CN107935129A - 一种铁‑污泥基生物碳微电解填料的制备方法及其在处理含铀废水中的应用 - Google Patents

一种铁‑污泥基生物碳微电解填料的制备方法及其在处理含铀废水中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铁碳微电解法处理含铀废水的方法及其填料制备。一种铁‑污泥基生物碳微电解填料的制备方法，以还原性铁粉、剩余污泥基生物碳为原料，以硅酸钠或/和膨润土为粘结剂，以有色重金属铜粉和钴粉作为催化剂，将这些材料按照一定的比例混合，通过高温焙烧，烧结形成规整化铁碳微电解材料。本发明克服了现有铁碳填料的高成本及易板结、易钝化的缺陷，并创造性的使用铁碳微电解填料来处理含铀废水。

Description

一种铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法及其在处理含 铀废水中的应用
技术领域
本发明涉及一种铁碳微电解法处理含铀废水的方法及其填料制备，尤其是涉及一种资源化铁碳微电解填料的制备与利用该填料高效处理含铀废水的方法。
背景技术
随着经济的快速发展，我国对核能的需求不断增加。核能的大力发展势必产生大量的含铀废水，该类废水的生成，对人与自然环境造成巨大的威胁。含铀废水的来源有铀矿井废水和后处理工艺工厂的外排废水，铀尾矿渗水和铀尾矿污染地下水，核电站、实验室和工厂等含铀废液的部分排放，此外还有各种核武器试验及核战争、异常事故等。铀进入动植物体内后，仍能发生脱变而放出射线刺激影响动植物的生长，其进入人体则严重危害身体器脏，导致相应的并发症。因此，含铀废水的处理或者快速处理至关重要。
铁碳微电解技术是利用金属的电化学腐蚀原理来处理污水中污染物的一种较优异的工艺技术。当紧密接触的铁和碳浸泡在废液中，由于铁与碳之间会形成1.2 V左右的电位差，从而形成无数个微型原电池，加快反应的进行。相关机理大致为：阳极（铁）失电子可溶出Fe2+，酸性有氧条件下阴极（碳）得电子形成H2O2，Fe2+与H2O2形成芬顿体系氧化污染物，而Fe2+还可形成Fe3+，其能将污染物粒子胶凝在一起，通过裹挟和吸附等作用使悬浮的胶体共沉。
目前，大量的研究试验表明传统的通过还原性铁粉和活性碳粉简单混合形成的微电解技术往往存在填料容易板结、钝化的缺点，进而导致微电解过程中断，影响处理效果。为克服传统的微电解技术的各项缺点，研制出了规整化的铁碳微电解填料，该填料通常包含还原性铁粉、活性碳粉和粘结剂等，以上材料压制成型化后，烧结形成规整化铁碳微电解材料。利用规整化的填料处理高浓度有机废水和一些难降解的废水中已经有诸多报道。而将规整化的铁碳微电解填料用来处理含铀废水还鲜有报道。此外，制备规整化的微电解填料的碳源基本为活性碳粉，创新地选用剩余污泥基生物碳来作为该类材料的碳源也鲜有报道。
发明内容
本发明针对现有铁碳填料的高成本及易板结、易钝化的技术缺陷，提出了规整化铁碳微电解填料及其制备方法。并创造性的使用铁碳微电解填料来处理含铀废水。
本发明所采用的技术方案：
一种铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，以还原性铁粉、剩余污泥基生物碳为原料，以硅酸钠或/和膨润土为粘结剂，以有色重金属铜粉和钴粉作为催化剂，将这些材料按照一定的比例混合，通过高温焙烧，烧结形成规整化铁碳微电解材料。
所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，各材料的混合比例按重量份计，其中还原性铁粉40-70份，剩余污泥基生物碳20-50份，硅酸钠或/和膨润土15-25份，铜粉5-10份，钴粉1-5份，造粒干燥后，进行烧结，烧结终温400-900℃。
所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，剩余污泥基生物碳的制备过程如下：从污水处理厂取脱水后的剩余污泥，进行干燥，将污泥搅碎，放置于石英舟中，在厌氧气氛条件下于马弗炉中，在300-600℃下焙烧两个小时，优先选取400℃，在无氧气氛下让其自然冷却至室温，取出样品于研钵中研磨过120-160目筛，优先选取150目。
所述的铁-污泥基生物碳微电解填料制备方法制备的规整化铁碳微电解材料，应用于含铀废水的处理。
本发明的有益效果：
1、本发明铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，采用还原性铁粉和剩余污泥基生物碳以及粘结剂和催化剂等材料造粒干燥，经高温烧结制成规整化填料，与传统微电解填料相比，本发明制成的规整化铁碳填料克服了传统铁碳微电解填料容易板结、钝化的缺点。
2、本发明铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，高效利用剩余污泥基生物碳，制备的新型规整化填料可高效率处理中低浓度的含铀废水，实验室级别水量处理效果良好，达到了以废治废，废物资源化利用的目的，制作成本低廉，制作方法简单，处理效果更为优异。
附图说明
图1是本发明的铁/污泥基生物碳规整化填料表面微观图；
图2是本发明的铁/污泥基生物碳规整化填料处理含铀废水后微观图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本发明铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，以还原性铁粉、剩余污泥基生物碳为原料，以硅酸钠粘结剂，以有色重金属铜粉和钴粉作为催化剂，将这些材料按照一定的比例混合，通过高温焙烧，烧结形成规整化铁碳微电解材料。
粘结剂也可以使用膨润土，或者混合使用硅酸钠和膨润土；催化剂也可以采用其它有色重金属，如铝或者钯。
实施例2
