CN111003879B - 一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂及其处理废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂及其处理废水的方法,该含erdite混凝剂是依次通过以下方法制备得到:含铁废泥制浆;浆料的预热处理;真空干燥反应制备含erdite混凝剂;剩余上清液的循环制备。本发明避免了使用高温高压设备,投资少且维护简单,适合大批量生产,适用于含铁废泥的高效资源化利用,且制备的产品erdite混凝剂能够有效去除脱硝废水中的亚硝酸盐和重金属离子,具有明显的经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及环保工程技术领域,特别涉及一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂及其处理废水的方法。
背景技术
含铁废泥的分布广泛,包括地下水厂铁泥、铝厂赤泥、电镀废泥、冷轧铁泥等等,仅有一少部分高品质含铁废泥(如铷铁硼废料)被资源化利用。含铁废泥的资源化利用方向主要包括用作吸附剂、催化剂及其载体、建筑材料。仅有少量研究涉及提取含铁废泥中的贵重金属,如赤铁矿中的钛、地下水厂铁泥中的锰、电镀废泥中的重金属等等。
含铁废泥中铁有多种存在形式,包括水铁矿、赤铁矿、钙铁榴石、钙钛榴石等,其在铁泥资源化利用中,经常存在晶相转化现象,如由水铁矿转变为磁赤铁矿和赤铁矿,或者在还原条件下由钙铁榴石转化为磁铁矿。在我们前期报道中,提出了地下水厂铁泥中水铁矿转化为erdite的新途径,其主要转化条件为温度控制在150-190℃之间和密闭高压。
环境中的erdite首次由Czamanske等人于1980年,在美国加利福尼亚州洪堡县红木溪地区的郊狼峰中被观察到,并被命名为多硫铁钠石。Erdite在碱性条件是稳定,可以在一些废弃物中观察到,例如碱性脱硫法从电池废料回收铅时产生的剩余污泥和铝土矿精炼提纯铝酸盐产生的沉淀。Erdite可以进行人工合成,利用一定的化学计量比Konnert首次通过熔融钠、硫和铁盐的方式合成了erdite,但产物以弱结晶态纤维缠绕在了一起。与熔融法类似,以硫粉、硫化钠和硫酸亚铁为原料,在170℃电热恒温干燥箱中加热蒸发,也可以得到erdite。Honma等在150℃条件下加热菱铁矿和NaHS也产生了类似的纤维状erdite,合成过程持续了2到3天。
借鉴上述erdite的方法,在高温高压条件下可以将含铁废泥中的铁氧化物,在数小时内合成高结晶的erdite。但是,高温高压条件通常需要使用昂贵的设备,这限制了erdite制备的规模。另外,含erdite的材料在水处理中的应用研究较少,仅用作吸附剂或催化剂去除水中有机物,其混凝效应尚未见到相关报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂及其处理废水的方法,其在批量合成含erdite材料方面应用前景广阔,且对脱硝废水中的硝酸盐、重金属离子和有机物去除效果良好。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的:
一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂,所述含erdite混凝剂通过以下方法制备得到:
(1)含铁废泥制浆:向含铁废泥中加入Na2S·9H2O,Na2S·9H2O与含铁废泥的重量比为5:1-9:1;再加入自来水,自来水与含铁废泥的体积/重量比为15:1-40:1;30-90rpm搅拌15-60min,制成浆料1;
(2)浆料1预热处理:将浆料1放入密闭反应罐中,搅拌一定时间后升温至45-80℃,持续搅拌24-48h后,离心收集浆料1中的固体沉淀,上清液收集备用;
