CN112723520A - 芬顿反应铁泥的回收再利用方法及采用该方法制得的芬顿试剂 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法及采用该方法获得的芬顿试剂，包括以下步骤：(1)称取铁泥并加水稀释，之后向其中加入浓酸，加热反应以溶解铁泥；(2)向反应产物中投加草酸，加热反应以将其中的Fe3+还原成Fe2+；(3)加入过氧化氢去除COD，并与Fe2+形成芬顿试剂，实现铁泥的回用。本发明还涉及一种芬顿试剂，其采用上述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法制得。本发明采用常规试剂，通过采用浓酸溶解～草酸还原～双氧水氧化组合工艺处理，不仅能通过铁泥得到具有良好催化效果的芬顿试剂，实现铁泥有效的回收再利用；而且简化了铁泥处理的工序，方便了工艺上的控制，降低了铁泥处理的成本，减少了资源的浪费。
Description
技术领域
本发明属于水处理的技术领域，尤其涉及一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法及采用该方法获得的芬顿试剂。
背景技术
目前，污水处理常用的高级氧化技术有芬顿氧化、电化学氧化和臭氧氧化等。芬顿氧化技术是在酸性条件下Fe2+催化H2O2产生强氧化性的羟基自由基(·OH)将废水中的难降解的污染物成分氧化成小分子有机物或无机物，其反应在常温常压下即可进行，工艺流程简单，具有巨大的工业化推广潜力。虽然芬顿反应对水体中有毒有害难降解的污染物具有较强的去除效果，但是同时产生大量的芬顿铁泥，芬顿铁泥中的重金属和有机质若处置不当会对环境造成严重的二次污染。据调查，利用芬顿氧化技术每处理1吨废水大约会产生5kg含水率为60％的芬顿铁泥，此芬顿铁泥为危险固体废物。目前市场上危险固体废物的处置费约6000元/吨。因此，如何处理处理芬顿铁泥将决定芬顿氧化工艺在未来工程化推广的经济性和可行性。
常用的处理芬顿铁泥处理方法有：煅烧生产水泥、干燥炼铁、生产Fe2O3颜料、酸溶法制硫酸铁、制备铁基催化剂等，这些方法可资源化利用芬顿铁泥，但消耗的能量高，成本较高，不便于大规模生产推广。
相关技术中，专利文献CN105254067A公开一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法。该方法将所得沉淀物铁泥使用常规脱水工艺，控制其含水率为65～85％，通过二次沉淀制得γ～FeOOH和α～FeOOH作为铁基催化剂，但是其制备条件严格，不好控制。
专利文献CN107140804A公开一种铁盐循环利用的芬顿污泥处理方法及装置。该处理方法是通过对芬顿污泥进行生物厌氧处理，再向经生物厌氧处理后的芬顿污泥中注入还原剂，并搅拌，将污泥中的氢氧化铁还原成硫化亚铁或氢氧化亚铁，再向其中投加酸溶液，将硫化亚铁或氢氧化亚铁溶解到溶液中，并对得到的污泥进行淘洗；还原后的含二价铁离子的溶液回用到芬顿反应；对减量后的污泥进行中和、脱水处理，脱水后的泥饼外运。
专利文献CN106830467A公开一种基于铁泥回用的Fenton法污水处理一体化装置及方法。该方法通过调酸、反应、调碱、沉淀并利用浸没式膜组件和紫外双氧水二次氧化，最后通过电解将Fe3+还原为Fe2+，获得再生的Fe2+催化剂，实现了Fenton铁泥的在线回用，减少Fenton铁泥排放70％以上。
上述两种处理方法都是采用化学方法将三价铁还原为二价铁并回用，需要投加大量的化学药剂，处理成本较高且步骤繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服相关技术的不足之处，提供一种处理工序少，处理成本低的芬顿反应铁泥的回收再利用方法及采用该方法获得的芬顿试剂。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法，包括以下步骤：
(1)称取铁泥并加水稀释，之后向其中加入浓酸，加热反应以溶解铁泥；
(2)向反应产物中投加草酸，加热反应以将其中的Fe3+还原成Fe2+；
(3)加入过氧化氢去除COD，并与Fe2+形成芬顿试剂，实现铁泥的回用。
作为一种优选方案，所述步骤(1)中，水的加入量为铁泥干重的1.2～8.5倍，使铁泥稀释成为浊液。
作为一种优选方案，所述步骤(1)中，浓酸为浓硫酸。
作为一种更优选方案，所述步骤(1)中，浓硫酸的加入量为铁泥干重的5～7倍。
