统铁炭微电解技术存在的诸多问题：对于传统的铁炭微电解技术，铁碳填料在运行中表面会形成钝化膜，影响反应的进行，一般在1-3个月后，处理效率急剧下降，填料的寿命很短，限制了技术的应用和推广。而且传统的铁炭填料易结块、出现沟流等现象，减少了填料与废水的有效接触面积，也是传统技术处理效率低(COD去除率为15-30％)的一个重要原因。传统的铁炭填料还会产生大量废弃铁泥，影响周遍环境，也影响了技术的推广。最重要的是传统的铁碳微电解受应用环境影响较大，一般要求进行调酸处理，且对相当多的毒害有机物处理效果不明显。

现在一般的废水处理方法包括铁碳微电解法都是使废水中的污染物氧化成无毒无害的产物。而印染废水、制药废水、化工废水、农药废水之类难降解的废水中通常包含大量硝基芳香烃类、偶氮类、卤代烃类化合物和有毒有害重金属，这些物质富含双键、碳双键、强拉电子基团、偶氮键、苯环类等分子结构，不易被氧化，但容易被还原，且还原后的产物对微生物的毒性和抑制性大大减弱，可生物降解性提高。如氯代烃可通过还原脱氯，硝基苯通过还原可降解为毒性较小的羟基苯胺等。

上述难降解的废水中污染物如果能通过还原技术处理使其发生初步分解的话，废水的可生化性可以大幅度提高，有利于提升废水生化处理的效率。迄今为止，这方面的研究还比较缺乏，技术并不成熟。

发明内容

本发明为了克服传统的铁碳微电解填料寿命短、易结块、处理效率低和易受环境影响及产生废弃料较多的缺点，提供一种应用于废水处理的纳米多金属还原剂填料及其制备方法。

本发明提供的纳米多金属还原剂填料以多种低电位的纳米级金属作为阳极还原剂，以高电位纳米级金属作为阴极。

所述纳米多金属还原剂填料的基本原理是阳极与阴极构成的原电池电化学反应；高电位金属阴极除扩大电位差之外，还具有电催化作用，并为还原提供反应界面；而阳极的合金与微量杂质之间形成多个短路的微电池系统，可加速阳极氧化，另结合阳极离子的络合、电子传递、物理吸附作用。使所述纳米多金属还原剂填料具有强还原性，对硝基芳香烃类、偶氮类、卤代烃类化合物和有毒有害重金属等废水中的主要污染物均有较好的还原降解作用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供一种纳米多金属还原剂填料，包括：

以上百分比为重量百分比。

上述组成纳米多金属还原剂的各原料均可从市场购得，纯度要求在98％以上。

提供一种纳米多金属还原剂填料的制备方法，步骤如下：

(1)将各组份原材料分别粉碎、球磨至10纳米-100微米粉粒，然后按重量百分比均匀混合，最后通过造粒机制成粒状混合物。

(2)造粒后，将各原料的粒状混合物在温度为500℃-1000℃烧结成颗粒状填料，或通过冷压成球状。颗粒形状为球状或圆筒状、方块状，或各种待处理的水装置中需要的相应形状。

所述纳米多金属还原剂填料的使用方法是：将颗粒填料投入废水处理装置中，所述废水处理装置可以是沸腾床、曝气流化床、固定床或其他本技术领域常用的处理装置，再按该废水处理装置的操作方法操作。

本发明以化学需氧量(简称为COD)作为衡量水中有机污染物含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。本发明使用本技术领域常规使用的COD测量仪测定废水的COD值。

该填料可以采用美国阳光药业公司生产的活性恢复装置进行活性再生。

本发明提供的纳米多金属还原剂填料的使用方法既可以作为单独的处理方法，又可作为生物法的预处理方法，如做为预处理，除可使废水的生化性得到提高外，还可直接与后续好氧生物法耦合，富余的铁离子有利于磷的去除和提高活性污泥的沉降性能或生物膜法的挂膜能力。该方法可以达到化学沉淀除磷的效果，还可以通过还原去除重金属。

