本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)氧化鐵泥制備水處理劑的方法，該水處理劑聚合硫酸鐵可回用于工業(yè)廢水的處理。
背景技術(shù)：
隨著環(huán)保形勢(shì)的日趨嚴(yán)峻和國家對(duì)企業(yè)的排放標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高。目前常規(guī)的廢水處理工藝比如說化學(xué)絮凝沉降、好氧厭氧處理等都很難滿足新國標(biāo)對(duì)污染物去除的要求。深度廢水處理技術(shù)目前已經(jīng)廣泛被企業(yè)采用，其中應(yīng)用最多技術(shù)最成熟的就是fenton氧化深度處理技術(shù)；fenton氧化技術(shù)可對(duì)水體中有毒有害且難降解顏色較深的污染物具有較強(qiáng)的去除效果。但同時(shí)fenton法處理廢水會(huì)產(chǎn)生大量的fenton污泥，fenton污泥屬于化學(xué)污泥，且其中含有大量的金屬離子；目前污泥的處置一般直接經(jīng)過焚燒處理，但是由于fenton污泥中有機(jī)物的含量?jī)H為20-30％，熱值較低，大量的污泥焚燒會(huì)對(duì)企業(yè)焚燒鍋爐產(chǎn)生負(fù)擔(dān)，而且焚燒之后的燒渣已經(jīng)被列為危險(xiǎn)工業(yè)廢棄物，之后的處置又是一難題。另一方面由于fenton氧化后污泥中鐵的含量在30-50％之間，也是一種資源。因此急需開發(fā)一種新的污泥減量化、無害化和資源化的處置方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種化學(xué)氧化鐵泥制備水處理劑的方法，該方法是一種fenton污泥減量化、無害化、資源化利用的方法，具體是將fenton污泥制備高效水處理劑聚合硫酸鐵。
本發(fā)明也提供上述聚合硫酸鐵的應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
一種化學(xué)氧化鐵泥制備水處理劑的方法，包括以下步驟：
(1)將芬頓處理后沉淀的污泥先壓干，再烘干，然后粉碎，過篩，得污泥粉末；
(2)向步驟(1)得到的污泥粉末中加入褐煤并混合均勻，之后放入高溫爐中400-600℃處理，取出至干燥器中冷卻，得煅燒產(chǎn)物；
(3)向步驟(2)所得煅燒產(chǎn)物中先加入去離子水，再加入硫酸，然后放入搖床中50-70℃反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，將反應(yīng)物離心；
(4)取步驟(3)中離心所得的上清液先處理后再檢測(cè)二價(jià)鐵和三價(jià)鐵的濃度，得混合溶液；
(5)向步驟(4)的混合溶液中加入過氧化氫溶液，在40-60℃下反應(yīng)，即得到聚合硫酸鐵。
優(yōu)選的，步驟(1)中，具體是將芬頓處理后沉淀的污泥先經(jīng)板框壓濾機(jī)壓至干度為45-55wt％，再將得到的泥餅在烘箱中烘至絕干，然后用粉碎機(jī)粉碎，將粉碎后的污泥過篩，通過的部分即為污泥粉末。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述在烘箱中以105℃下烘干4h；所述過篩為過60目網(wǎng)篩。
優(yōu)選的，步驟(2)所述褐煤的投加量為m污泥粉末:m褐煤＝10:(6-8)，所述褐煤的目數(shù)為60-100目，加入褐煤要混合均勻即將fenton鐵泥和適量褐煤混合后適當(dāng)研磨，且褐煤的目數(shù)為60-100目，必須在此目數(shù)及用量比例下，效果才能達(dá)到。
優(yōu)選的，步驟(2)所述處理的時(shí)間為2-4h，這里處理的溫度必須在400-600℃，溫度過高或者過低都會(huì)直接導(dǎo)致污泥中鐵的提取率和污泥的減重率大幅降低。
優(yōu)選的，步驟(3)所述硫酸的濃度為15-25wt％，硫酸濃度過高會(huì)碳化褐煤導(dǎo)致提取液顏色太深，過低影響fenton鐵泥的鐵提取率和減重率。
優(yōu)選的，步驟(3)所述反應(yīng)的時(shí)間為40-80min。
優(yōu)選的，步驟(3)所述煅燒產(chǎn)物的用量為10g，去離子水的用量為100ml，硫酸的用量為80-120ml。
優(yōu)選的，步驟(3)所述離心是在離心機(jī)中以3000-5000r/min離心20-40min。
優(yōu)選的，步驟(4)中所述處理的方法具體是指量取步驟(3)所得的上清液300ml加入至500ml梨形瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋蒸，旋蒸前需要用真空泵抽取3-5min，然后開始旋蒸，先在溫度為30-50℃、轉(zhuǎn)速為60-80r/min的條件下旋蒸30-40min，之后在溫度為60-80℃、轉(zhuǎn)速為90-120r/min的條件下旋蒸至有結(jié)晶析出，再加入1-3ml濃度為98wt％的濃硫酸。
