CN110627166A - 一种铁碳微电解填料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种铁碳微电解填料，该铁碳微电解填料以活性污泥为粘合剂，其制备包括以下步骤：1）将整段的枣木炭手工敲碎呈小颗粒状后放入磨粉机打磨成粉末，用30目筛过筛获得碳粉；2）取铁制品加工过程中产生的废铁屑作为铁粉；3）取剩余污泥作为粘合剂；4）将木炭粉和铁粉按照配比置于容器内，充分混合均匀；5）在混合的木炭粉和铁粉中按照一定比例加入活性污泥，搅拌均匀；6）将混合后的材料装入模具中，敲打几下后，脱膜；7）在自然状态下放置24h即可干化；制得铁碳填料。本发明工艺简单，制备方便，成本低，节能环保。

Description

一种铁碳微电解填料及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理填料技术领域，具体涉及一种铁碳微电解填料及其制备方法。
背景技术
铁碳填料又名微电解填料、铁碳微电解填料、内电解填料是微电解技术处理废水的重要条件之一，利用电化学催化氧化的铁碳内电解填料，实现废水中磷的除去。目前，水处理过程中对微电解电极材料的要求越来越高，市面上的铁碳等填料已经不能满足人们对于微电解填料的要求。铁屑以及铁刨花制作的铁碳称为第一代铁碳，该铁碳水处理过程中容易出现铁屑结块，反应床堵塞等问题。铁碳固定床、流化床被称为第二代铁碳，该铁碳水处理过程占地面积大、维护费用高、铁容易腐蚀、钝化。利用粘土高温烧结的铁碳称为第三代铁碳，虽然很好的解决了铁屑结块、钝化等问题，但是反映效果有所降低。以上情况影响铁碳在水处理领域中的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明设计的目的在于提供一种铁碳微电解填料及其制备方法。该方法制成的铁碳填料成本低、制作工艺简单、制成的填料具有较好的比表面积、孔隙率。
本发明通过以下技术方案加以实现：
所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于该铁碳微电解填料以活性污泥为粘合剂。
所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于该铁碳微电解填料还包括铁粉和碳粉，三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:2-5。
所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于所述铁粉、碳粉、粘合剂的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:3.3。
所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于所述铁粉为铁制品加工过程中产生的废铁屑。
所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将整段的枣木炭手工敲碎呈小颗粒状后放入磨粉机打磨成粉末，然后用30目筛过筛获得碳粉，备用；
2）取铁制品加工过程中产生的废铁屑作为铁粉，备用；
3）取膜生物反应器好氧池中产生的剩余污泥作为粘合剂，备用；
4）将木炭粉和铁粉按照配比置于容器内，充分混合均匀；
5）在混合的木炭粉和铁粉中按照一定比例加入活性污泥，搅拌均匀；
6）将步骤5）混合后的材料装入模具中，敲打几下后，脱膜；
7）在自然状态下放置24h即可干化；制得铁碳填料。
所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于铁粉、碳粉及粘合剂三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:2-5。
所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于铁粉、碳粉及粘合剂三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:3.3。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）采用活性污泥作为粘合剂，活性污泥中大量的微生物分泌的胞外聚合物（EPS）具有很好的黏合作用。可以满足铁碳应用过程中的强度要求。水处理厂每天运行过程中产生大量的剩余污泥，现阶段对污泥的处置工艺主要局限于填埋、焚烧、堆肥、厌氧消化等。污泥处置过程不仅会对环境产生巨大影响，同时也占整个污水厂运行成本的约三分之一。剩余污泥能够被运用于新型铁碳的制备，将为污水厂的运行降低成本，也是一种废弃资源的再利用；
