CN108249618B - 一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法 - Google Patents

一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，该方法包括：步骤1、将脱硫废水排入初沉池中，静置沉淀进行固液分离；步骤2、将步骤1中固液分离后所得的上清液输送至氧化反应罐中，使其在纳米零价铁的催化作用下与过硫酸钾发生氧化还原反应；步骤3、将步骤2反应后混合液输送至澄清池中进行固液分离；步骤4、将步骤3中固液分离后的上清液输送至絮凝沉淀池中，向絮凝沉淀池中投加石灰、絮凝剂，使步骤3中固液分离后的上清液进行絮凝沉淀，沉淀后的底泥外运进行无害化处理；步骤5、将步骤3中固液分离后的底泥输送至过滤装置中进行冲洗过滤，将滤出的纳米零价铁烘干回收利用，废泥排放至废泥处理装置中予以处理。

Description

一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体而言，涉及一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法。
背景技术
一直以来，火电厂作为我国电力系统的重要组成部分，承担着为全国各地供电的重大责任。随着经济的发展，全国各地用电量加大，带动了火电厂的迅速发展，但同时也给环境保护带来了严峻的考验。以煤炭为主要燃料的火电厂在生产过程中产生大量含硫化物，经烟气脱硫产生大量的脱硫废水。而火电厂脱硫废水成分复杂，污染物种类繁多。不仅含有高浓度的盐分、氟化物以及各种重金属如Fe、Ca、Hg、Pb、Ni、Hs、As、Cd、Cr等，还含有高浓度的COD、SS等。更糟糕的是，燃煤过程及脱硫过程中脱硫剂的使用产生的COD，可生化学差，处理难度高，使得脱硫废水的净化备受关注。
由于脱硫废水中COD可生化性能差的特点，传统的生物法无法有效去除脱硫废水中高浓度的COD。而高级氧化技术以其处理效率高，处理范围广等特点在处理含高浓度有机污染物的废水中的应用越累越广泛，相应的技术也越来越成熟。然而传统高级氧化技术双氧水的添加量高使废水处理成本居高不下。硫酸盐经活化后产生-SO4 -，氧化电位为+2.5～+3.1V，超过了-OH自由基的氧化电位，且半衰期长达4s，保证有足够的时间与污染物质作用而使其发生氧化讲解，从而使得-SO4 -自由基能更为有效地去除废水中的COD。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，采用零价铁为催化剂活化K2S2O8，建立类芬顿氧化体系用于处理含高盐的脱硫废水。
本发明提供了一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将脱硫废水排入初沉池中，使其静置沉淀进行固液分离；
步骤2、将步骤1中固液分离后所得的上清液输送至氧化反应罐中，使所述步骤1中固液分离后所得的上清液在纳米零价铁的催化作用下与过硫酸钾发生氧化还原反应；
步骤3、将步骤2反应后混合液输送至澄清池中进行固液分离；
步骤4、将步骤3中固液分离后的上清液输送至絮凝沉淀池中，向絮凝沉淀池中投加石灰、絮凝剂，使所述步骤3中固液分离后的上清液进行絮凝沉淀，沉淀后的底泥外运进行无害化处理；
步骤5、将步骤3中固液分离后的底泥输送至过滤装置中进行冲洗过滤，将滤出的纳米零价铁烘干回收利用，废泥排放至废泥处理装置中予以处理。
作为本发明的进一步改进，步骤1中所述脱硫废水的COD为500～700mg/L，氯离子浓度为12000～15000mg/L。
作为本发明的进一步改进，步骤2中所述氧化反应罐中纳米零价铁与过硫酸钾的量分别为：COD与过硫酸钾的质量比为1∶3～1∶5，纳米零价铁与过硫酸钾质量比为1∶6。