(3)制备含erdite混凝剂:
(31)将步骤(2)得到的上清液总体积的1/40-1/15加入到步骤(2)得到的固体沉淀中,涡旋混合10-30s,制成浆料2;
(32)将浆料2放入干燥盘中,维持真空度为0.2-0.4MPa,50℃恒温4-8h后,启动真空泵工作3-5min;
(33)待恒温时间累计到48-72h后,停止真空干燥,得含erdite的固体粉末1;
(4)剩余上清液的循环制备:计量步骤(31)剩余上清液体积,检测自来水与含铁废泥的比例,补充自来水,检测S2-的浓度,补充Na2S·9H2O至1.5摩尔/升;循环步骤(1)、步骤(2)、步骤(3),得到含erdite和勃姆石的固体粉末2,收集上清液用于再次循环制备。
优选地,上述技术方案中,所述含铁废泥是含有水铁矿、针铁矿、施氏矿物或弱结晶态铁水合物的废泥,所述废泥为固态或固液混合态,当所述废泥为固态时,将其进行破碎研磨并过0.5mm筛子。
优选地,上述技术方案中,所述含铁废泥中含水率低于65%;含铁废泥在不计水分时,铁含量不小于10%,铝含量不小于3%。
优选地,上述技术方案中,所述含铁废泥中的杂质为硅铝矿物和/或含硅铝钙的矿物。
优选地,上述技术方案中,所述步骤(1)中,Na2S·9H2O与含铁废泥的重量比为7.5:1;自来水与含铁废泥的体积/重量比为25:1。
优选地,上述技术方案中,所述步骤(32)中,将浆料2放入干燥盘中并控制泥浆沉淀后表面液体高度为0.3-0.6cm。
一种含erdite混凝剂处理废水的方法,该含erdite混凝剂通过上述方法获得,该处理废水的方法具体包括以下步骤:
(1)将固体粉末1和/或固体粉末2按照浓度为0.5-2g/L剂量投入到脱硝废水中,30-90rpm搅拌,持续搅拌0.5-5h;
(2)使用石灰乳调节废水pH至7.5,静置2-10h;
(3)将步骤(2)处理后的废水进行电渗析脱盐处理,出水。
优选地,上述技术方案中,步骤(1)中脱硝废水的pH为0.7-1.2,总溶解固体为115g/L,硝酸盐浓度为5.6-7.2g/L,亚硝酸盐浓度为3.7-4.7g/L,COD浓度为600-800mg/L。
优选地,上述技术方案中,所述脱硝废水含有低浓度的重金属离子。
优选地,上述技术方案中,所述重金属离子包括铜、铅和镍的一种或多种。
本发明的技术方案,具有以下技术效果:
(1)本发明可以在常温真空条件下制备出erdite混凝剂,避免了传统erdite合成需要的高温高压条件,是传统方法的极大进步;
(2)本发明提出的上清液循环使用方法简便,可操作性强,且通过回用上清液能够促进勃姆石结晶和提高勃姆石生成量,避免了高温条件下高结晶度方钠石的生成,有助于提升了混凝剂的除污性能;
(3)本发明制备的erdite混凝剂可以有效去除脱硝废水中的重金属离子、亚硝酸盐和硝酸盐,效果优于市售聚合氯化铝、聚合硫酸铁等混凝剂;
(4)本发明制备的erdite混凝剂可以与电渗析法联用,经处理后出水水质优于脱销系统的循环水水质,可用于补充脱硝循环水。
附图说明
图1为本发明制备的固体粉末1的扫描电镜图。
图2为本发明制备的固体粉末2的扫描电镜图。
图3为本发明制备的固体粉末2的单晶衍射谱图。
图4为含方钠石粉末的扫描电镜图。
图5为含方钠石粉末的单晶衍射谱图。
图6为本发明制备的固体粉末2与常用混凝剂PAC和PFS处理脱硝废水的效果图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述,以便于进一步理解本发明。
实施例1
一、地下水厂铁泥的预处理
(1)地下水厂铁泥取自地下水厂反冲洗废水,经混凝沉淀后产生的含铁废泥,含水率为48.2%;
(2)将地下水厂铁泥在105℃下干燥2h后,破碎研磨,并过0.5mm筛,收集过筛泥样;
