泡沫催化鐵填料及其應(yīng)用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種污水生物處理用的填料，具體為泡沫催化鐵填料，由基體金屬鐵和均勻分布的氣孔組成，外形為球形或方形；所述的氣孔包括通孔和閉孔，孔隙率為83-98%，通孔率為0-89%，氣孔孔徑為1-5mm，體積密度為850-1350kg/m3；將泡沫催化鐵填料投置于生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，依據(jù)不同處理工藝使泡沫催化鐵填料固定或者懸浮生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，泡沫催化鐵填料與生物反應(yīng)處理單元形成耦合反應(yīng)池。本發(fā)明提供的泡沫催化鐵填料及其應(yīng)用方法，相比鐵碳法和催化鐵還原內(nèi)電解法無論在材料體積密度的控制、化學(xué)性質(zhì)的一致性，還是耦合反應(yīng)的傳質(zhì)、反應(yīng)活性的保持上均有顯著的優(yōu)勢。
【專利說明】泡沬催化鐵填料及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種污水生物處理用的填料，具體為泡沫催化鐵填料及其應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵化學(xué)性質(zhì)活潑，來源豐富，價格低廉，自從20世紀70年代初有關(guān)于單質(zhì)鐵可以還原去除水溶液中的氯代有機物的專利以來，利用單質(zhì)鐵修復(fù)水體污染得到了非常廣泛的研究，在地下水的處理中取得了較大的成功。
[0003]在廢水處理中研究的較為廣泛的主要有鐵碳法內(nèi)電解技術(shù)和催化鐵還原內(nèi)電解技術(shù)。鐵碳法內(nèi)電解技術(shù)是把鑄鐵和活性炭等材料組合在一起形成原電池進行污染物處理的一類廢水處理技術(shù)的通稱，工程實踐發(fā)現(xiàn)其僅在酸性條件下反應(yīng)活性較高，偏堿性條件處理效果欠佳，損耗量大，易堵塞，對許多物質(zhì)的還原反應(yīng)速率還難以達到大規(guī)模應(yīng)用的要求。
[0004]催化鐵還原內(nèi)電解技術(shù)是在鐵碳法基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，是以催化鐵材料作為主要反應(yīng)介質(zhì)的一類廢水處理技術(shù)的通稱。催化鐵材料主要包括對鑄鐵進行切削加工而形成的鐵削屑、鐵刨花，以及在此基礎(chǔ)上通過在鐵材料表面鍍上另一種或多種金屬而形成的雙金屬或多金屬材料，或者將鐵刨花與金屬濾料按一定比例充分混合而形成的混合材料。相比鐵碳法，催化鐵還原法具有更寬廣的PH適應(yīng)范圍和更高的還原速率，因此應(yīng)用范圍更廣，但是在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，受限于催化鐵材料的特性，尚存在幾個主要缺點:首先，材料本身的制備和一致性上難以保持均勻。催化鐵材料主要來源于對鑄鐵進行切削加工，加工費用高、加工條件難以控制， 將加工廢料鐵刨花壓制成型時，其堆積密度和孔隙率難以控制的均衡一致；其次，催化鐵材料密度遠大于水，加入反應(yīng)池后通常處于反應(yīng)器底部，水力條件和傳質(zhì)效果均不佳，此外，運行一段時間后產(chǎn)生的氧化鐵碎渣會淤積在反應(yīng)池底部導(dǎo)致活性急劇下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種填料密度控制容易、水力條件和傳質(zhì)效果較好的催化鐵填料，具體的技術(shù)方案為:
泡沫催化鐵填料，由基體金屬鐵和均勻分布的氣孔組成，外形為球形或方形；所述的氣孔包括通孔和閉孔，孔隙率為83-98%，通孔率為0-89%，氣孔孔徑為l_5mm，體積密度為850-1350 kg/m3；
其通孔率和孔隙率的關(guān)系符合以下公式:
T (%) = [1- (1-C) Pm / Po] XlOO % ±5%
