CN107670636B - 一种地下水厂铁泥资源化利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种地下水厂铁泥资源化利用的方法。涉及水处理技术领域。解决适合地下水厂铁泥处置的铁泥资源化利用问题，通过Na2CO3调节含水铁泥的pH，加入抗坏血酸，加入抗坏血酸后，经过搅拌后溶液转入反应釜进行水热反应、烘干后得到磁性吸附剂和硅铝矿物吸附剂。本发明具有如下有益效果：直接使用水厂反冲洗废水沉淀后的含水铁泥，不需要预处理，节约了费用；制备的磁性吸附剂中铁含量可达到43wt.％，本制备方法实现了铁的纯化，同时生成了含有γ‑Fe2O3的磁性吸附剂；利用上清液中的硅酸盐和铝酸盐，制备成含二氧化硅和三氧化二铝的硅铝矿物吸附剂；本发明富集了铁泥中铁，同时从铁泥中分离出硅铝矿物。

Description

一种地下水厂铁泥资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体地说是一种地下水厂铁泥资源化利用的方法。
背景技术
地下水厂的滤池进行反冲洗后，会排放大量的反冲洗废水，沉淀后生成的含铁污泥中含有破碎滤料、高岭石颗粒等杂质，水厂的常规处理方法有两种，第一种是将反冲洗废水直接排到渗井中；第二种方法是将反冲洗废水长期静止或混凝沉淀后，上清液回流到水厂再进行曝气和过滤处理，当前，这两种方法都普遍应用于地下水厂，并产生含铁污泥，对含铁污泥的合理处置，一直以来是地下水厂的难点，不得不采用絮凝脱水和压滤的方式对含铁污泥进行处理后，外运填埋；
地下水厂的铁泥与铝厂红泥、电板厂铁泥或钢厂铁泥的成分和性质不同，其呈中性，含铁量相对较高，达到16.6wt.％，杂质为破碎的石英砂滤料和高岭石颗粒等，如铝厂红泥呈碱性，中间含有丰富的铝矿物，部分红泥含铁量低至3wt.％，又如电板厂或钢厂铁泥中，含有大量二价铁，因此，地下水厂资源化利用的方法，不同于其他铁泥；
利用含铁污泥制备磁性材料的报道显示，高温煅烧还原法、酸浸提辅助共沉淀法、溶剂热法和水热法也被应用于铝厂红泥、电板厂铁泥或钢厂铁泥的处理，之前也报道溶剂热法处理含铁污泥，原位合成磁性吸附剂，但合成的磁性吸附剂中铁含量基本不变，维持在16.6wt.％，并且材料中硅和铝矿物的晶型不变，又有报道使用水热法以铝厂红泥为原料制备的磁性吸附剂，在制备中使用的硫化铁、铁粉或加入亚铁盐等，得到的吸附剂中含有Fe3O4是产生磁性的主要原因，且杂质并未大量清除，也未获得纯化的硅铝矿物；
有少量报道显示利用化学纯氯化亚铁、硫酸亚铁或有机铁试剂为原料，加入抗坏血酸制备Fe3O4，在这几个报道中，有一个是采用溶剂法研究有机溶剂体系中添加少量水对Fe3O4尺寸的影响，另外一个是采用氮气曝气，在190℃下回流的方式制备Fe3O4，这与本方法中纯化铁泥和获得硅铝矿物吸附剂的思路和方法不同，且产生磁性的产物也不同，也有使用铁盐或铁泥，加入抗坏血酸促进芬顿反应，强化有机物去除的报道，未涉及铁泥纯化的思路；
另外，一些报道显示直接利用化学纯制备的水铁矿或针铁矿，进行水热法处理数天或数月，也能形成磁性材料，但硅或铝含量大于1wt.％时，水铁矿或针铁矿相稳定，最后形成的产物磁性弱，难以进行磁分离，与此相比，地下水厂铁泥中，硅和铝的含量分别达到19.77wt.％和6.19wt.％(XRF法测定)，所以这种铁泥在水热条件下稳定性良好，不会发生明显相变(水热实验证实)；
由此看来，在铁泥资源化利用中，富集低含量铁泥中的铁和分离含铁污泥中的杂质，生成含γ-Fe2O3的磁性吸附剂，是一种适合地下水厂铁泥处置的经济效益高和环境友好的处理方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种地下水厂铁泥资源化利用的方法。
本发明的技术方案是：本发明要解决的技术问题是一种地下水厂铁泥资源化利用的方法，地下水厂的含水铁泥不用预处理，直接通过简单水热法将铁泥制备成高含铁量的磁性吸附剂，并分离铁泥中的杂质制备成硅铝矿物吸附剂，为地下水厂含铁污泥的利用提供方法；
