铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法技术

本发明专利技术涉及一种提出铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法。（1）通过化学改性在铁屑表面形成纯化层，其主要成分为Fe(II)和Fe(III)的氧化物，从而形成对O3的异相催化氧化机制；（2）未经表面改性的铁屑，在O3氧化时，形成一定量的离子态的Fe2+和Fe3+，形成对O3的同相催化氧化机制；（3）经表面改性的铁屑作为催化剂使用时，也会产生一定量的铁离子。这些铁离子可作为混凝剂，通过投加助凝剂，形成混凝沉淀或接触过滤机制，不仅铁离子得到去除，而且可进一步去除水中的有机物。本发明专利技术制备的催化剂催化臭氧氧化时，对一般工业废水二级生化处理出水COD的去除率在50～80%之间，足以满足国家新的排放标准要求，故不影响应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种提出。（1）通过化学改性在铁屑表面形成纯化层，其主要成分为Fe(II)和Fe(III)的氧化物，从而形成对O3的异相催化氧化机制；（2）未经表面改性的铁屑，在O3氧化时，形成一定量的离子态的Fe2+和Fe3+，形成对O3的同相催化氧化机制；（3）经表面改性的铁屑作为催化剂使用时，也会产生一定量的铁离子。这些铁离子可作为混凝剂，通过投加助凝剂，形成混凝沉淀或接触过滤机制，不仅铁离子得到去除，而且可进一步去除水中的有机物。本专利技术制备的催化剂催化臭氧氧化时，对一般工业废水二级生化处理出水COD的去除率在50～80%之间，足以满足国家新的排放标准要求，故不影响应用价值。【专利说明】
本专利技术涉及水污染控制领域，具体涉及一种铁肩催化臭氧氧化的废水深度处理方法。
技术介绍
臭氧在水处理方面的应用已有较长历史。给水处理领域:臭氧作为消毒剂，可以有效灭杀病源微生物，且可避免用氯气消毒时所产生的氯代消毒副产物，已形成成熟的臭氧消毒工艺；在生物活性炭的前端投加臭氧，可以起到灭藻除臭的作用，同时将自然水体中存在的大分子有机物，氧化分解为小分子有机物，有助后续生物活性炭中微生物的降解，形成了臭氧一生物活性炭工艺。在污水处理领域:利用臭氧自身的氧化能力，氧化部分有机物的官能团，或将部分长链大分子有机物分解成短链小分子有机物，以提高有机物的可生物降解性，已有大量的研宄成果，也有少量工程实践。但臭氧自身氧化能力较弱，不能完全降解有机物，且部分有机物经臭氧不完全氧化后，分子官能团改变，生物毒性更强，限制了臭氧作为工业废水生物预处理的应用。诱发臭氧产生羟基自由基，从而形成高级氧化技术，彻底分解有机物，成为相当长时期研宄热点，但臭氧形成高级氧化机制需要PH值强碱性条件，或需要与过氧化氢(H202)、紫外线(UV)耦合，或需要贵金属氧化物催化(如Ti2O),虽已有大量的研宄，但工程应用规模很小。 目前，我国工业废水处理标准更为严格，生物处理(二级处理)工艺以无法达到排放标准，其深度处理工艺的选择，高级氧化法几乎成为唯一选项。而当前工业废水处理工程中，臭氧氧化工艺缺乏催化手段，大大降低了臭氧工艺的效率，深度处理效果很不理想。 通过投加过氧化氢(H2O2)或使用紫外线(UV)照射，诱发臭氧形成高级氧化机制，其条件较为苛刻，成本高，不适用于水量大、PH值为中性的城市和工业园区污水厂二级生化出水的深度处理。已有研宄表明:铁的氧化物和羟基化物(以Fe(II)和Fe(III)表示)也能够催化O3，但生产出固定结构的催化剂成本较高。 铁肩是金属加工产生的废物，来源广泛，价格低廉。铁肩尽管来源不同，成份亦有差异，但由于不同钢的延展性差异，形成较完整刨花状的铁肩大都属碳素钢和低合金钢，按钢材分类主要有:普通碳素结构钢、优质碳素结构钢中的低碳钢和中碳钢、以及低合金结构钢。这些钢材的铁刨花，都有较强的化学反应活性，表面较易氧化生成铁的氧化物，有望形成催化O3高级氧化方法的催化材料；而耐腐蚀不锈钢化学反应活性很低，不适用做催化O 3的催化材料，但不锈钢虽形成刨花，但色泽有明显差异；由于价格相差巨大，不易混在普通铁肩中。 因此，使用铁肩为原料，通过适当的物理与化学方法对铁肩表面进行改性，使之表面形成催化O3的有效成分，即具有一定化学组成和晶型结构的Fe(II)和Fe(III)，是降低高级氧化方法催化剂成本的可行途径，具有重要的实用价值。 铁肩中铁元素的含量一般都在98%以上，由于铁的化学活性较强，氧化过程中先于重金属元素形成离子态，因此未经钝化的铁肩，在含有臭氧的废水中容易被氧化为铁离子，产物生成顺序为Fe2+、Fe3+，但不会形成重金属离子。研宄表明，不论是Fe2+还是Fe 3+也都是催化O3的催化剂，由此形成同相催化过程。此过程中催化剂是消耗的，催化成分不能回收。但铁肩不仅价廉、成本低，更重要的是:生成的铁离子又是混凝剂成分，在PH中性范围内Fe(III)全部沉淀，不仅对水质不产生有害影响，而且形成再一次的深度处理过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种提出铁肩催化臭氧氧化的废水深度处理方法。本专利技术方法处理对象是二级生物处理出水，特点是不改变废水的pH值，不增加废水的盐度和其它成分，深度去除废水中的有机物。 