申请日2009.12.21
公开(公告)日2010.06.09
IPC分类号C02F1/461; C02F1/52; C02F103/30; C02F1/28; C02F1/70
摘要
本发明为一种水处理药剂及其制备方法，将含碳原料与含氧化铁原料以适当比例配合均匀，配合物混和粉碎后置于高温炉内，在还原或弱还原环境下于1000～1200摄氏度下焙烧10～30分钟，冷却后粉碎至粒径≤0.5mm，加入0～10%絮凝剂。本发明可用于印染、电镀、制药、表面活性剂等高COD、难降解、有毒有害污染物以及色度较高工业废水的处理，具有处理速度快，定量投加，处理效率高且稳定的特点。
权利要求书
1.一种基于内电解原理的新型水处理药剂，所说的药剂中含有直接还原铁及活性炭，其特征是，所说的药剂的成分以重量%计为：直接还原铁60～90，余量为与直接还原铁紧密结合的活性炭及少量杂质，所说的药剂的形态为颗粒状或粉末状，其粒度≤0.5mm。
2.根据权利要求1的药剂，其特征是可以添加0～10重量%的絮凝剂，所述的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的任意一种。
3.权利要求1和2的药剂的制备方法，其特征是，制备工序如下：
A、按照碳和氧化铁重量比为1/9～2/3的比例将含碳原料和含铁原料混合均匀;
B、混和物粉碎至120目以下;
C、将B工序制得的、烘箱中烘干后的混合物料置于高温炉内，在还原环境下于1000～1200℃下焙烧10～30分钟，冷却后粉碎至粒径≤0.5mm，制得颗粒状或粉末状药剂;
D、加入0～10重量%絮凝剂，制成基于内电解原理的新型水处理药剂成品。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是所使用的含碳原料为含碳量大于70%的煤、焦炭或其组合，当煤和焦炭组合时，二者之间的比例是任意的;所使用的含铁原料为含铁量大于60%的铁精矿、铁泥、钢渣中的1～3种，当使用铁精矿、铁泥、钢渣中的2～3种组合时，其组合物之间的比例是任意的。
说明书
一种基于内电解原理的新型水处理药剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水处理药剂及其制备方法，特别涉及环境保护及冶金制品技术领域。
背景技术
20世纪70年代前苏联的科学工作者把铸铁屑用于印染废水的处理中，近些年来铁炭内电解处理废水工艺不断改进，应用广泛。该方法利用铁和碳组分构成微小原电池，以废水为电解质溶液，以电化学反应为主并集合氧化还原、吸附、絮凝、置换等多种作用，来处理工业废水。
将铁和碳浸没在废水中时，如果废水有较强的酸性的话，还原铁会和酸反应生成Fe2+，在弱酸或中性条件下由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。其中电位低的铁成为阳极，电位高的碳成为阴极，发生电化学反应，其反应过程如下：
阳极(Fe)：Fe-2e→Fe2+，
阴极(C)：2H++2e→2[H]→H2，有机难降解污染物+ne→易降解有机物，重金属离子+ne→重金属单质
铁还可以直接置换活性较低的重金属离子，如：
Fe+Cu2+→Cu+Fe2+
若水中有氧存在，还可以发生如下反应：
O2+4H++4e→2H2O;
O2+2H2O+4e→4OH-;
2Fe2++O2+4H+→2H2O+Fe3+。
从反应中看出，产生的初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性，能改变废水中许多有机物的结构和特性，使有机物发生断链、开环等作用。
反应中铁耗H+以及内电解反应生成的OH-是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe(OH)3胶体絮凝物，可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，从而增强对废水的净化效果。
铁碳内电解法具有使用范围广、工艺简单、处理效果好等特点，尤其对于印染、电镀、制药、表面活性剂等高COD、难降解、有毒有害污染物以及色度较高的工业废水的处理较其他工艺具有更加明显的优势。难生物降解的废水经铁碳内电解工艺处理后BOD/COD大大提高，有利于后续生物处理效果的提高。但是目前铁碳内电解工艺存在一些缺点：
1、铁碳颗粒大、接触不充分，反应时间长;
2、铁碳表面钝化及板结问题;
3、流化曝气铁碳工艺的动力消耗、工艺控制、铁碳流失等问题
