CN105776783B - 一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：1、Fenton铁泥于60~80℃经废酸或酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和滤渣；2、步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液；3、将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于含催化剂的紫外反应槽，Fe3+还原为Fe2+，回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。本发明不仅解决了Fenton氧化法铁泥处理难题，且实现了铁资源的循环利用，降低了废水及废弃物的成本，具有较好的经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化处理领域，具体涉及一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法。
背景技术
Fenton氧化法是水处理高级氧化技术中较为常见的方法，已广泛应用于多种领域难降解废水的处理，目前已发展的较成熟。该反应是利用Fe2+与H2O2反应，生成具有强氧化性的羟基自由基以实现有机物的降解。反应后体系中存在大量的Fe3+离子，需要通过调碱絮凝步骤来进行分离。因此，在工业化过程中，芬顿过程会产生大量的铁泥固废。铁泥中常含有较多的有机物，采用常规方法处理，可能会引起其它的环境污染问题。此外，铁泥中含有大量的Fe资源，直接排放会造成铁资源的严重浪费。
目前国内铁泥处理方法主要有：堆存、土地掩埋或送入钢铁厂回收。堆存是最简单的方法，但占用大量土地资源而且长期堆存后极易产生扬尘，污染大气；土地掩埋不仅占用土地，且若无良好的防渗措施，会污染地下水源、河流、山川及湖泊等，易产生二次污染；送入钢铁厂回收虽可减少土地占用，但由于铁泥粒度较小，易堵塞炼铁炉膛，使操作条件恶化，产品质量下降，回收利用困难。
膜蒸馏技术是是膜分离技术与蒸馏技术的有机结合，是以疏水性微孔膜两侧蒸汽压差为传质推动力的膜分离过程。与其它类型的膜技术不同之处在于膜是微孔膜；膜不能被所处理的液体浸润；膜孔内无毛细管冷凝现象发生；只有蒸汽能通过膜孔传质。膜蒸馏具有以下优点：①截留率高(若膜不被润湿，可达100％)；②操作温度比传统的蒸馏操作低得多，可有效利用地热、工业废水余热等廉价能源，降低能耗；③操作压力较其它膜分离低；④能够处理反渗透等不能处理的高浓度废水。
本发明针对Fenton铁泥二次污染问题，通过膜蒸馏技术及紫外光催化技术，实现Fenton氧化铁系中铁的循环利用。该发明不仅解决了铁泥处理的难题，且资源化循环利用铁泥中的铁资源。
发明内容
一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，Fenton氧化法处理废水得到的铁泥滤渣，于60～80℃经酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和滤渣；
步骤2，步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液；
步骤3，将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于含催化剂的紫外光反应槽，Fe3+还原为Fe2+，回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
作为优选，步骤1中酸选择废酸或硫酸，酸量以铁泥中铁含量为基准。其中，废酸能进一步降低处理成本。反应方程式如下：
2Fe(OH)3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+6H2O
膜蒸馏以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸汽压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸汽形式透过膜孔，实现不同料液组分的分离。根据冷凝方式的不同可分为直接接触式膜蒸馏(DCMD)、气隙式膜蒸馏(AGMD)、吹扫气膜蒸馏(SGMD)、真空膜蒸馏(VMD)。无论哪种形式的膜蒸馏，水或挥发性溶质均以气态形式透过膜，在膜的另一侧被冷凝或引出。膜在各种形式中有相同的作用，即阻止大分子的通过。且不像多级闪蒸那样存在夹带现象，因此离子、胶体、高分子等不挥发性物质在气态产品中几乎可以完全排除。
膜蒸馏的核心是疏水性微孔膜，膜材料须耐温，以保证膜在热溶液中稳定运行，作为优选，膜蒸馏体系膜材料选用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)。
为提高渗透通量，膜蒸馏所用的膜要求较高的孔隙率，同时为了避免渗漏，要求孔径分布均匀。作为优选，膜孔隙率为60～95％，孔径为0.1～1.0μm，膜厚为0.04～0.25mm。
紫外光催化技术是以催化剂作为光敏剂，在紫外光的作用下产生电子-空穴对，诱发一系列氧化—还原反应。其优势在于氧化还原在常温常压下即可进行，无二次污染，不仅能使部分难降解有机物完全矿化，同时能将溶液中Fe3+还原成Fe2+，且催化剂可回收重复利用。作为优选，步骤3中紫外灯功率≥150W。
均相催化剂因活性中心高度分散，因此比多相催化剂具有更高的催化活性，但均相催化剂不易与产物分离，容易流失，不易循环利用，易造成二次污染，似的均相催化在工业催化过程中仅占15％左右。为克服这一缺点，研究者提出了均相催化剂多相化策略，其中，均相催化剂固载化受到了广泛的重视。均相催化剂固载化是通过物理或化学的方法将催化剂与固体载体相结合，形成一类特殊的固体载体催化剂。固体载体催化剂便于与产物分离，简化产物的后处理及纯化操作，减少废液污染，且催化剂可回收利用，有效降低了废水处理成本。此外，固载催化剂稳定性较好，可长期保存，对设备腐蚀性小，且易于实现生产工艺连续化操作。作为优选，步骤3中催化剂选择负载型TiO2、WO3或MnO2中的一种或多种，载体选择碳纤维、聚合物纤维(PAN、PVA、PDFE)或织物中的一种。
与传统的Fenton铁泥处理工艺相比，本发明的优势在于：
1、不仅处理了Fenton铁泥，无外排固废，且实现了铁资源的循环利用，降低了废弃物处理成本，具有较好的经济价值。
2、该工艺方法设备简单，便于操作，易于实现产业化。
附图说明
图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明：
实施例1
一种TMNI生产废水，过程原料有二氯甲基噻唑、五氯甲基噻唑、硫酸羟胺、二甲基异脲硫酸盐、硫酸、硝酸、液碱，经测定COD约为29000mg/L，pH约为7。