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与实施例1不同的是，各材料的混合比例按重量份计，其中还原性铁粉40-70份，剩余污泥基生物碳20-50份，硅酸钠或/和膨润土15-25份，铜粉5-10份，钴粉1-5份，造粒干燥后，进行烧结，烧结终温400-900℃。
实施例3
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与实施例1或实施例2的不同之处在于：剩余污泥基生物碳的制备过程如下：从污水处理厂脱水间取脱水后的剩余污泥，进行干燥，将污泥搅碎，放置于石英舟中，在厌氧气氛条件下于马弗炉中，在300-600℃下焙烧两个小时，优先选取400℃，在无氧气氛下让其自然冷却至室温，取出样品于研钵中研磨过120-160目筛，优先选取150目。
实施例4
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉40份，剩余污泥基生物碳50份，硅酸钠或/和膨润土25份，铜粉10份，钴粉5份。
实施例5
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉40份，剩余污泥基生物碳20份，硅酸钠或/和膨润土15份，铜粉5份，钴粉1份。
实施例6
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉70份，剩余污泥基生物碳50份，硅酸钠或/和膨润土20份，铜粉10份，钴粉5份。
实施例7
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉70份，剩余污泥基生物碳20份，硅酸钠或/和膨润土15份，铜粉5份，钴粉5份。
实施例8
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉30份，剩余污泥基生物碳50份，硅酸钠或/和膨润土15-20份，铜粉5-10份，钴粉2-5份。
实施例9
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉30份，剩余污泥基生物碳20份，硅酸钠或/和膨润土15-20份，铜粉5-10份，钴粉2-5份。
实施例10
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：还原性铁粉40份，剩余污泥基生物碳60份，硅酸钠或/和膨润土15份，铜粉5份，钴粉5份，造粒干燥后，进行烧结，烧结终温400-900℃。
实施例11
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：材料的混合比例，还原性铁粉20份，剩余污泥基生物碳60份，硅酸钠或/和膨润土15-20份，铜粉5-10份，钴粉2-5份。
实施例12
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，与前述各实施例的不同之处在于：还原性铁粉30份，剩余污泥基生物碳40份，硅酸钠或/和膨润土15份，铜粉5份，钴粉5份。
实施例13
本实施例的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，首先进行原料的制备：
（1）生物碳的制备：从污水处理厂脱水间取脱水后的剩余污泥，进行干燥，将污泥搅碎，放置于石英舟中，在厌氧气氛条件下于马弗炉中，缓慢升温60 min至400℃，在400℃下焙烧两个小时，在无氧气氛下让其自然冷却至室温，取出样品于研钵中研磨过120-160目筛，优先选取150目。
（2）铁粉：取一定量铁粉于研钵中研磨，将研磨后的铁粉过80-120目筛。优先选取100目。使用前利用0.1 mol/L稀盐酸浸泡2-4 h，后阴干待用。
（3）铜粉：取一定量铜粉于研钵中研磨，将研磨后的铜粉过160-200目筛。优先选取180目。
（4）钴粉：取一定量钴粉于研钵中研磨，将研磨后的钴粉过160-200目筛。优先选取180目。
（5）硅酸钠：取一定量的硅酸钠于研钵中研磨，将研磨后的硅酸钠过80-120目筛，优先选取100目。
将上述研磨后的材料按一定的比例进行造粒，经过一定温度的干燥后，然后放入厌氧于马弗炉中焙烧。
然后，（1）用电子天平准确称量已经研磨过筛后的试剂材料铁粉，碳粉，硅酸钠，铜粉，钴粉。优先按其比例为50:25:15:8:2进行称量。
（2）将称量后的试剂材料放于滚筒中搅拌均匀并缓慢加入少量蒸馏水，缓慢转动滚筒，进行造粒，使混合均匀后的填料粒径保持在3mm-15mm之间记为A
（3）将A置于烘箱中于60-80℃干燥6-8 h半成品B
（4）将半成品B置于马弗炉中在400-900℃下高温焙烧2-3 h,在无氧条件下让其自然冷却至室温即得所需规整化铁碳微电解填料。
下述各实施例为前述制备方法制备的规整化铁碳微电解材料，应用于含铀废水的处理。各种不同浓度的模拟含铀废水均由1 g/L的铀标准溶液稀释制备而成。
实施例14
准确量取一定量10 mg/L的模拟含铀废水，同时称量一定质量的规整化铁碳微电解填料，对该模拟含铀废水进行处理，经大量的研究试验表明当规整化铁碳填料投加量为2 g/L，反应时间为60 min时去除效率高达98%，效果良好。
表1 为采用该实施例制备的铁-污泥基生物碳微电解填料处理废水前后的水质指标
U(mg/L) pH
废水处理前 10.0 3.28
废水处理后 0.20 5.0
去除率 98.0%
实施例15
准确量取一定量50 mg/L的模拟含铀废水，同时称量一定质量的规整化铁碳微电解填料，对该模拟含铀废水进行处理，经大量的研究试验表明当规整化铁碳填料投加量为2 g/L，反应时间为5 h时去除效率高达99.7%。
表2 为采用该实施例制备的铁-污泥基生物碳微电解填料处理废水前后的水质指标
U(mg/L) pH
废水处理前 50.0 3.26
废水处理后 0.15 4.70
去除率 99.7%
本发明制备方法制备的规整化铁碳微电解材料，也可以应用于难降解有机废水的处理，在处理氨氮和COD方面的应用效果也良好。