作为本发明的进一步改进，步骤2中所述氧化反应罐中发生氧化还原反应之前，纳米零价铁与过硫酸钾混合液的PH值为8～9。
作为本发明的进一步改进，步骤2中所述氧化还原反应的时间为0.5h。
作为本发明的进一步改进，步骤4中所述石灰的投加量为1.85g/L，所述絮凝剂的投加量为1.5g/L。
作为本发明的进一步改进，步骤5中所述冲洗过滤使用的过滤膜为微滤膜。
本发明的有益效果为：第一，本发明将用于火电厂燃煤烟气脱硫废水中的COD降解中，使之绿色环保无污染；第二，本发明利用纳米零价铁和过硫酸盐处理脱硫废水，使COD降解迅速，反应周期短，高效节能，绿色环保；第三，本发明中过硫酸钾产生的过硫酸根反应迅速，氧化还原电位高，氧化性强；第四，本发明中的纳米零价铁作为催化剂可重复循环利用；第五，本发明操作简单、成本低廉、绿色无污染。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法的工艺流程图；
图2为本发明实施例所述的一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法所用装置的结构示意图；
图3为本发明实施例所述的一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法中纳米零价铁添加量对脱硫废水的处理效果的影响关系曲线图；
图4为本发明实施例所述的一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法中COD及其去除率随反应时间的变化曲线图；
图5为本发明实施例所述的一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法中过硫酸钾投加量对COD去除的影响关系曲线图。
图中，
1、脱硫废水池；2、初沉池；3、氧化反应罐；4、澄清池；5、絮凝沉淀池；6、上清液收集装置；7、底泥处理装置；8、过滤装置；9、纳米零价铁回收装置；10、废泥处理装置。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例所述的是一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、将脱硫废水排入初沉池1中，使其静置沉淀进行固液分离；
步骤2、将步骤1中固液分离后所得的上清液输送至氧化反应罐3中，使所述步骤1中固液分离后所得的上清液在纳米零价铁的催化作用下与过硫酸钾发生氧化还原反应；
步骤3、将步骤2反应后混合液输送至澄清池4中进行固液分离；
步骤4、将步骤3中固液分离后的上清液输送至絮凝沉淀池5中，向絮凝沉淀池5中投加石灰、絮凝剂，使所述步骤3中固液分离后的上清液进行絮凝沉淀，沉淀后的底泥外运进行无害化处理；
步骤5、将步骤3中固液分离后的底泥输送至过滤装置8中进行冲洗过滤，将滤出的纳米零价铁烘干回收利用，废泥排放至废泥处理装置10中予以处理。
本发明所述利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的装置为：初沉池2，其输入端与脱硫废水池1连接，初沉池2输出端与氧化反应罐3的输入端连接，氧化反应罐3内设有PH值调节器；澄清池4，其输入端与氧化反应罐3的输出端连接，澄清池4第一输出端与絮凝沉淀池5输入端连接，澄清池4第二输出端与过滤装置8输入端连接；纳米零价铁回收装置9，其与过滤装置8第一输出端连接，纳米零价铁回收装置9包括冲洗装置和烘干装置；絮凝沉淀池5的输出端分别与上清液收集装置6和底泥处理装置7连接，絮凝沉淀池5内设有搅拌器。