与现有技术相比，本发明提供的纳米多金属还原剂填料有以下特点：

(1)反应速率快，废水处理时间仅需数分钟至数十分钟；处理量大，料水比为1∶1.5；

(2)具有良好的混凝效果，COD去除率高，COD去除率一般在50％--70％；并且对色度的去除更佳；

(3)寿命长，成本低，一般不超过0.50元/吨；

(4)作用有机污染物质范围广，如：含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难降解有机物质；适用PH范围宽，酸性、中性、碱性条件都有良好的效果；

(5)运行管理方便，不钝化，不沟流，无废弃物。

将本发明提供的纳米多金属还原剂填料与现有的铁碳微电解填料的各项性能相比较，结果如表1所示：

表1：

项目	纳米多金属还原剂填料	铁碳微电解填料
			成分	碳+钠米多金属	碳+铁
活性	COD降解率70％	COD降解率20％
			再生	可以	不可以
结块	不结块	结块
			寿命	3年	3个月

具体实施例：

实施例1

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

先将各组份原材料分别粉碎、球磨至10微米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，在温度为600℃烧结成球状颗粒，其直径为2mm。

取球状颗粒10克加入腈纶厂废水30毫升，搅拌30分钟。该废水需降解的主要成分是丙稀腈化合物，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理后腈纶厂废水的COD值由1280降为384，降解率为70％。

实施例2

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

将各组份原材料分别粉碎、球磨至80纳米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，在温度为800℃烧结成球状颗粒，其直径为3mm。

取球状颗粒10克加入红霉素制药废水30毫升中，搅拌30分钟。红霉素制药废水中需降解的主要成分是杂环化合物，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理后红霉素制药废水的COD值由3200降为1024，降解率为68％。

实施例3

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

将各组份原材料分别粉碎、球磨至50微米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，冷压成圆筒状，其直径为2cm，高5cm。

取纳米多金属还原剂填料1公斤放入水池中，加入焦化废水10公斤，曝气30分钟。焦化废水中需降解的主要成分是有机氮化物和苯环类化合物，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理后焦化废水的COD值由4200降为840，降解率为80％。

实施例4

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

将各组份原材料分别粉碎、球磨至100纳米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，冷压成球状，其直径为5mm。

取纳米多金属还原剂填料1公斤放入水池中，加入化工园区废水10公斤，曝气30分钟。化工园区废水中需降解的主要成分是有机硫化物和有机氯化物，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理废水中的COD值由5600降为1960，降解率为65％。

实施例5

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

将各组份原材料分别粉碎、球磨至300纳米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，冷压成球状，其直径为8mm。

取纳米多金属还原剂填料1公斤放入水池中，加入城镇污水处理厂废水10公斤，曝气30分钟。该废水主要为生活污水和达到污水处理厂要求的工业污水，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理后COD值由280降为28，降解率为90％。

实施例6

纳米多金属还原剂填料由下述重量百分比的组成：

将各组份原材料分别粉碎、球磨至500纳米粉粒，然后按各组份重量百分比均匀混合，最后制作成粒状。造粒后，冷压成圆筒状，其直径为1cm，高2cm。

取纳米多金属还原剂填料1公斤放入水池中，加入印染废水10公斤，曝气30分钟。印染废水中需降解的主要成分是苯环化合物，使用COD测量仪对处理前后的废水进行测量，结果显示，用本发明的纳米多金属还原剂填料处理后COD值由6500降为2405，降解率为63％。

Claims (5)

1.一种纳米多金属还原剂填料，包括：

上述所有百分比均为重量百分比。

2.权利要求1所述的纳米多金属还原剂填料的制备方法，包括：

(1)将各原材料分别粉碎、球磨至10纳米-100微米粉粒，按重量百分比均匀混合，制作成粒状混合物。

(2)将各原料的粒状混合物经温度为500℃-1000℃烧结或经冷压成颗粒状填料。

3.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：最后制得颗粒状填料的颗粒形状可为球状或圆筒状、方块状。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：步骤1中各原料粉碎、球磨至10纳米-100微米。

5.权利要求1所述的纳米多金属还原剂填料在废水处理中的应用。