CN106810204B - 一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒及利用芬顿铁泥制备陶粒的方法 - Google Patents

一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒及利用芬顿铁泥制备陶粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒及利用芬顿铁泥制备陶粒的方法，所述陶粒原料重量份组成如下：芬顿铁泥1～10份，粘结剂1～8份，粉煤灰0.1～1份，成球剂0.1～1份，所述的粘结剂为粘土；所述陶粒吸水率为5～10％，颗粒密度为1000～1600kg/m3，堆积密度500～750kg/m3。本发明的陶粒集阴极、阳极与一体，本身自带阴阳极，表面粗糙，比表面积大，同时具有吸水率小、颗粒密度小、孔隙率高等特点。

Description

一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒及利用芬顿铁泥制备陶粒的 方法
技术领域
本发明涉及一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒及利用芬顿铁泥制备陶粒的方法，属于固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
芬顿氧化技术是一种水处理高级氧化技术，已应用于多种难降解废水处理中，该技术是在酸性条件下利用Fe2+和H2O2反应，生成具有强氧化性的羟基自由基，氧化废水中的有机化合物成为CO2和H2O，进而降解废水，Fenton处理后的出水一般通过加碱将溶液调至中性或弱碱性，并加入一定的絮凝剂使铁以氢氧化铁的形式聚沉，并通过过滤的方式将Fe(OH)3与溶液分离，由于芬顿反应后的体系中存在大量的Fe3+离子，进而产生大量含铁的污泥固废。如果不妥善处理会产生很多危害：例如占用土地，堆放过程中经风吹雨淋发生化学反应，破坏土壤结构；进入水体导致河床淤积，污染水体，另外，铁泥中含有丰富的Fe资源，利用不合理会造成资源的浪费。
目前，处理芬顿铁泥的方法主要是焚烧、钢厂回收、直接填埋等；焚烧法处理铁泥，将有机物高温烧掉，进而铁泥回用；该方法会对大气产生污染并且浪费染料资源；钢厂回收，同样也是采用高温燃烧的方法，与焚烧方法类似；直接填埋处理铁泥，不仅污染环境，并且Fe资源的浪费等。芬顿铁泥是制约芬顿氧化技术推广应用的关键性问题，因此芬顿铁泥的有效资源化的处理，是一项亟待解决的工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒集阴极、阳极与一体，本身自带阴阳极，表面粗糙，比表面积大，同时具有吸水率小、颗粒密度小、孔隙率高等特点。
本发明还提供一种利用芬顿铁泥制备阴阳极一体化陶粒的方法，为芬顿铁泥提供一种合理的资源化利用途径，一次配料、烧结即可制得本身自带阴阳极的陶粒，制备方法简单。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥1～10份，粘结剂 1～8份，粉煤灰0.1～1份，成球剂0.1～1份，所述的粘结剂为粘土；所述陶粒吸水率为5～10%，颗粒密度为1000～1600kg/m3，堆积密度500～750kg/m3。
本发明优选的，芬顿铁泥阴阳极陶粒，所述陶粒原料重量份组成如下：芬顿铁泥3～8份，粘结剂 1～6份，粉煤灰0.1～0.6份，成球剂0.1～0.6份。
本发明优选的，芬顿铁泥阴阳极陶粒，所述陶粒原料重量份组成如下：芬顿铁泥4～6份，粘结剂 3～5份，粉煤灰 0.5份，成球剂0.5份。
本发明优选的，所述的成球剂为聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和六水硫酸镍混合后加热水稀释后的混合溶液，混合溶液中，聚乙烯醇的质量浓度为3~6wt%，羧甲基纤维素钠的质量浓度2~4wt%，六水硫酸镍质量浓度为1~2wt%。
本发明优选的，所述的芬顿铁泥中有机物含量为40-50%，铁元素含量为20-30%。
上述利用芬顿铁泥制备阴阳极一体化陶粒的方法，以芬顿铁泥，粉煤灰，粘结剂、成球剂为原料，制备过程，步骤如下：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，
（2）按重量比称取粘结剂、粉煤灰和芬顿铁泥然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径3-6mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥15～20h，
（4）干燥后的生料球置于温度520～650℃下无氧烧结25～35min，密闭干燥室内冷却至室温，即得阴阳极一体化陶粒。
发明人意外发现，以芬顿铁泥为原料经配料、烧结可制得本身自带阴阳极的陶粒，芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰、成球剂复配制得的生料球，高温无氧煅烧生料球，使有机物进行有机碳化，芬顿铁泥内的三价铁化合物高温热解为零价铁，进而在陶粒内部形成微小原电池的阴阳极，高温烧制后形成阴阳极一体化陶粒。
有机物的有机碳化和三价铁化合物高温热解为零价铁的转化条件极难掌握，是该转化技术的难点；如果芬顿铁泥过多，制得的陶粒生料球内部三价铁化合物含量比重相对较大，又因为芬顿铁泥本身有机物含量较高，则所造陶粒本身就会过轻，同时内部转化进行的程度可能较低，反而造成铁资源的一种浪费，用于进行微电解反应效果不好。如果芬顿铁泥过少，制得的陶粒生料球内部三价铁化合物含量比重相对较小，经过无氧高温烧制后，内部微小电池数目较少；本发明通过无数次实验制得的陶粒本身自带阴阳极，处理模拟氯霉素废水，氯霉素去除率达到50%以上，处理效果好。
本发明利用芬顿氧化技术处理工业化废水时产生的铁泥制备新型阴阳极粒状陶粒，使其资源化利用，不仅消除了芬顿铁泥固废的污染，而且节约了Fe资源。制备粒状陶粒工艺简单，外表为粗糙粒状固体，吸水率为5—10%，颗粒密度为1000—1600kg/m3，堆积密度500—750kg/m3，具有吸水率小、比表面积大、孔隙率高等特点。本发明制备的阴阳极粒状陶粒可直接应用于曝气生物滤池和流化反应床的填料，也可以用于隔音材料、隔热材料、保温材料等。
本发明所用原料及设备均为现有技术。
本发明的优点如下：
本发明制备的陶粒为阴阳极一体化微电解型填料，陶粒表面粗糙、吸水率小、比表面积大、孔隙率高，原料直接利用芬顿铁泥，消除了芬顿铁泥固废的污染，而且节约了Fe资源。
附图说明：
图1为实施例1制得的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观图；
图2为实施例2制得的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观图；
图3为实施例3制得的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观图；
图4为实施例4制得的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观图。
图5为实验例填装芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒的微电解反应器结构示意图。
图中，1模拟废水，2进水泵，3曝气头，4输气泵，5取样口，6出水口，7陶粒填料
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例中使用的芬顿铁泥铁成分如下表1所示：
Figure 418087DEST_PATH_IMAGE002
实施例1
一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥6份，粘结剂3份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份。
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，（颗粒直径≤0.15mm）
（2）按重量比6：3：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径3-6mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥20h，
（4）干燥后的生料球置于温度600℃下无氧烧结33min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒。
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为6.3%，颗粒密度为1587kg/m3，堆积密度746kg/m3。制备的陶粒样品如图1所示。
实施例2
一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥5份，粘结剂4份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份。
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，（颗粒直径≤0.15mm）
（2）按重量比5：4：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径5mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥18h，
（4）干燥后的生料球置于温度580℃下无氧烧结30min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒。
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为7.6%，颗粒密度为1456kg/m3，堆积密度704kg/m3。制备的陶粒样品如图2所示。
实施例3
一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥4份，粘结剂4份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份。
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，（颗粒直径≤0.15mm）
（2）按重量比4：4：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径5mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥17h，
（4）干燥后的生料球置于温度610℃下无氧烧结28min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒。
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为8.8%，颗粒密度为1367kg/m3，堆积密度675kg/m3。制备的陶粒样品如图3所示。
实施例4
一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥5份，粘结剂5份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份。
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，（颗粒直径≤0.15mm）
（2）按重量比5：5：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径5mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥16h，
（4）干燥后的生料球置于温度650℃下无氧烧结26min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒。
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为9.1%，颗粒密度为1248g/m3，堆积密度589kg/m3。制备的陶粒样品如图4所示。
实验例：
应分别将按照实施例1、实施例2、实施例3、实施例4制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒填装于图5 所示的微电解反应器中，进行对芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒的应用试验，所述的微电解反应器4个圆柱状反应柱，反应柱内填充芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，每个反应柱的侧壁底部设置有进水口，进水口连接进水管，进水管与进水总管连接，进水总管上设置有进水泵，进水总管与储水池连接，每个反应柱的侧壁上部设置有出水口和取样口，在每个反应柱的底部设置有曝气头，曝气头连接曝气管，曝气管连接曝气总管。对氯霉素模拟废水进行预处理探究；氯霉素废水经过芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒进行处理，水力停留时间为2-8h，温度20～30℃，pH值2-7，填料与氯霉素废水的体积比为2-4:1，氯霉素模拟废水中浓度为80-120mg/L。在没有曝气时，浓度100mg/L的氯霉素废水经过电解颗粒填料连续处理六小时后，氯霉素去除率均达50%以上。反应器连续运行6 个月，未发现明显的板结现象，废水处理效率稳定。