本发明解决技术问题的方案包括以下步骤：
①.本发明所述的含水铁泥是指地下水厂反冲洗废水，经过2h沉淀后形成的含水铁泥，固体含量为1.2-2.5wt.％，污泥中含有破碎的滤料、滤料表面沉积的铁氧化物和吸附的腐殖酸等杂质，含水铁泥不需要去除杂质，也不需要进行烘干；
②.选择Na2CO3调节含水铁泥的pH为11，持续搅拌10-30min；根据含水铁泥的固体含量和铁的含量，控制抗坏血酸的使用量，使含水铁泥中铁与抗坏血酸的摩尔比为0.5-1之间，其中抗坏血酸是L-型抗坏血酸；
③.抗坏血酸添加方式为粉体直接投加，加入抗坏血酸后，搅拌时间为5-10min；
④.将步骤③的溶液转入反应釜进行水热反应，设定含水铁泥体积与反应釜体积比为0.6，反应釜内压力控制在1.5MPa，采用直接加热升温，不控制升温速率，反应温度设定为200℃，反应的最短时间限定为4h，底部生成沉淀，沉淀是生成了γ-Fe2O3，沉淀具有磁性，上部的上清液保留。
⑤.使用真空干燥箱对收集的沉淀进行干燥，真空干燥箱的真空度为0.06MPa，干燥的温度为45℃，时间设定为24h，得到磁性吸附剂，制备的磁性吸附剂中铁的含量为38wt.％-43wt.％，硅含量为4.2-7.2wt.％，磁性吸附剂为片状，厚度为5-10nm，直径为200-500nm，饱和磁化强度为7.8emu/g，调节含水铁泥的pH为13，可得到含铁量为43wt.％和硅含量为4.35wt.％的磁性吸附剂；调节含水铁泥的pH为10，可得到含铁量为38wt.％和硅含量为7.2wt.％的磁性吸附剂；
⑥.使用硝酸调节步骤④的上清液的pH为5，待pH稳定后，加热上清液到90℃，恒温0.5-1h，底部出现灰色沉淀，使用鼓风干燥机烘干灰色沉淀，在120℃下干燥2h，得到含二氧化硅(51-55wt.％)和三氧化二铝(17-21wt.％)的硅铝矿物吸附剂；
⑦.吸附剂的净水条件
将磁性吸附剂或硅铝矿物吸附剂，在40kHz的超声条件下分散到含有重金属离子或亚甲基蓝的废水中，搅拌速度设定为550-750rpm，混合10-20min，混合结束后，磁性吸附剂可采用磁场或磁铁进行吸附剂与水的分离，而硅铝矿物吸附剂，需要采用5700rpm转速离心，进行吸附剂与水的分离。
本发明具有如下有益效果：直接使用水厂反冲洗废水沉淀后的含水铁泥，不需要干燥处理、去除破碎滤料和洗涤，节约了费用；对比干燥铁泥中的铁含量16.6wt.％，制备的磁性吸附剂中铁含量(不是铁氧化物)可达到43wt.％，本制备方法实现了铁的纯化，同时生成了含有γ-Fe2O3的磁性吸附剂；回收了水热反应后上清液中的硅酸盐和铝酸盐，制备成含二氧化硅(51-55wt.％)和三氧化二铝(17-21wt.％)的硅铝矿物吸附剂；本发明富集了铁泥中铁，同时从铁泥中分离出硅铝矿物。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
一种地下水厂铁泥资源化利用的方法，包括以下步骤：
(一).取地下水厂反冲洗废水50L，沉淀2h后，弃掉上清液45L，保留底部的5L含水铁泥，测定含水铁泥的固含率为2.2wt.％，含水铁泥中铁的含量为3.74g/L，含水铁泥中含有破碎的滤料、滤料表面沉积的铁氧化物和吸附的腐殖酸等杂质，不需要去除杂质，也不需要烘干铁泥；
(二).选择含水铁泥调节的pH值和含水污泥中铁与抗坏血酸的摩尔比，向5L含水铁泥中，投加Na2CO3，调节pH为11，搅拌10min；选择含水铁泥中铁与L-型抗坏血酸的摩尔比为0.5，加入L-型抗坏血酸29.4g；
(三).抗坏血酸添加方式为粉体直接投加，加入抗坏血酸后，持续搅拌10min，溶液颜色由棕黄色变成棕黑色；
(四).设定含水铁泥体积与反应釜体积比为0.6，将步骤(三)的溶液转入反应釜中，调节釜内压力为1.5MPa，加热升温到200℃，反应6h，底部生成沉淀，上部的上清液保留；