(3)干燥的地下水厂铁泥含23.2%Fe、7.5%Al、3.7%Si和0.7%Mn,其中铁以水铁矿晶体形式存在。
二、地下水厂铁泥制浆
(4)取步骤(3)中的铁泥1kg,向其中加入Na2S·9H2O,加入剂量按照铁泥与Na2S·9H2O的重量比为1:5,加入剂量为5kg Na2S·9H2O;
(5)加入自来水,其体积按照铁泥与自来水的重量/体积比为1:30,加入30L自来水;
(6)接着进行搅拌混合,搅拌速度为30rpm,持续60min,制成浆料1;
三、浆料1预热处理
(7)将浆料1放入不锈钢密闭反应罐中,填充度为80%,搅拌速度为30rpm;
(8)持续搅拌并升温到50℃,恒温24h后,收集固体;上清液备用。
四、制备含erdite混凝剂
(9)将步骤(8)中收集的上清液体积的1/30放入到步骤(8)的固体中,涡旋混合30s,制成浆料2;
(10)将浆料2放入不锈钢干燥盘中,填充度为60%,表面液体高度控制在0.5cm,接着放入真空干燥箱中,维持真空度为0.5MPa,温度为50℃;
(11)恒温8h后,启动真空泵工作3min,去除干燥箱内水雾,维持真空度稳定在0.5MPa以内;
(12)步骤(11)循环6次后,停止真空干燥,得到固体黑色粉末1(如图1所示)。
五、剩余上清液的循环利用
(13)向残留的上清液中补充6.8L水,接着加入1.4kg Na2S·9H2O;
(14)向步骤(13)的溶液中,加入1kg铁泥,30rpm下搅拌60min;
(15)接着按照步骤(三)和步骤(四)中的步骤进行处理后,得到固体黑色粉末2(如图2所示),晶体衍射图如图3所示;上清液收集备用。
(16)将步骤(15)中引用的步骤(三)的温度条件,升高到150℃,得到的固体黑色粉末3,如图4所示,晶体衍射图如图5所示。
六、应用于脱硝废水处理
(16)脱硝废水pH为0.72,总溶解固体为111.5g/L,硝酸盐7.2g/L,亚硝酸盐4.7g/L,COD 673mg/L,铁含量26.3mg/L,铜、镍和铅的含量分别为2.6、2.1和62.9mg/L。
(17)向脱硝废水中加入步骤(15)制备的黑色粉末2,加入剂量为1.5g/L,30rpm下持续搅拌4h后,废水pH为5.6,使用NaOH调节pH至7.5,静置6h;
(18)经处理后脱硝废水的总溶解固体为48.1g/L,硝酸盐浓度为0.42g/L,亚硝酸盐浓度为0.12g/L,COD为56mg/L,铜、镍和铅浓度分别为0.002、0.06和0.005mg/L;同等剂量和实验条件下,效果优于市售聚铝和聚铁混凝剂(如图6所示);
(19)启动电渗析装置,将步骤(18)处理后的脱硝废水,引入电渗析进水口,控制废水比为30%,压力控制在0.05MPa,极水流量为1600L/h,出水水质如下:总溶解固体9.7g/L,硝酸盐浓度为0.11g/L,亚硝酸盐浓度为0.06g/L,COD为34mg/L,可直接回用于脱硝系统的循环水。
本发明中,固体粉末1含erdite,固体粉末2是同时含有erdite和勃姆石。固体粉末1和2均是本申请的目的产物,因此后期处理废水的时候可以二选一,也可以两者同时使用。固体粉末3是方钠石,其是由于反应问题提升所致,通过此处我们也可以说明上清液回收利用时不应升高温度,升高温度产生了方钠石而非勃姆石。
本申请的硝酸浓度为本申请的最优实施例,但是本申请并不以此为限。
综上所述,本发明通过依次将含铁废泥进行制浆、预热处理、真空干燥反应,在常温真空条件下制备出含有良好结晶erdite和勃姆石的混凝剂;制备过程中产生的上清液可以循环使用。本发明避免了使用高温高压设备,投资少且维护简单,适合大批量生产,适用于含铁废泥的高效资源化利用,且制备的产品erdite混凝剂能够有效去除脱硝废水中的亚硝酸盐和重金属离子,具有明显的经济效益和环境效益。