中国专利CN101318726A公开了“一种铁炭填料”，它利用单质石墨化游离态炭分散到铁质中增强内电解效果。中国专利CN1167627C公开了一种“催化铁内电解处理难降解废水的方法”，它以铜铁按一定比例混合，并加入表面活性剂改性的沸石，作成滤料，对废水进行处理。可以看到相关内电解工艺或材料有所改进，处理效果得到加强，但均存在滤料易板结，易流失，内电解电极结合性差等问题。可见基于铁碳内电解原理处理废水的研究仍没有彻底解决投加定量化，板结，活性低等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种基于铁碳内电解原理的颗粒状或粉末状水处理药剂及其制备方法，其特点是处理速度快，定量投加，处理效率高且稳定。
本发明药剂中含有铁，其特征是：所说的药剂的成分以重量%计为：直接还原铁60～90，余量为与直接还原铁紧密结合的活性炭及少量杂质，所说的药剂的形态为颗粒状或粉末状，其粒度≤0.5mm。
本发明还可以添加0～10重量%的絮凝剂，所说的絮凝剂是聚合氯化铝、聚丙烯酰胺中的任意一种。
本发明药剂的制备方法，其特征是，制备工序如下：
A、按照碳和氧化铁重量比为1/9～2/3的比例将含碳原料和含铁原料混合均匀;
B、混和物粉碎至120目以下;
C、将B工序制得的、烘箱中烘干后的混合物料置于高温炉内，在还原环境下于1000～1200℃下焙烧10～30分钟，冷却后粉碎至粒径≤0.5mm，制得颗粒状或粉末状药剂;
D、加入0～10重量%絮凝剂，制成基于内电解原理的新型水处理药剂成品。
上述制备方法中所使用的含碳原料为含碳量大于70%的煤、焦炭或其组合，当煤和焦炭组合时，二者之间的比例是任意的;所使用的含铁原料为含氧化铁量大于60%的铁精矿、铁泥、钢渣中的1～3种，当使用铁精矿、铁泥、钢渣中的2～3种组合时，其组合物之间的比例是任意的。
和现有技术相比，本发明有如下优点或积极效果：
1、单质铁为直接还原铁，比表面积大，吸附去除效果好;
2、碳与铁结合均匀紧密，内电解作用强而完全，可适用于中性和弱碱性条件废水;
3、反应迅速，可定量投加，不板结，生产渣量少。
具体实施方式
下面用实施例对本发明作进一步说明。本发明用以含碳量较高、含氧化铁较高物料为原料，在还原环境下高温焙烧制取海锦铁碳，再添加少量絮凝剂，构成这一新型水处理药剂。
实施例1.
本发明水处理药剂制备方法如下：
原料：低硫煤(含碳72%)，铁精矿(含氧化铁68%)，聚合氯化铝。低硫煤和铁精矿按重量比0.15配合。
制备：将上述低硫煤和铁精矿混合均匀，粉碎至120目以下，烘干后放入高温炉内于1100℃下焙烧10钟，冷却后粉碎到直径0.5mm以下，加入2%聚丙烯酰胺，即制得所说的水处理药剂。
经测试，上述制备品中铁的金属化率为82.6%，含还原铁88重量%，比表面积为490m2/g。
实施例2.
原料：低硫煤(含碳78.8%)，化工铁泥(含氧化铁81%)，聚合氯化铝。
重量比：低硫煤和铁精矿按0.20/1配合。
制备：将配合原料粉碎至120目以下，烘干后放入高温炉内于1030℃下焙烧22分钟，冷却后粉碎到直径0.5mm以下，加入10%聚合氯化铝。
经测试，上述制备品中铁的金属化率为83.5%，含还原铁69重量%，比表面积为590m2/g。
实施例3.
原料：焦炭(含碳84.6%)，钢渣与铁精矿混合物(含氧化铁91%)，聚合氯化铝。
重量比：低硫煤和铁精矿按0.30/1配合。
制作：将配合原料粉碎至120目以下，烘干后放入高温炉内于1180℃下焙烧30分钟，冷却后粉碎到直径0.3mm以下，加入5%聚合氯化铝。
经测试，上述制备品中铁的金属化率为87.2%，含还原铁81重量%，比表面积为620m2/g。
实施例4.
原料：焦炭与煤质量比1∶1混合物(含碳84.6%)，铁泥与钢渣混合物(含氧化铁65%)。
重量比：低硫煤和铁精矿按0.35/1配合。
制作：将配合原料粉碎至120目以下，烘干后放入高温炉内于1200℃下焙烧30分钟，冷却后粉碎到直径0.3mm以下，不加絮凝剂。
经测试，上述制备品中铁的金属化率为80.3%，含还原铁72重量%，比表面积为620m2/g。
实施例5
原料：焦炭(含碳86%)，铁精矿、铁泥、和钢渣混合物(含氧化铁82%)。
重量比：低硫煤和铁精矿按0.32/1配合。
制作：将配合原料粉碎至120目以下，烘干后放入高温炉内于1110℃下焙烧20分钟，冷却后粉碎到直径0.3mm以下，不加絮凝剂。
经测试，上述制备品中铁的金属化率为86.3%，含还原铁80重量%，比表面积为610m2/g。
通过实施例废水处理实验表明，本发明在搅拌曝气条件相对于普通铁碳床工艺在同等条件下对COD、重金属离子平均去除率可提高55%;同样效果下去除时间缩减一半左右;平均出水BOD/COD值提高20%。并且在中性和弱碱性条件下效果明显。