本发明利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水，该方法固液分离简单、经济、高效，对于COD的去除率达到了85％以上，实现了脱硫废水的达标处理。其具体工艺流程为：首先将脱硫废水输送至初沉池1中进行固液分离；将沉淀物排出，将分离出的上清液输送至氧化反应罐3中，在纳米零价铁的催化作用下，使过硫酸钾对分离出的上清液中所含的污染物进行氧化降解；反应完成后将混合液输送至澄清池4中进行沉淀，将沉淀后的上清液通入絮凝沉淀池5中，向絮凝沉淀池5中加入适量的石灰和絮凝剂，并不断进行搅拌，使沉淀后的上清液在石灰和絮凝剂的作用下发生絮凝沉淀；沉淀完成之后上清液达到排放标准对其予以排放，剩余的底泥则将其输送至底泥处理装置7中予以进一步处理，使其不再对环境产生危害；将澄清池4中的沉淀物输送至过滤装置8中，对其予以冲洗过滤，对过滤出的纳米零价铁进行回收再利用，对于过滤出的废泥则将其输送至废泥处理装置10中予以进一步处理，使其不再对环境产生危害。
进一步的，步骤1中所述脱硫废水的COD为500～700mg/L，氯离子浓度为12000～15000mg/L。COD为化学需氧量，是指在一定严格的条件下，水中的还原性物质在外加的强氧化剂的作用下，被氧化分解时所需消耗氧化剂的数量。COD反映了水中受还原生物污染的程度，这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等。本发明选用的是COD为500～700mg/L，氯离子浓度为12000～15000mg/L的脱硫废水。
进一步的，步骤2中所述氧化反应罐3中纳米零价铁与过硫酸钾的量分别为：COD与过硫酸钾的质量比为1∶3～1∶5，纳米零价铁与过硫酸钾质量比为1∶6。本发明申请中采用纳米零价铁作为催化剂活化过硫酸钾，建立类芬顿氧化体系用于处理含高盐的脱硫废水。选用过硫酸钾作为氧化剂，其具有强的氧化性，且在纳米零价铁的催化下其可以快速氧化降解脱硫废水中的污染物。当纳米零价铁的量与过硫酸钾的量的比为1∶6可以使纳米零价铁的催化作用发挥至极致。加入过硫酸钾的量的量需要根据脱硫废水中COD的含量予以确定，COD的量与过硫酸钾的量的比在1∶3～1∶5之间最为适宜。
进一步的，步骤2中所述氧化反应罐3中发生氧化还原反应之前，纳米零价铁与过硫酸钾混合液的PH值为8～9。由于过硫酸钾的分解速度受PH值的影响，而在PH值为8～9时其分解速度较高。从而对脱硫废水重污染物的氧化速度也就相对加快。
进一步的，步骤2中所述氧化还原反应的时间为0.5h。
进一步的，步骤4中所述石灰的投加量为1.85g/L，所述絮凝剂的投加量为1.5g/L。
进一步的，步骤5中所述冲洗过滤使用的过滤膜为微滤膜。微滤膜能截留0.1～1微米之间的颗粒，且微滤膜表面孔隙率高，一般可以达到70％，比同等截留能力的滤纸至少快40倍。因此根据纳米零价铁以及反应后沉淀物粒径的大小，选择微滤膜进行过滤可以有效分离出纳米零价铁对其进行重复利用，同时由于微滤膜的孔隙率也能够达到快速分离的效果。
实施例1：
使用100mL原脱硫废水，加入180mg过硫酸钾与30mg纳米零价铁震荡反应0.5h。
具体步骤如下：
(1)取1L量筒量取2L原废水，加入5L烧杯中，静止沉淀2h。
(2)使用量筒量取100mL沉淀后的废水，加入250mL锥形瓶中。
(3)称取30mg纳米零价铁以及180mg过硫酸钾加入锥形瓶中；
(4)将锥形瓶放在恒温水浴摇床上震荡0.5h，COD被大幅降解。
(5)取出锥形瓶，使泥水混合液通过微滤膜反应器，剩余纳米零价铁滤至滤过水中。
(6)滤出液倒入梨型分液漏斗，待纳米零价铁沉降后，取底部小部分固液混合物，晾干即得剩余纳米零价铁，可重复利用，剩余液体倒入锥形瓶中。
(7)称取0.185g石灰、0.15g絮凝剂加入锥形瓶中搅拌均匀，静止沉淀至上液清澈，取样检测COD浓度，结果达标，至100mg/L。
实施例2：
使用100mL原脱硫废水，加入100mg过硫酸钾与40mg纳米零价铁震荡反应0.5h。
具体步骤如下：