虽然本发明已以实施例公开如上,然其并非用于限定本发明,任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种不同的选择和修改,因此本发明的保护范围由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂,其特征在于,所述含erdite混凝剂是通过以下方法制备得到:
(1)含铁废泥制浆:向含铁废泥中加入Na2S·9H2O,Na2S·9H2O与含铁废泥的重量比为5:1-9:1;再加入自来水,自来水与含铁废泥的体积/重量比为15:1-40:1;30-90rpm搅拌15-60min,制成浆料1;
(2)浆料1预热处理:将浆料1放入密闭反应罐中,搅拌一定时间后升温至45-80℃,持续搅拌24-48h后,离心收集浆料1中的固体沉淀,上清液收集备用;
(3)制备含erdite混凝剂:
(31)将步骤(2)得到的上清液总体积的1/40-1/15加入到步骤(2)得到的固体沉淀中,涡旋混合10-30s,制成浆料2;
(32)将浆料2放入干燥盘中,维持真空度为0.2-0.4MPa,50℃恒温4-8h后,启动真空泵工作3-5min;
(33)待恒温时间累计到48-72h后,停止真空干燥,得含erdite的固体粉末1;
(4)剩余上清液的循环制备:计量步骤(31)剩余上清液体积,检测自来水与含铁废泥的比例,补充自来水,检测S2-的浓度,补充Na2S·9H2O至1.5摩尔/升;循环步骤(1)、步骤(2)、步骤(3),得到含erdite和勃姆石的固体粉末2,收集上清液用于再次循环制备;
所述含铁废泥是含有水铁矿、针铁矿、施氏矿物或弱结晶态铁水合物的废泥,所述废泥为固态或固液混合态,当所述废泥为固态时,将其进行破碎研磨并过0.5mm筛子;
所述含铁废泥中含水率低于65%;含铁废泥在不计水分时,铁含量不小于10%,铝含量不小于3%;
所述含铁废泥中的杂质为硅铝矿物和/或含硅铝钙的矿物。
2.根据权利要求1所述的利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂,其特征在于,所述步骤(1)中,Na2S·9H2O与含铁废泥的重量比为7.5:1;自来水与含铁废泥的体积/重量比为25:1。
3.根据权利要求1所述的利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂,其特征在于,所述步骤(32)中,将浆料2放入干燥盘中并控制泥浆沉淀后表面液体高度为0.3-0.6cm。
4.一种含erdite混凝剂处理废水的方法,所述含erdite混凝剂是通过权利要求1-3任一所述的利用含铁废泥常温合成含erdite混凝剂的制备方法得到的,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将固体粉末1和/或固体粉末2按照浓度为0.5-2g/L剂量投入到脱硝废水中,30-90rpm搅拌,持续搅拌0.5-5h;
(2)使用石灰乳调节废水pH至7.5,静置2-10h;
(3)将步骤(2)处理后的废水进行电渗析脱盐处理,出水。
5.根据权利要求4所述的含erdite混凝剂处理废水的方法,其特征在于,步骤(1)中脱硝废水的pH为0.7-1.2,总溶解固体为115g/L,硝酸盐浓度为5.6-7.2g/L,亚硝酸盐浓度为3.7-4.7g/L,COD浓度为600-800mg/L。
6.根据权利要求5所述的含erdite混凝剂处理废水的方法,其特征在于,所述脱硝废水含有低浓度的重金属离子。
7.根据权利要求6所述的含erdite混凝剂处理废水的方法,其特征在于,所述重金属离子包括铜、铅和镍的一种或多种。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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