2）采用废弃的铁以及活性炭，利用活性污泥粘合，压制成型，制备的新型铁碳1小时吸水率达到47.2%，空隙率达到60.65%。表明新型铁碳内部有较多空隙。内部多孔状态可以提高铁碳与废水的接触面积。新型铁碳的堆积密度为：636.5kg/m 3 ，表观密度为：1617.7kg/m3，可以推断，该新型材料在使用过程中不易板结，同时也有利于曝气和反冲洗；
3）本发明制备铁碳填料可以避免高温烧结的流程，可以极大的控制铁碳的生产成本，而且制作的铁碳有较好的比表面积以及孔隙度，节约能源解决人工湿地运行过程中植物生长缓慢萎靡、易堵塞、效率低的问题，提高湿地除磷效率，促进湿地植物健康生长。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程图；
图2为测试前铁碳填料的图片；
图3为测试后铁碳填料的图片；
图4为本发明制得的铁碳填料对废水中总磷的去除率；
图5市售铁碳填料对废水中总磷的去除率。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步详细描述，并给出具体实施方式。
一种新型铁碳微电解填料的合成方法，用于放置在人工湿地下面使用，包括铁粉、碳粉及粘合剂，整个合成过程需要使用到枣木碳、磨粉机、30目的筛网。
试验所采用的是压结法来制备新型铁碳，经过混合、搅拌、成型等工艺流程，见图1，具体流程如下：
1）将整段的枣木炭手工敲碎呈小颗粒状后放入磨粉机打磨成粉末，然后用30目筛过筛获得碳粉，备用；
2）取铁制品加工过程中产生的废铁屑作为铁粉，备用；
3）取膜生物反应器好氧池中产生的剩余污泥作为粘合剂，备用；
4）将木炭粉和铁粉按照配比置于容器内，充分混合均匀；
5）在混合的木炭粉和铁粉中按照一定比例加入活性污泥，搅拌均匀；
6）将步骤5）混合后的材料装入模具中，敲打几下后，脱膜；
7）在自然状态下放置24h即可干化；制得铁碳填料。
实施例1
按铁屑（g）：碳粉（g）：污泥（ml）=1：1：0混合制成铁碳。不添加活性污泥直接用碳粉和铁粉混合压实，可以成型，轻轻一捏或者放入废水中后便完全分散。
实施例2
按铁屑（g）：碳粉（g）：污泥（ml）=3：3：6混合制成铁碳。将制备的铁碳浸泡在配制的含磷废水中，置于摇床中，模拟实际运行中受到的水力冲击，在90r/min、20℃的条件下连续摇晃两周，填料没有出现轻微破碎的情况。
实施例3
按铁屑（g）：碳粉（g）：污泥（ml）=3：3：9.9混合制成铁碳。将制备的铁碳浸泡在配制的含磷废水中，置于摇床中，模拟实际运行中受到的水力冲击，在90r/min、20℃的条件下连续摇晃两周，填料没有出现破碎情况。
实施例4
按铁屑（g）：碳粉（g）：污泥（ml）=3：3：15混合制成铁碳。将制备的铁碳浸泡在配制的含磷废水中，置于摇床中，模拟实际运行中受到的水力冲击，在90r/min、20℃的条件下连续摇晃两周，填料没有出现轻微破碎情况
实施例5
按铁屑（g）：碳粉（g）：污泥（ml）=3：3：20混合制成铁碳。将制备的铁碳浸泡在配制的含磷废水中，置于摇床中，模拟实际运行中受到的水力冲击，在90r/min、20℃的条件下连续摇晃两周，混合制成铁碳在使用后部分破碎。
性能测试
通过对实施例3制备的铁碳填料的堆积密度、表观密度、1小时吸水率、空隙率等物理指标的测定，其结果见表1。
表1铁碳填料的物理指标
堆积密度 表观密度 1小时吸水率 空隙率
636.5kg/m3 1617.7kg/m3 47.2% 60.65%
从表1可知，制备的铁碳填料1小时吸水率达到47.2%，空隙率达到60.65%。表明铁碳填料内部有较多空隙。内部多孔状态可以提高铁碳与污水的接触面积。铁碳填料的堆积密度为：636.5kg/m 3 ，表观密度为：1617.7kg/m 3，可以推断，该铁碳填料在使用过程中不易板结，同时也有利于曝气和反冲洗。
考虑到铁碳填料使用过程中需要浸泡在污水中，并受到一定的水力冲击。因此对实施例3制备的铁碳填料进行磨损强度和浸泡强度的测试。
磨损强度
通过试验测定铁碳填料的磨损强度，见表2。
表2填料磨损情况分析表
震荡时间（min） 20 40 60
质量比（%） 93.76 81.44 75.25