Claims (2)

1.一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥6份，粘结剂3份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份；
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，颗粒直径≤0.15mm；
（2）按重量比6：3：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径3-6mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥20h，
（4）干燥后的生料球置于温度600℃下无氧烧结33min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒；
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为6.3%，颗粒密度为1587kg/m3，堆积密度746kg/m3。
2.一种芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒，该陶粒本身自带阴阳极，所述陶粒原料重量份组成如下：
芬顿铁泥5份，粘结剂4份，粉煤灰0.5份，成球剂0.5份；
制备方法：
（1）将芬顿铁泥、粉煤灰、粘结剂分别进行烘干处理、破碎并过100目筛进行筛分，颗粒直径≤0.15mm；
（2）按重量比5：4：0.5称取芬顿铁泥、粘结剂、粉煤灰，然后加入滚筒式造粒机内，并且通过喷洒成球剂进行造粒成球，制得粒径5mm的生料球；
（3）将生料球置于室温下干燥18h，
（4）干燥后的生料球置于温度580℃下无氧烧结30min，密闭干燥室内冷却至室温，即得芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒；
制备的芬顿铁泥阴阳极一体化陶粒外观为黑色粗糙球状固体，吸水率为7.6%，颗粒密度为1456kg/m3，堆积密度704kg/m3。
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