(1)取1L量筒量取2L原废水，加入5L烧杯中，静止沉淀2h。
(2)使用量筒量取100mL沉淀后的废水，加入250mL锥形瓶中。
(3)称取40mg纳米零价铁以及100mg过硫酸钾加入锥形瓶中；
(4)将锥形瓶放在恒温水浴摇床上震荡0.5h，COD被大幅降解。
(5)取出锥形瓶，使泥水混合液通过微滤膜反应器，剩余纳米零价铁滤至滤过水中。
(6)滤出液倒入梨型分液漏斗，待纳米零价铁沉降后，取底部小部分固液混合物，晾干即得剩余纳米零价铁，可重复利用，剩余液体倒入锥形瓶中。
(7)称取0.185g石灰、0.15g絮凝剂加入锥形瓶中搅拌均匀，静止沉淀至上液清澈，取样检测COD浓度，结果未达标，至240mg/L。
实施例3：
使用100mL原脱硫废水，加入180mg过硫酸钾与100mg纳米零价铁震荡反应0.5h。
具体步骤如下：
(1)取1L量筒量取2L原废水，加入5L烧杯中，静止沉淀2h。
(2)使用量筒量取100mL沉淀后的废水，加入250mL锥形瓶中。
(3)称取100mg纳米零价铁以及180mg过硫酸钾加入锥形瓶中；
(4)将锥形瓶放在恒温水浴摇床上震荡0.5h，COD被大幅降解。
(5)取出锥形瓶，使泥水混合液通过微滤膜反应器，剩余纳米零价铁滤至滤过水中。
(6)滤出液倒入梨型分液漏斗，待纳米零价铁沉降后，取底部小部分固液混合物，晾干即得剩余纳米零价铁，可重复利用，剩余液体倒入锥形瓶中。
(7)称取0.185g石灰、0.15g絮凝剂加入锥形瓶中搅拌均匀，静止沉淀至上液清澈，取样检测COD浓度，结果未达标，至300mg/L。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将脱硫废水排入初沉池(1)中，使其静置沉淀进行固液分离；
步骤2、将步骤1中固液分离后所得的上清液输送至氧化反应罐(3)中，使步骤1中固液分离后所得的上清液在纳米零价铁的催化作用下与过硫酸钾发生氧化还原反应；
步骤3、将步骤2反应后混合液输送至澄清池(4)中进行固液分离；
步骤4、将步骤3中固液分离后的上清液输送至絮凝沉淀池(5)中，向絮凝沉淀池(5)中投加石灰、絮凝剂，使步骤3中固液分离后的上清液进行絮凝沉淀，沉淀后的底泥外运进行无害化处理；
步骤5、将步骤3中固液分离后的底泥输送至过滤装置(8)中进行冲洗过滤，将滤出的纳米零价铁烘干回收利用，废泥排放至废泥处理装置(10)中予以处理，所述冲洗过滤使用的过滤膜为微滤膜。
2.根据权利要求1所述的利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，步骤1中所述脱硫废水的COD为500～700mg/L，氯离子浓度为12000～15000mg/L。
3.根据权利要求1所述的利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，步骤2中所述氧化反应罐(3)中纳米零价铁与过硫酸钾的量分别为：COD与过硫酸钾的质量比为1∶3～1∶5，纳米零价铁与过硫酸钾质量比为1∶6。
4.根据权利要求1所述的利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，步骤2中所述氧化反应罐(3)中发生氧化还原反应之前，纳米零价铁与过硫酸钾混合液的PH值为8～9。
5.根据权利要求1所述的利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，步骤2中所述氧化还原反应的时间为0.5h。
6.根据权利要求1所述的利用纳米零价铁和过硫酸钾处理脱硫废水的方法，其特征在于，步骤4中所述石灰的投加量为1.85g/L，所述絮凝剂的投加量为1.5g/L。
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