進(jìn)一步優(yōu)選的，步驟(4)中所述處理的方法具體是指量取步驟(3)所得的上清液300ml加入至500ml梨形瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋蒸，旋蒸前需要用真空泵抽取3-5min，然后開始旋蒸，先在溫度為30℃、轉(zhuǎn)速為60r/min的條件下旋蒸30min，之后在溫度為60℃、轉(zhuǎn)速為90r/min的條件下旋蒸至有結(jié)晶析出，再加入1-3ml濃度為95-98wt％的濃硫酸。
優(yōu)選的，步驟(5)所述過氧化氫溶液中的h2o2與混合溶液中fe2+的摩爾比為(1.1-1.2)：1；而且加入時(shí)是緩慢滴入，速度控制在10-15ml/h，過快和過慢都會(huì)導(dǎo)致聚合硫酸鐵的質(zhì)量不合標(biāo)。
優(yōu)選的，步驟(5)所述過氧化氫溶液的濃度為25-30wt％；所述反應(yīng)的時(shí)間為3-4h。
一種由上述制備方法獲得的高效水處理劑聚合硫酸鐵可作為工業(yè)水處理劑應(yīng)用于造紙、制藥、印染的廢水處理中。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
1、本發(fā)明為fenton鐵泥的資源化利用提供一種新的途徑，解決了目前fenton鐵泥處置問題。
2、本發(fā)明采用fenton鐵泥制備聚合硫酸鐵，相對(duì)于一般采用硫酸亞鐵制備過程成本較低，從而可以降低廢水處理成本。
3、本發(fā)明制備的聚合硫酸鐵應(yīng)用于廢水處理中，可替代鋁絮凝劑，而且處理后水樣不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)，是環(huán)保高效水處理劑。
4、本發(fā)明制得的聚合硫酸鐵應(yīng)用于廢水處理中，廢水的ph、溫度的范圍較廣，可有效降低廢水的cod和色度，而且制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
實(shí)施例1
(1)將芬頓處理后沉淀的污泥先經(jīng)板框壓濾機(jī)壓至干度為45wt％，再將得到的泥餅在105℃烘箱中烘至絕干，然后用粉碎機(jī)粉碎，將粉碎后的污泥過60目網(wǎng)篩，通過的部分為實(shí)驗(yàn)原料，即污泥粉末。
(2)稱取污泥粉末20g，加入褐煤(60目)12g，混合均勻，之后放入馬弗爐中在500℃處理2h，取出至干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)稱取10g步驟(2)制得的樣品加入500ml錐形瓶中，往錐形瓶中加入100ml去離子水，之后再加入80ml濃度為15wt％的硫酸溶液，振蕩混合均勻后，將錐形瓶放入搖床中，反應(yīng)時(shí)間為40min，反應(yīng)溫度50℃，取出錐形瓶，搖床搖晃速度為200r/min，將反應(yīng)物在離心機(jī)中以3000r/min離心20min，取上清液待用。
(4)取步驟(3)中的上清液300ml于梨形瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋蒸，旋蒸前期需要真空泵抽取3min，然后開始旋蒸，先在溫度為30℃、轉(zhuǎn)速為60r/min旋蒸30min，之后在溫度為60℃、轉(zhuǎn)速為90r/min得條件下旋蒸，旋蒸至有結(jié)晶析出；之后加入1ml98wt％濃硫酸待用。檢測(cè)溶液中二價(jià)鐵濃度為10mol/l和三價(jià)鐵的濃度為7.6mol/l，得到產(chǎn)物備用。
(5)取步驟(4)中的產(chǎn)物于三口燒瓶中，以n(h2o2)：n(fe2+)＝1.1：1加入濃度為30wt％的過氧化氫溶液(滴加速度為10ml/h)，在溫度40℃下，反應(yīng)3h，即得到目標(biāo)產(chǎn)物聚合硫酸鐵。
實(shí)施例2
(1)將芬頓處理后沉淀的污泥先經(jīng)板框壓濾機(jī)壓至干度為55wt％，再將得到的泥餅在105℃烘箱中烘至絕干，然后用粉碎機(jī)粉碎，將粉碎后的污泥過60目網(wǎng)篩，通過的部分為實(shí)驗(yàn)原料，即污泥粉末。
(2)稱取污泥粉末20g，加入褐煤(70目)14g，混合均勻，之后放入馬弗爐中在500℃處理2h，取出至干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)稱取10g步驟(2)中樣品加入500ml錐形瓶中，往錐形瓶中加入100ml去離子水，之后再加入100ml濃度為20wt％的硫酸溶液，將錐形瓶放入搖床中，反應(yīng)時(shí)間為50min，反應(yīng)溫度50℃，取出錐形瓶，搖床搖晃速度為200r/min，將反應(yīng)物在離心機(jī)中以4000r/min離心30min，取上清液待用。
(4)取步驟(3)中的上清液300ml于梨形瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋蒸，旋蒸前期需要真空泵抽取4min，然后開始旋蒸，先在溫度為30℃、轉(zhuǎn)速為60r/min旋蒸30min，之后在溫度為60℃、轉(zhuǎn)速為90r/min下旋蒸，旋蒸至有結(jié)晶析出；之后加入2ml濃硫酸待用。檢測(cè)二價(jià)鐵濃度為11.2mol/l和三價(jià)鐵的濃度為7.5mol/l，得到產(chǎn)物備用。
