CN104591368A - 一种还原转化硝基芳烃类废水的铁-粉煤灰-高岭土填料及方法 - Google Patents

Abstract

一种还原转化硝基芳烃类废水的铁-粉煤灰-高岭土填料及方法，将填料装入反应器还原转化硝基芳烃类物质，硝基芳烃类废水浓度为100-1000mg/L，pH为2-3，水力停留时间为0.5-2天，流速为0.5mL/min。相比于铁粉和铁/铜二元体系，长期运行填料对硝基芳烃类的还原效果较好。当硝基甲苯初始浓度为1000mg/L，运行40天后硝基甲苯的还原转化率仍在60％左右。铁-粉煤灰-高岭土填料一方面提高增加零价铁与污染物的接触面积，提高对难降解硝基芳烃类的还原转化效率；另一方面减少铁粉流失，提高铁粉利用效率，降低还原成本。

Description

一种还原转化硝基芳烃类废水的铁-粉煤灰-高岭土填料及方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及硝基芳烃类物质的化学还原及固体废弃物的回收利用，具体涉及一种还原转化硝基芳烃类废水的铁-粉煤灰-高岭土填料及方法。

背景技术

硝基芳烃类物质广泛应用于染料、农药、橡胶和医药制造等化工领域。由于硝基的吸电子作用，使得硝基芳烃类物质在自然条件下不易被微生物降解。硝基芳烃类物质对环境具有持久性污染，对微生物、两栖动物及哺乳动物均具有“三致”毒性。利用零价铁预处理硝基芳烃类物质，生成易于微生物利用的苯胺类物质是解决此类污染的有效途径。

近年来，利用零价铁还原重金属、高氯酸盐、偶氮染料、有机卤化物、和硝基芳烃等多种污染物，与其他还原剂相比零价铁具有来源广泛、价格低廉、还原速率快等优点。但是零价铁还原技术存在重大缺陷，反应一段时间后零价铁的腐蚀使得还原效率下降。为了减少铁的损失和提高还原效率，随后出现了铁的二元体系和纳米零价铁及其二元还原体系。这些系统增大了反应物之间的接触面积，加快了电子传递，提高了还原效率，但是仍不能避免还原剂易流失、易氧化、易团聚等缺点。

粉煤灰是煤炭燃烧产生的主要废弃物之一，2010年我国年排渣量已达3亿吨，随着工业的发展粉煤灰的产生量逐年增加。粉煤灰排放量大，不加处理会产生扬尘，污染大气；若排入水系会造成河流淤塞，而其中的有毒化学物质还会对人体和生物造成危害。环境污染以及矿物资源的枯竭等强烈地激发了粉煤灰利用的研究和开发，粉煤灰作为资源丰富、价格低廉，兴利除害的新兴建材原料和化工产品的原料的处理和利用引起人们广泛的注意。

发明内容

本发明是为了解决零价铁还原硝基芳烃类物质过程中易腐蚀、易板结、还原效率随时间下降等问题，进而提供了一种铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基芳烃类废水的方法。

本发明将铁、粉煤灰和高岭土按照一定配比制成一种颗粒状填料，将填料投入反应器硝基芳烃类的还原，利用填料中铁与其他物质构成的微电解结构，加快电子的传递；利用填料本身疏松多空的特性，增加污染物与铁的接触面积；同时回收利用填料，降低成本。铁-粉煤灰-高岭土填料具体如下：铁、粉煤灰、高岭土的质量百分数分别为70％、25％和5％，制成粒径为2-5mm的球状填料，填料在20℃烘箱中干燥10-30min后在300-600℃的烘箱中焙烧3-6h。

铁是活泼性金属，具有还原能力，可将在金属活动顺序表中排于其后的金属置换出来而沉积在铁的表面，还可将氧化性较强的有机物还原，零价铁可以将硝基芳烃类物质还原成氨基芳烃类物质。

粉煤灰主要组成为SiO₂、Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃、CaO、TiO₂等,空隙率为50％-80％。当把铁-粉煤灰-高岭土填料浸没在水溶液中时，铁与其他活性较弱的金属元素形成微小的原电池，加快电子的流动，提高了反应的速率；另外，粉煤灰的空隙率较大，增加了铁-粉煤灰-高岭土填料的通透性，增大了填料与废水的接触面积，还原率提高了5％-20％。

高岭土为硅酸盐矿物，易吸水、粘结，潮湿时可塑。在填料中将铁粉和粉煤灰粘合。

本发明将铁、粉煤灰和高岭土烧结成颗粒状填料，搭建反应器还原转化硝基芳烃类物质。铁-粉煤灰-高岭土填料可以加快电子的传递效率，增加硝基芳烃类废水的接触面积，从而加快反应的速率和提高铁的利用率，同时回收利用填料，降低成本。设备操作简单，运行方便，不仅适于还原硝基芳烃类物质，对于还原重金属、高氯酸盐、偶氮染料、有机卤化物、和硝基芳烃等多种污染物同样适用。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：