其中:T為通孔率；C為孔隙率；P m為基體金屬鐵的實心狀態(tài)時的密度，kg/m3 ; P C1為所處理的廢水的密度，kg/m3。污水密度Ptl值通常在1000-1010 kg/m3, P m / P ^的比值實際上在7.8左右。
[0006]基體金屬鐵為純的鐵。[0007]基體金屬鐵為多金屬體系，由鐵表面鍍上鎳、銅或鋁任一種金屬后形成，鐵含量為90-95%。
[0008]基體金屬鐵為合金,鐵含量為90-98%,還包括碳、鎳、銅或招任一種物質(zhì)。
[0009]泡沫催化鐵填料的應(yīng)用方法為:
將泡沫催化鐵填料投置于生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，依據(jù)不同處理工藝使泡沫催化鐵填料固定或者懸浮生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，依據(jù)不同的水質(zhì)特點和處理要求控制其投加量，每立方米廢水投放含100-500 kg基體金屬鐵的泡沫催化鐵填料，泡沫催化鐵填料與生物反應(yīng)處理單元形成耦合反應(yīng)池；
以生物反應(yīng)處理單元常規(guī)的運行參數(shù)運行，將反應(yīng)達標的清水排出。
[0010]生物反應(yīng)處理單元為利用活性污泥處理污水的反應(yīng)單元，可以是好氧生物處理單元，也可以是好氧或缺氧生物處理單元，可以是單獨的某個生物反應(yīng)處理單元，也可以是完整流程中的某一個或幾個處理單元。
[0011]泡沫催化鐵填料是一種由基體金屬和氣孔組成的低密度材料，具有輕質(zhì)高強、t匕表面積大、優(yōu)秀的電磁學(xué)和熱力學(xué)特性。其中的氣泡按照彼此之間是否聯(lián)通可分為通孔和閉孔，當完全浸入水中后，通孔因為彼此聯(lián)通能夠讓水通過，閉孔內(nèi)則無法進水，因此閉孔的總體積最終決定了泡沫鐵是否會在水中懸浮。由于氣泡與基體金屬鐵均勻分布，整個填料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，內(nèi)外通透保證了良好的水力學(xué)特性，反應(yīng)活性佳，不容易堵塞。此外，在制造過程中可通過調(diào)節(jié)通孔和閉孔的比例來控制填料在水中的浮沉狀態(tài)，也可根據(jù)不同的反應(yīng)器構(gòu)型來定制相應(yīng)的填料形狀，據(jù)有較佳的工藝適應(yīng)性和針對性。
[0012]泡沫催化鐵填料在廢水生物處理過程中的主要作用有以下幾個方面:
(I)直接氧化還原作用。泡沫催化鐵與水接觸形成的電解還原體系可以直接還原廢水中許多毒性物質(zhì)、難降解物質(zhì)，使之毒性減弱或完全降解，這樣可以大幅度的提高難降解工業(yè)廢水的可生化性，便于后繼生化處理。
[0013](2)鐵離子的絮凝沉淀作用。因為鐵的腐蝕而溶解在水中的Fe2+和繼續(xù)氧化形成的Fe3+在中性和堿性條件下水解生成的水合物具有很強的混凝沉淀作用，既能對污水中的物質(zhì)進行吸附混凝，直接沉淀去除，又能改善生物處理中活性污泥的SVI，提高其沉淀效果。
[0014](3)電化學(xué)富集作用。在催化鐵填料附近的區(qū)域，鐵與加入的其他金屬或內(nèi)部存在的雜質(zhì)之間形成小的原電池，在其周圍產(chǎn)生一個電場，許多廢水中均存在著穩(wěn)定的帶電膠體，當這些膠體處于電場下時，將產(chǎn)生電泳作用而被附集。
[0015](4)電子傳遞作用。鐵是生物氧化酶中細胞色素的重要組成部分，通過Fe2+、Fe3+之間的氧化還原反應(yīng)進行電子傳遞。微電解出水中新生態(tài)的鐵離子能參與這種電子傳遞，對生化反應(yīng)有促進作用，提高了廢水的可生化性。
[0016]本發(fā)明提供的泡沫催化鐵填料及其應(yīng)用方法，相比鐵碳法和催化鐵還原內(nèi)電解法無論在材料體積密度的控制、化學(xué)性質(zhì)的一致性，還是耦合反應(yīng)的傳質(zhì)、反應(yīng)活性的保持上均有顯著的優(yōu)勢。
【具體實施方式】