作为一种更优选方案，所述步骤(1)中，加入浓硫酸后加热至100℃～150℃。
作为一种优选方案，所述步骤(2)中，草酸的加入量为铁泥重量的0.8～5.5倍。
作为一种更优选方案，所述步骤(2)中，加入草酸后加热至120℃～150℃。
作为一种更优选方案，所述步骤(2)中，加入草酸后反应4h～6h。
作为一种优选方案，所述步骤(3)中，过氧化氢的加入量为：每100mg的COD，加入0.8mL～4mL的过氧化氢。
本发明的技术方案还包括一种芬顿试剂，其采用上述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法制得。
本发明的有益技术效果在于：提供了一种处理工序少，便于控制，处理成本低的芬顿反应铁泥的回收再利用方法及采用该方法获得的芬顿试剂。本方法采用常规试剂，通过采用浓酸溶解～草酸还原～双氧水氧化组合工艺处理，不仅能通过铁泥得到具有良好催化效果的芬顿试剂，实现铁泥有效的回收再利用；而且简化了铁泥处理的工序，方便了工艺上的控制，降低了铁泥处理的成本，减少了资源的浪费。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
在目前污水处理中，芬顿反应会产生大量的铁泥需要处理和回收。目前的处理方法中，多存在处理步骤繁琐，需要控制的环节多，且需要投入试剂或材料(不少为特种试剂)的量大，处理成本较高等问题。发明人进行了深入后认为，处理和回收芬顿反应铁泥的核心是将铁泥(主要成分为Fe(OH)3)中的Fe3+还原为Fe2+，而草酸的电极电位非常适合对于Fe3+的还原。因此发明人设计了浓酸溶解～草酸还原～双氧水氧化的组合处理工艺，不仅简化了步骤，减少了控制环节，且仅需投入适量的常规化学试剂即可实现处理，降低了处理成本。
在本方法的处理中：
首先，称取铁泥并加水稀释至浊液，以增加铁泥的成分与之后步骤投加的试剂之间的接触，使反应更加充分。之后向铁泥浊液中加入浓酸，并且加热反应以溶解铁泥而得到游离的Fe3+。
该步骤的反应方程式为：2Fe(OH)3+3H2SO4＝Fe2(SO4)3+6H2O。
其次，向上述反应产物(主要成分为Fe2(SO4)3)中投加草酸，并进行加热；利用草酸的还原性，使反应产物中的Fe3+还原成Fe2+。
该步骤的反应方程式为：C2O2 2～+2Fe3+＝2CO2+2Fe2+。
最后，由于铁泥中含有有机物，用浓酸溶解后溶液体系有机物的浓度过高，故而在所得到的Fe2+的溶液中加入氧化剂以去除COD，氧化结束后残留的双氧水与Fe2+形成芬顿试剂，从而实现了铁泥的回用。
在上述方法中，所加入的浓酸优选为浓硫酸，这样可以减少过多杂质离子的引入；并且，浓硫酸的加入量优选为铁泥干重的5～7倍，反应温度优选100℃～150℃，既保证了反应的活性，也更加便于反应的控制和减少成本。另外，稀释铁泥所用水的加入量优选为铁泥重量的1.2～8.5倍。
同时，草酸的加入量优选为铁泥重量的0.8～5.5倍，加入草酸后加热反应温度优选为120℃～150℃，反应时间优选为4h～6h，有利于反应的顺利进行及反应的有效控制。
氧化剂优选过氧化氢，由于芬顿试剂中含有过氧化氢；故选择氧化氢不会引入杂质，从而更方便之后的回用。除去COD时，过氧化氢的加入量为：每100mg的COD，加入0.8mL～4mL的过氧化氢。
通过上述方法实现了铁泥的回收处理，并且制得新的芬顿试剂，可再次投入水处理中，节省了资源和成本。
实施例1
本实施例公开了一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法。
铁泥来源：铁泥来自于对苯乙烯废水进行深度高级氧化处理的芬顿流化床；在装置运行一段时间后，对芬顿流化床填料进行反冲洗，聚集沉淀，并抽滤成含水率约40％的铁泥。芬顿流化床处理前苯乙烯废水的COD为250 mg/L～300mg/L、氨氮为0～5mg/L、pH为6.2～6.8；处理后出水的COD为140～150mg/L。
具体步骤：
(1)将铁泥称重；基于铁泥干重，加6～8倍质量的水将铁泥稀释至浊液；加4倍质量浓硫酸至铁泥浊液中，并在100℃～150℃加热搅拌使铁泥溶解。
(2)基于铁泥干重，投加0.5～0.6倍质量的草酸到步骤(1)的反应产物；在120℃～150℃下加热回流6h，使草酸还原铁泥中的Fe3+；测定Fe3+的含量，结果显示Fe2+的回收率达到98.4％。