如表2所示，铁碳填料在污水中浸泡并剧烈震荡1h后，质量减少了24.75%，为原来的75.25%，震荡过程中，铁碳填料均无破碎，质量减少主要是表层逐渐脱落。说明该铁碳填料耐磨性能较好，同时表层逐渐脱落，可以减少反应产物的堆积，有效避免铁碳填料发生钝化和板结，有利于铁碳填料在使用过程中持续稳定地发挥作用。测试前铁碳填料的图片如图2所示，测试后铁碳填料的图片如图3所示。
浸泡强度
将制备的铁碳填料浸泡在配制的含磷污水中，置于摇床中，模拟实际运行中受到的水力冲击，在90rpm、20℃的条件下连续摇晃两周，填料没有出现破碎情况。说明铁碳填料具有较好的浸泡强度。
取实施例3制备的铁碳填料50g在200ml配置含磷污水中于20℃,90rpm恒温摇床中摇晃8h，进行连续批次试验，测试其总铁，COD，TP，NH4 +-N等指标变化。
铁离子溶出
铁离子在使用过程中会持续溶出，TP浓度较高时，铁离子会被消耗，因此接触初始废水中的铁离子的溶出较少。随着TP浓度的下降，游离的铁离子逐渐增加。4h后测得上清液中总铁含量为0.2330mg/L, 8h后测得上清液中总铁含量为2.284mg/L，均小于3mg/L，符合相关要求的出水水质标准。铁离子的持续稳定地溶出也是保证铁碳填料稳定运行的一个重要因素。
COD溶出
对每个周期结束后的污水取样测定其化学需氧量的值。结果见表3。
表3各周期COD溶出值
周期 1 2 3 4
COD(mg/L) 119 96 63 37
铁碳填料使用初期COD的溶出较高，随着使用周期的增加，COD的溶出逐渐减少。
NH4 +-N溶出
铁碳填料使用过程中几乎没有NH4 +-N的溶出。前两小时，每小时取样测定NH4 +-N值均为0 (最低检出限为0.025mg/L)，之后NH4 +-N
浓度也均小于0.2mg/L。结构见表4。
表4各周期NH4+-N溶出平均值
接触时间（h） 1 2 3 4 6 8
NH<sub>4</sub><sup>+</sup>-N(mg/L) 0 0 0.060 0.100 0.110 0.124
废水中总磷的去除率
实施例3制得的铁碳填料与市售铁碳填料对废水中总磷的去除率分别见图4和图5。从图4和图5中可明显看出本申请制备的铁碳填料对废水中总磷的去除率明显高于市售铁碳填料对废水中总磷的去除率。
上述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁碳微电解填料，其特征在于该铁碳微电解填料以活性污泥为粘合剂。
2.如权利要求1所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于该铁碳微电解填料还包括铁粉和碳粉，三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:2-5。
3.如权利要求2所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于所述铁粉、碳粉、粘合剂的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:3.3。
4.如权利要求2所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于所述铁粉为铁制品加工过程中产生的废铁屑。
5.如权利要求2所述的一种铁碳微电解填料，其特征在于所述碳粉为过30目筛网的枣木炭粉末。
6.一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将整段的枣木炭手工敲碎呈小颗粒状后放入磨粉机打磨成粉末，然后用30目筛过筛获得碳粉，备用；
2）取铁制品加工过程中产生的废铁屑作为铁粉，备用；
3）取膜生物反应器好氧池中产生的剩余污泥作为粘合剂，备用；
4）将木炭粉和铁粉按照配比置于容器内，充分混合均匀；
5）在混合的木炭粉和铁粉中按照一定比例加入活性污泥，搅拌均匀；
6）将步骤5）混合后的材料装入模具中，敲打几下后，脱膜；
7）在自然状态下放置24h即可干化；制得铁碳填料。
7.如权利要求6所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于铁粉、碳粉及粘合剂三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:2-5。
8.如权利要求6所述的一种铁碳微电解填料的制备方法，其特征在于铁粉、碳粉及粘合剂三者的比例为铁粉（g）：碳粉（g）：粘合剂（ml）=1:1:3.3。
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