[0017]結(jié)合實施例說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0018]實施例1泡沫催化鐵填料與水解酸化耦合預(yù)處理難降解廢水。
[0019]構(gòu)建四個相同樣式的有效體積200 L的玻璃鋼材料的水解酸化池，第一個水解酸化池是常規(guī)的水解酸化池，第二個水解酸化池中投加泡沫催化鐵填料，第三個水解酸化池中投加鐵刨花為主的催化鐵內(nèi)電解材料，第四個水解酸化池中投加鐵碳內(nèi)電解材料。投加的填料質(zhì)量，以鐵重量計，均為100 kg，即合500 kg/m3。
[0020]使用的泡沫催化鐵材料為立方體形狀,邊長為20 cm,空隙率為83%,通孔率為0%、孔徑為5 mm,基體金屬鐵含碳量5%，通過不銹鋼網(wǎng)固定在水解酸化池的中間部位，水解酸化池內(nèi)部設(shè)置循環(huán)攪拌裝置。
[0021]水解酸化池進水均為工業(yè)園區(qū)難降解廢水，水力停留時間(HRT)為12 h，從正常運行的某污水處理廠接種水解酸化污泥，濃度設(shè)置為MLSS 5000 mg/L，厭氧條件下運行。運行8個周期后，出水穩(wěn)定，連續(xù)監(jiān)測三個周期的進出水水質(zhì)，取平均值。結(jié)果如表1所示。
[0022]可以看出，與其他幾個水解酸化池相比，使用泡沫催化鐵填料的水解酸化池出水的COD、TN和TP濃度最低，可生化性最高，具有最好的處理效果。
[0023]表1實施例1不同條件下的進出水水質(zhì)
【權(quán)利要求】
1.泡沫催化鐵填料，其特征在于:由基體金屬鐵和均勻分布的氣孔組成，外形為球形或方形；所述的氣孔包括通孔和閉孔，孔隙率為83-98%，通孔率為0-89%，氣孔孔徑為 體積密度為 850 - 1350 kg/m3 ； 其通孔率和孔隙率的關(guān)系符合以下公式: T (%) = [1- (1-C) Pm / Po] XlOO % ±5% 其中:T為通孔率；C為孔隙率；P m為基體金屬鐵的實心狀態(tài)時的密度，kg/m3 ; P C1為所處理的廢水的密度，kg/m3。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫催化鐵填料，其特征在于:所述的基體金屬鐵為純的鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫催化鐵填料，其特征在于:所述的基體金屬鐵為多金屬體系，由鐵表面鍍上鎳、銅或招任一種金屬后形成，鐵含量為90-95%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫催化鐵填料，其特征在于:所述的基體金屬鐵為合金，鐵含量為90-98%,還包括碳、鎳、銅或招任一種物質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項所述的泡沫催化鐵填料，其特征在于:所述的泡沫催化鐵填料的應(yīng)用方法為: 將泡沫催化鐵填料投置于生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，依據(jù)不同處理工藝使泡沫催化鐵填料固定或者懸浮在生物反應(yīng)處理單元內(nèi)，依據(jù)不同的水質(zhì)特點和處理要求控制其投加量，每立方米廢水投放含鐵100-500 kg的泡沫催化鐵填料，泡沫催化鐵填料與生物反應(yīng)處理單元形成耦合反應(yīng)池； 以生物反應(yīng)處理單元常規(guī)的運行參數(shù)運行，將反應(yīng)達標的清水排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的泡沫催化鐵填料，其特征在于:所述的生物反應(yīng)處理單元為利用活性污泥處理污水的反應(yīng)單元。
【文檔編號】B01J35/10GK103962138SQ201410207486
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】王子 申請人:宜興市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所