(五).沉淀的干燥条件
使用真空干燥箱对收集的沉淀进行干燥，将沉淀收集后，放入真空干燥箱中，抽气后保持真空度为0.06MPa，温度设定为45℃，时间设定为24h，得到磁性吸附剂，磁性吸附剂中铁含量约为41wt.％，产生磁性的主要成分为γ-Fe2O3；
(六).向步骤(四)中的上清液中加入硝酸，调节pH为5，然后加热到90℃，搅拌速度设定为255rpm，恒温1h，底部出现灰色沉淀，将灰色沉淀收集，并放入鼓风干燥箱中，在120℃下干燥2h，得到含二氧化硅(52wt.％)和三氧化二铝(19wt.％)的硅铝矿物吸附剂；
(七).吸附剂的净水条件
取0.2g磁性吸附剂或硅铝矿物吸附剂，在40kHz的超声条件下分散到20mL含有60mg/L的亚甲基蓝溶液中，或20mL含有铜离子25.5mg/L和锌离子22.7mg/L的水溶液中，100rpm下振荡20min，使用磁铁回收反应后溶液中的磁性吸附剂，使用5500rpm离心回收硅铝矿物吸附剂，吸附后的溶液中，亚甲基蓝浓度低于0.5mg/L，铜和锌离子浓度分别低于1.5mg/L和0.5mg/L。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
①直接使用水厂反冲洗废水沉淀后的含水铁泥，不需要干燥处理、去除破碎滤料和洗涤，节约了费用。
②对比干燥铁泥中的铁含量16.6wt.％，制备的磁性吸附剂中铁含量可达到43wt.％，本制备方法实现了铁的纯化，同时生成了含有γ-Fe2O3的磁性吸附剂。
③回收了水热反应后上清液中的硅酸盐和铝酸盐，制备成含二氧化硅(51-55wt.％)和三氧化二铝(17-21wt.％)的硅铝矿物吸附剂。
④本发明富集了铁泥中铁，同时从铁泥中分离出硅铝矿物。

Claims (1)

1.一种地下水厂铁泥资源化利用的方法，其特征在于包括以下步骤：
①.本发明所述的含水铁泥是指地下水厂反冲洗废水，经过2h沉淀后形成的含水铁泥，固体含量为1.2-2.5wt.％，含水铁泥中含有破碎的滤料、滤料表面沉积的铁氧化物和吸附的腐殖酸等杂质，含水铁泥不需要去除杂质，也不需要进行烘干；
②.选择Na2CO3调节含水铁泥的pH为11，持续搅拌10-30min；根据含水铁泥的固体含量和铁的含量，控制抗坏血酸的使用量，使含水铁泥中铁与抗坏血酸的摩尔比为0.5-1之间，其中抗坏血酸是L-型抗坏血酸；
③.抗坏血酸添加方式为粉体直接投加，加入抗坏血酸后，搅拌时间为5-10min；
④.将步骤③的溶液转入反应釜进行水热反应，设定含水铁泥体积与反应釜体积比为0.6，反应釜内压力控制在1.5MPa，采用直接加热升温，不控制升温速率，反应温度设定为200℃，反应的最短时间限定为4h，底部生成沉淀，沉淀是生成了γ-Fe2O3，沉淀具有磁性，上部的上清液保留；
⑤.使用真空干燥箱对收集的沉淀进行干燥，真空干燥箱的真空度为0.06MPa，干燥的温度为45℃，时间设定为24h，得到磁性吸附剂，制备的磁性吸附剂中铁的含量为38wt.％-43wt.％，硅含量为4.2-7.2wt.％，磁性吸附剂为片状，厚度为5-10nm，直径为200-500nm，饱和磁化强度为7.8emu/g；
⑥.使用硝酸调节步骤④的上清液的pH为5，待pH稳定后，加热上清液到90℃，恒温0.5-1h，底部出现灰色沉淀，使用鼓风干燥机烘干灰色沉淀，在120℃下干燥2h，得到含二氧化硅51-55wt.％和三氧化二铝17-21wt.％的硅铝矿物吸附剂；
⑦.吸附剂的净水条件
将磁性吸附剂或硅铝矿物吸附剂，在40kHz的超声条件下分散到含有重金属离子或亚甲基蓝的废水中，搅拌速度设定为550-750rpm，混合10-20min，混合结束后，磁性吸附剂可采用磁场或磁铁进行吸附剂与水的分离，而硅铝矿物吸附剂，需要采用5700rpm转速离心，进行吸附剂与水的分离。
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