Claims (8)

1.一种铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：以还原性铁粉、剩余污泥基生物碳为原料，以硅酸钠或/和膨润土为粘结剂，以有色重金属铜粉和钴粉作为催化剂，将这些材料按照一定的比例混合，通过高温焙烧，烧结形成规整化铁碳微电解材料。
2.根据权利要求1所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：各材料的混合比例按重量份计，其中还原性铁粉40-70份，剩余污泥基生物碳20-50份，硅酸钠或/和膨润土15-25份，铜粉5-10份，钴粉1-5份，造粒干燥后，进行烧结，烧结终温400-900℃。
3.根据权利要求1或2所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：剩余污泥基生物碳的制备过程如下：从污水处理厂取脱水后的剩余污泥，进行干燥，将污泥搅碎，放置于石英舟中，在厌氧气氛条件下于马弗炉中，在300-600℃下焙烧两个小时，优先选取400℃，在无氧气氛下让其自然冷却至室温，取出样品于研钵中研磨过120-160目筛，优先选取150目。
4.根据权利要求3所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：还原性铁粉的制备过程如下：取一定量铁粉于研钵中研磨，将研磨后的铁粉过80-120目筛，优先选取100目；使用前利用0.1 mol/L稀盐酸浸泡2-4 h，后阴干待用。
5.根据权利要求3所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：铜粉的制备：取一定量铜粉于研钵中研磨，将研磨后的铜粉过160-200目筛，优先选取180目。
6.根据权利要求3所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：钴粉的制备：取一定量钴粉于研钵中研磨，将研磨后的钴粉过160-200目筛，优先选取180目。
7.根据权利要求3所述的铁-污泥基生物碳微电解填料的制备方法，其特征在于：硅酸钠或膨润土的制备：取一定量的硅酸钠或膨润土于研钵中研磨，将研磨后的硅酸钠或膨润土过80-120目筛，优先选取100目。
8.权利要求1所述的铁-污泥基生物碳微电解填料制备方法制备的规整化铁碳微电解材料，应用于含铀废水的处理。
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