(3)检测含Fe2+回流回收液的COD，本实施例中为250mg/L；向Fe2+回流回收液投加过氧化氢，投加量为6mL/L～10mL/L，氧化结束残留双氧水与已还原Fe2+形成芬顿试剂，再次投加进芬顿流化床。
(4)将通过铁泥回收制成的芬顿试剂，投入到芬顿流化床中对相同的苯乙烯废水进行处理；检测结果：出水COD依然在140mg/L～150mg/L，表明采用铁泥回收再利用的芬顿试剂，仍具有良好的处理废水的能力。
本发明还公开了一种采用上述方法获得的芬顿试剂；该芬顿试剂主要成分是硫酸亚铁和过氧化氢，具有制备简单，性价比高以及处理废水的效果好的有优点。
实施例2
本实施例公开了一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法。
铁泥来源：铁泥来自于对印染废水进行深度高级氧化处理的芬顿流化床；在装置运行一段时间后，对芬顿流化床填料进行反冲洗，聚集沉淀，并抽滤成含水率约90％的铁泥。芬顿流化床处理前苯乙烯废水的COD为100～150mg/L、氨氮为0～5mg/L、pH为7.5～7.8；处理后出水的COD为小于60mg/L。
具体步骤：
(1)将铁泥称重；基于铁泥干重，加0.5～1倍质量的水将铁泥稀释至浊液；加0.5～0.6倍质量的浓硫酸至铁泥浊液中，并在100℃～150℃加热搅拌使铁泥溶解。
(2)基于铁泥干重，投加0.55倍质量的草酸到步骤(1)的反应产物；在120℃～150℃下加热回流4h，使草酸还原铁泥中的Fe3+；测定Fe3+的含量，结果显示Fe2+的回收率达到96.8％。
(3)检测含Fe2+回流回收液的COD，本实施例中为150mg/L；向Fe2+回流回收液中投加过氧化氢，投加量为6mL/L～10mL/L；氧化结束残留双氧水与已还原Fe2+形成芬顿试剂，再次投加进芬顿流化床。
(4)将通过铁泥回收制成的芬顿试剂，投入到芬顿流化床中对相同的苯乙烯废水进行处理；检测结果：出水COD依然60mg/L以下，表明采用铁泥回收再利用的芬顿试剂，仍具有良好的处理废水的能力。
本发明还公开了一种采用上述方法获得的芬顿试剂；该芬顿试剂主要成分是硫酸亚铁和过氧化氢，具有制备简单，性价比高以及处理废水的效果好的有优点。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)称取铁泥并加水稀释，之后向其中加入浓酸，加热反应以溶解铁泥；
(2)向反应产物中投加草酸，加热反应以将其中的Fe3+还原成Fe2+；
(3)加入过氧化氢去除COD，并与Fe2+形成芬顿试剂，实现铁泥的回用。
2.根据权利要求1所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，水的加入量为铁泥干重的1.2～8.5倍，使铁泥稀释成为浊液。
3.根据权利要求1所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，浓酸为浓硫酸。
4.根据权利要求3所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，浓硫酸的加入量为铁泥干重的5～7倍。
5.根据权利要求4所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(1)中，加入浓硫酸后加热至100℃～150℃。
6.根据权利要求1所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，草酸的加入量为铁泥重量的0.8～5.5倍。
7.根据权利要求6所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加入草酸后加热至120℃～150℃。
8.根据权利要求7所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(2)中，加入草酸后反应4h～6h。
9.根据权利要求1所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法，其特征在于：所述步骤(3)中，过氧化氢的加入量为：每100mg的COD，加入0.8mL～4mL的过氧化氢。
10.一种芬顿试剂，其特征在于：采用如权利要求1～9任一所述的芬顿反应铁泥的回收再利用方法制得。
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