(5)取步驟(4)中的產(chǎn)物于三口燒瓶中，以n(h2o2)：n(fe2+)＝1.5：1加入濃度為30wt％的過氧化氫溶液(滴加速度為15ml/h)，在溫度40℃下，反應(yīng)3h，即得到目標(biāo)產(chǎn)物聚合硫酸鐵。
實(shí)施例3
(1)將芬頓處理后沉淀的污泥先經(jīng)板框壓濾機(jī)壓至干度為50wt％，再將得到的泥餅在105℃烘箱中烘至絕干，然后用粉碎機(jī)粉碎，將粉碎后的污泥過60目網(wǎng)篩，通過的部分為實(shí)驗(yàn)原料，即污泥粉末。
(2)稱取污泥粉末20g，加入褐煤(100目)16g，混合均勻，之后放入馬弗爐中在600℃處理2h，取出至干燥器中冷卻至室溫，待用。
(3)稱取10g步驟(2)中樣品加入500ml錐形瓶中，往錐形瓶中加入100ml去離子水，之后再加入100ml濃度為25wt％的硫酸溶液，將錐形瓶放入搖床中，反應(yīng)時(shí)間為50min，反應(yīng)溫度50℃，取出錐形瓶，搖床搖晃速度為200r/min，將反應(yīng)物在離心機(jī)中以4000r/min離心30min，取上清液待用。
(4)取步驟(3)中的上清液300ml于梨形瓶中，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中旋蒸，旋蒸前期需要真空泵抽取5min，然后開始旋蒸，先在溫度為30℃、轉(zhuǎn)速為60r/min旋蒸30min，之后在溫度為60℃、轉(zhuǎn)速為90r/min下旋蒸，旋蒸至有結(jié)晶析出；之后加入2ml濃硫酸待用。檢測(cè)二價(jià)鐵的濃度為12mol/l和三價(jià)鐵的濃度為8.7mol/l，得到產(chǎn)物備用。
(5)取步驟(4)中的產(chǎn)物于三口燒中，以n(h2o2)：n(fe2+)＝1.2：1加入濃度為30wt％的過氧化氫溶液(滴加速度為15ml/h)，在溫度40℃下，反應(yīng)3h，即得到目標(biāo)產(chǎn)物聚合硫酸鐵。
實(shí)施例4、聚合硫酸鐵應(yīng)用于造紙廢水效果探究
對(duì)實(shí)施例1～3制備得到的聚合硫酸鐵應(yīng)用于造紙廢水，檢測(cè)對(duì)造紙廢水cod去除率和色度去除率的大小，測(cè)試結(jié)果如表1所示。
取三份500ml常溫造紙廢水(cod為1680mg/l)于1000ml燒杯中，加入實(shí)施例1-3制備的聚合硫酸鐵樣品1、2、3各3.5ml，在磁力攪拌器上以180r/min攪拌2min后再加入2ml濃度為0.1wt％pam溶液攪拌一分鐘，之后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為80r/min繼續(xù)攪拌15min，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置20min取上清液測(cè)其cod和色度。
表1
由表1可以看出，該聚合硫酸鐵對(duì)廢水的cod去除率和色度去除率的效果非常好。
實(shí)施例5、聚合硫酸鐵應(yīng)用于不同ph和溫度下對(duì)造紙廢水效果探究
對(duì)實(shí)施例3制備得到的聚合硫酸鐵應(yīng)用于不同ph和不同溫度的造紙廢水，檢測(cè)對(duì)造紙廢水cod去除率和色度去除率的大小，測(cè)試結(jié)果如表2和表3所示。
取8份500ml常溫造紙廢水(cod為1680mg/l)于1000ml燒杯中調(diào)節(jié)ph分別為3-10，加入3.5ml實(shí)施例3制備得到的聚合硫酸鐵，在磁力攪拌器上以180r/min攪拌2min后再加入2ml濃度為0.1wt％pam溶液攪拌一分鐘，之后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為80r/min繼續(xù)攪拌15min，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置20min取上清液測(cè)其cod和色度見表2。
取7份500ml常溫造紙廢水(cod為1680mg/l)于1000ml燒杯中調(diào)節(jié)廢水溫度為20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃，加入3.5ml實(shí)施例3制備得到的聚合硫酸鐵，在磁力攪拌器上以180r/min攪拌2min后再加入2ml濃度為0.1wt％pam溶液攪拌一分鐘，之后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為80r/min繼續(xù)攪拌15min，待反應(yīng)結(jié)束后，靜置20min取上清液測(cè)其cod和色度見表3。
表2
表3
由表2和表3可以看出，本發(fā)明的聚合硫酸鐵處理造紙廢水的ph和溫度的適應(yīng)范圍較廣，最佳ph適用范圍為5-9；適用最佳溫度范圍為30-70℃。
上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。