本专利技术的思路是:(1)通过化学改性在铁肩表面形成纯化层，其主要成分为Fe(II)和Fe(III)的氧化物，从而形成对O3的异相催化氧化机制；(2)未经表面改性的铁肩，在03氧化时，形成一定量的离子态的Fe 2+和Fe 3+，形成对O3的同相催化氧化机制；(3)理论上，同相催化氧化存在铁离子；而实际过程中，经表面改性的铁肩作为催化剂使用时，也会产生一定量的铁离子。这些铁离子可作为混凝剂，通过投加助凝剂，形成混凝沉淀或接触过滤机制，不仅铁离子得到去除，而且可进一步去除水中的有机物。 本专利技术提出的铁肩催化臭氧氧化的废水深度处理方法，具体步骤如下:(1)选取金属加工中产生的废料铁肩，对其进行预处理；(2)将步骤(I)得到的铁肩使用强酸或强碱进行改性所述强酸改性采用强硝酸改性或强硫酸改性:强硝酸改性:使用浓度为65%?68%的HNO3，将步骤⑴得到的铁肩在摇床上钝化反应0.5?3.0 hr，取出后清洗干燥；改性后的铁肩表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；强硫酸改性:使用浓度为98%的H2SO4,在摇床上钝化反应1.0?5.0 hr，取出后清洗干燥；改性后铁肩表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；所述强碱改性采用氢氧化钠改性；使用浓度为30%的NaOH溶液，在摇床上钝化反应1.0?10.0 hr，保持反应温度为98°C，取出后清洗干燥；改性后铁肩表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；(3)将步骤(2)采用强酸或强碱改性后的铁肩或步骤(I)得到的铁肩作为催化剂，通过使用油压机将堆积密度压缩至50?500 kg/M3形成固定填料反应床，臭氧布气装置置于填料下方；在保证布水均匀，不发生水流短流的情况下，控制水力停留时间等于催化氧化时间，一般为10?40分钟，由此构成催化氧化反应器；(4)经过步骤(3)，废水中有机物得到了催化氧化，COD浓度降低；同时产生一定量的铁离子；对步骤(I)得到的铁肩未经改性，表面无钝化层，零价铁氧化量大，铁离子生成量更多未经表面改性的铁肩，即在03氧化时，形成一定量的离子态的Fe 2+和Fe 3+，形成对03的同相催化氧化机制；在废水PH中性、氧化反应电位(ORP)大于150 mV)的条件下，三价铁离子很快形成固相羟基化物；(5)废水进入混凝沉淀池后铁化合物被去除，其中:混合沉淀池内投加助凝剂，废水中COD浓度继续降低；或者废水进入接触过滤池，接触过滤池中投加助凝剂，使用普通砂滤池，去除废水中细小的铁羟基化物，并继续降低有机物浓度。 本专利技术中，所述预处理是指根据铁肩表面的污垢情况，使用lmol/L的NaOH洗去铁肩表面的油腻，使用1%的H2SCV冼去铁肩表面的铁锈。 本专利技术中，步骤(5)中所述助凝剂采用PAM。 本专利技术的有益效果在于:(1)催化剂价格本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法，其特征在于具体步骤如下：(1) 选取金属加工中产生的废料铁屑，对其进行预处理；(2) 将步骤(1)得到的铁屑使用强酸或强碱进行改性所述强酸改性采用强硝酸改性或强硫酸改性：强硝酸改性：使用浓度为65%‑68%的HNO3，将步骤(1)得到的铁屑在摇床上钝化反应0.5～3.0 hr，取出后清洗干燥；改性后的铁屑表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；强硫酸改性：使用浓度为98%的H2SO4，在摇床上钝化反应1.0～5.0 hr，取出后清洗干燥；改性后铁屑表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；所述强碱改性采用氢氧化钠改性；使用浓度为30%的NaOH溶液，在摇床上钝化反应1.0～10.0 hr，保持反应温度为98℃，取出后清洗干燥；改性后铁屑表面形成一定量的两价铁或三价铁化合物，以Fe(II)和Fe(III)表示；(3) 将步骤(2)采用强酸或强碱改性后的铁屑或步骤(1)得到的铁屑作为催化剂，通过使用油压机将堆积密度压缩至 50～500 kg/M3形成固定填料反应床，臭氧布气装置置于填料下方；在保证布水均匀，不发生水流短流的情况下，控制水力停留时间等于催化氧化时间，为10～40分钟；由此构成催化氧化反应器；(4) 经过步骤(3)，废水中有机物得到了催化氧化，COD浓度降低；同时产生一定量的铁离子；对步骤(1)得到的铁屑未经改性，表面无钝化层，零价铁氧化量大，铁离子生成量更多，即在O3氧化时，形成一定量的离子态的Fe2+和Fe3+，形成对O3的同相催化氧化机制；在废水pH中性、氧化反应电位（ORP)大于150 mV)的条件下，三价铁离子很快形成固相羟基化物；(5)废水进入混凝沉淀池后铁化合物被去除，其中：混合沉淀池内投加助凝剂，废水中COD浓度继续降低；或者废水进入接触过滤池，接触过滤池中投加助凝剂，使用普通砂滤池，去除废水中细小的铁羟基化物，并继续降低有机物浓度。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马鲁铭，吴瑾，马捷汀，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31