1、Fenton氧化法处理上述废水得到的铁泥滤渣，于70℃经30％硫酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和极少量滤渣；
硫酸投加量以铁泥中含铁量为基准：2Fe(OH)3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+6H2O
2、步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液，其中膜蒸馏采用PTFE中空纤维膜，孔径为0.4μm，孔隙率在80％以上。
3、将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于紫外光反应槽，并添加PDFE负载WO3作为催化剂，紫外灯功率为300w，将Fe3+还原为Fe2+(采用KSCN溶液鉴定Fe3+是否还原完全)，还原完全后Fe2+回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
实施例2
一股氨化母液，主要成分为NH4、H2O、NH4Cl、2,4-二硝基苯胺、氯代二硝基苯胺化合物等，COD约为2000mg/L，pH约为9。
1、Fenton氧化法处理上述废水得到的铁泥滤渣，于70℃经废酸(测定酸度)完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和极少量滤渣；
废酸投加量以铁泥中含铁量为基准：2Fe(OH)3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+6H2O
2、步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液，其中膜蒸馏采用PTFE中空纤维膜，孔径为0.4μm，孔隙率在80％以上。
3、将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于紫外光反应槽，并添加PDFE负载TiO2作为催化剂，紫外灯功率为300w，将Fe3+还原为Fe2+(采用KSCN溶液鉴定Fe3+是否还原完全)，还原完全后Fe2+回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
实施例3
一种邻苯二胺废水，主要含氯化铵、邻硝基苯胺、少量邻硝基氯苯及其它有机杂质，经测定COD约7500mg/L，pH约为9。
1、Fenton氧化法处理上述废水得到的铁泥滤渣，于70℃经20％硫酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和极少量滤渣；
硫酸投加量以铁泥中含铁量为基准：2Fe(OH)3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+6H2O
2、步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液，其中膜蒸馏采用PTFE中空纤维膜，孔径为0.4μm，孔隙率在80％以上。
3、将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于紫外光反应槽，并添加PDFE负载TiO2作为催化剂，紫外灯功率为300w，将Fe3+还原为Fe2+(采用KSCN溶液鉴定Fe3+是否还原完全)，还原完全后Fe2+回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
实施例4
一种糖精酸性废水，主要成分有不溶性糖精、邻磺酰胺苯甲酸、邻氯苯甲酸、甲醇等，COD约为20000mg/L，pH约为1。
1、Fenton氧化法处理上述废水得到的铁泥滤渣，于70℃经40％硫酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和极少量滤渣；
硫酸投加量以铁泥中含铁量为基准：2Fe(OH)3+3H2SO4→Fe2(SO4)3+6H2O
2、步骤1得到的Fe 3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液，其中膜蒸馏采用PTFE中空纤维膜，孔径为0.4μm，孔隙率在80％以上。
3、将步骤2得到的Fe 3+浓缩液置于紫外光反应槽，并添加PDFE负载TiO2作为催化剂，紫外灯功率为300w，将Fe3+还原为Fe2+(采用KSCN溶液鉴定Fe3+是否还原完全)，还原完全后Fe2+回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
Claims (7)
1.一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，Fenton氧化法处理废水得到的铁泥滤渣，于60～80℃经酸完全溶解后，过滤分离得Fe3+溶液和滤渣；
步骤2，步骤1得到的Fe3+溶液经膜蒸馏体系处理，得清水及Fe3+浓缩液；
步骤3，将步骤2得到的Fe3+浓缩液置于含催化剂的紫外反应槽，Fe3+还原为Fe2+，Fe2+溶液回用于废水Fenton氧化过程，形成铁泥的体系自循环。
2.如权利要求1所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，步骤1中酸选择废酸，酸量以铁泥中铁含量为基准。
3.如权利要求1所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，步骤1中酸选择10-40％硫酸，酸量以铁泥中铁含量为基准。
4.如权利要求1所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，步骤2中膜蒸馏体系的膜材料选用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)，膜孔隙率为60～95％，孔径为0.1～1.0μm，膜厚为0.04～0.25mm。
5.如权利要求1所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，步骤3中紫外反应槽的紫外灯功率≥150w。
6.如权利要求1所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，步骤3中催化剂选择负载型TiO2、WO3及MnO2中的一种或多种，载体选择碳纤维或聚合物纤维。
7.如权利要求6所述的一种膜法循环利用Fenton铁泥的方法，其特征在于，所述聚合物纤维为PAN、PVA或PDFE。
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