一种铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基芳烃类废水的装置，该装置包括带孔隔板、筛网、反应器、出水箱、压力表、氮气罐、硫酸储罐和混合装置，装置分为三个部分，分别为进水部分、反应装置和出水箱。

进水部分包括进水箱、硫酸储罐和混合装置；硫酸储罐是用来调节进水端的pH值；混合装置将进水和硫酸进行混合，使混合装置的出水pH为2-3，保证反应在最佳条件下进行。

反应装置包括带孔隔板、筛网、反应器和曝气装置，自上而下，依次设置。

孔径为2mm的带孔隔板用来拦截整个反应器的填料，对填料起支撑固定作用；孔径为1mm的筛网是用来拦截填料，保证填料不被水冲出，出水从反应器上部正常流出，配合带孔隔板使用。

曝气装置包括氮气罐和压力表，氮气罐是用来去除反应体系中的溶解氧，保证反应在厌氧条件下进行，同时减少铁的腐蚀。

出水箱收集处理后的污水。

本发明的铁-粉煤灰-高岭土填料，一方面提高增加零价铁与污染物的接触面积，提高对难降解硝基芳烃类的还原转化效率；另一方面减少铁粉流失，提高铁粉利用效率，降低还原成本。

附图说明

图1为铁-粉煤灰-高岭土填料还原硝基甲苯类的工艺流程图。

图2为铁粉、铁/铜二元体系、铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基甲苯效果比较。

图3为铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基甲苯效果图。

图中：1进水箱；2水泵；3阀门；4带孔隔板；5筛网；6填料；7反应器；8出水箱；9压力表；10氮气罐；11硫酸储罐；12混合装置。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：铁-粉煤灰-高岭土填料间歇还原硝基甲苯类的工艺

如图所示，反应器的有效体积为1.5L，污染物的初始浓度为200-1000mg/L，pH为2。

对于硝基甲苯废水首先进入混合装置，污水pH通过滴加H₂SO₄控制；

然后废水进入装有铁-粉煤灰-高岭土填料反应器，在反应器底部通入氮气以除去反应器中空气；

反应器中的废水注满反应器后与填料反应2天后经反应器上部流出，进行下一步处理。

实施例2：铁-粉煤灰-高岭土填料连续还原硝基甲苯类的工艺流程。

如图所示，反应器的有效体积为1.5L，污染物的初始浓度为200-1000mg/L，pH为2，水力停留时间为2天，流速为0.5mL/min。

对于硝基甲苯废水首先进入混合装置，污水pH通过滴加H₂SO₄控制；

然后废水进入装有铁-粉煤灰-高岭土填料反应器，在反应器底部通入氮气以除去反应器中空气；

还原后的废水从反应器的上部流出，进行下一步处理。

相比于铁粉和铁/铜二元体系，长期运行填料对硝基甲苯类的还原效果较好。当硝基甲苯初始浓度为1000mg/L、反应器运行10天，填料的还原转化率仍可达90％，运行40天后的还原转化率仍在60％左右。

Claims (3)

1.一种还原转化硝基芳烃类废水的铁-粉煤灰-高岭土填料，其特征在于，铁、粉煤灰、高岭土的质量百分数分别为70％、25％和5％，制成粒径为2-5mm的球状填料，填料在20℃烘箱中干燥10-30min后在300-600℃的烘箱中焙烧3-6h。

2.使用权利要求1所述铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基芳烃类废水的装置，其特征在于，所述的硝基芳烃类废水浓度为100-1000mg/L，pH为2-3，水力停留时间为0.5-2天；

装置包括进水箱、硫酸储罐、混合装置、带孔隔板、筛网、反应器、曝气装置和出水箱，装置分为三个部分，分别为进水部分、反应装置和出水箱；

进水部分包括进水箱、硫酸储罐和混合装置；硫酸储罐是用来调节进水端的pH值；混合装置将进水和硫酸进行混合，使混合装置的出水pH为2-3，保证反应在最佳条件下进行；

反应装置包括带孔隔板、筛网、反应器和曝气装置，自上而下，依次设置；

孔径为2mm的带孔隔板用来拦截整个反应器的填料，对填料起支撑固定作用；孔径为1mm的筛网是用来拦截填料，保证填料不被水冲出，出水从反应器上部正常流出，配合带孔隔板使用；

曝气装置包括氮气罐和压力表，氮气罐是用来去除反应体系中的溶解氧，保证反应在厌氧条件下进行；同时，减少铁的腐蚀，防止填料板结，提高铁的利用效率；

出水箱收集处理后的污水。

3.使用权利要求1所述铁-粉煤灰-高岭土填料还原转化硝基芳烃类废水的方法，其特征为：硝基芳烃类废水浓度为100-1000mg/L，pH为2-3，水力停留时间为0.5-2天。