申请日2009.11.19
公开(公告)日2012.05.16
IPC分类号C02F9/06; C02F1/72; C02F1/461
摘要
本发明涉及一种污水处理方法，具体涉及高炉重矿渣和高炉瓦斯灰的综合利用。其特征在于：利用高炉重矿渣和高炉瓦斯灰组成新型铁炭微电解-芬顿(Fenton)试剂氧化处理污水中的有机物，然后利用曝气高效地去除污水中因铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理而生成的悬浮性有机物和胶体，从而脱除污水中的污染物和溶解性的难生物降解的有机物。该方法不仅降低了处理污水的生产成本，同时又使高炉重矿渣和高炉瓦斯灰得到了综合利用，既环保又经济，具有较大的应用发展前景。
权利要求书
1.一种污水处理方法，它包括高炉重矿渣和高炉瓦斯灰的综合利用，其特征在于：以高炉重矿渣、焦 炭和高炉瓦斯灰组成处理pH<3或酸析污水的微电解反应的垫层、处理层，微电解反应为芬顿试剂氧化处 理污水提供了廉价的Fe2+，再进行芬顿试剂氧化反应。
2.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于：以粒径10-30mm高炉重矿渣作垫层，垫层高 小于200mm防止处理层物料流失，帮助均匀分配污水;垫层上方以粒径5-10mm焦炭、高炉瓦斯灰按体积 比焦炭层∶高炉瓦斯灰层=2∶3组成微电解处理层，处理层高500mm，根据污水污染物浓度自下而上依次 轮回相互交叠增加微电解处理层的层数，填入微电解池塔中，所述的pH<3或酸析污水由高炉重矿渣垫层 下方入，由焦炭层、高炉瓦斯灰层组成的微电解处理层上方出，微电解池塔底部设曝气装置，污水在微电 解池塔中流动1-2小时后，按气∶水=(5-10)∶1，曝气10-30分钟流入芬顿试剂氧化池塔中。
3.根据权利要求1所述的污水处理方法，其特征在于：微电解反应为芬顿试剂氧化处理污水提供了 廉价的Fe2+;芬顿试剂中双氧水与待处理污水中COD质量比为(0.2-1.2)∶1，芬顿试剂氧化反应2-4 小时，调pH为7-9，按气∶水=(5-15)∶1，曝气30分钟-2小时使Fe2+转化为Fe3+，使芬顿试剂反 应产生的粘附在絮体上O2和CO2气体吹脱掉，生成Fe(OH)3胶体聚凝剂，而絮凝沉淀下来。
说明书
铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理污水 的方法
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法，具体涉及高炉重矿渣和高炉瓦斯灰的综合利用。利用高炉重矿渣 和高炉瓦斯灰组成铁炭微电解-芬顿(Fenton)试剂氧化处理污水中的有机物，然后利用曝气高效地去除 污水中因铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理而生成的悬浮性有机物和胶体，从而脱除污水中的污染物和溶解 性的难生物降解的有机物。
技术背景
微电解法又称内电解法、零价铁法、铁炭法，是被广泛研究与应用的一种污水处理方法.当前用于 污水处理的Fe/C微电解柱(塔)所装填料大都以未改性的主铁屑和活性炭混合为主，这种Fe/C微电解填 料运行成本较高。
芬顿试剂常用的催化氧化剂，它是由亚铁盐和双氧水组成，当pH值小于3时，在亚铁离子的催化 作用下，双氧水会分解产生(OH)，从而引发一系列的链反应。芬顿试剂产生自由基氧化机理如下：
Fe2++H2O2→Fe3++(OH)+OH- (1)
Fe2++(OH)→Fe3++OH- (2)
Fe3++H2O2→Fe2++(HO2)+H+ (3)
(HO2)+H2O2→O2+H2O+(OH) (4)
RH+(OH)→(R)+H2O (5)
(R)+Fe3+→R++Fe2+ (6)
R++O2→ROO+→…→CO2+H2O (7)
上述反应中Fe2+起催化剂的作用，它与H2O2之间的反应很快，生成氧化能力很强的(OH)自由基。 有Fe3+共存时，由于Fe3+与H2O2缓慢的生成Fe2+，接着Fe2+与H2O2迅速反应，生成(OH)。(OH)与有机 物RH反应生成自由基(R)，(R)进一步氧化使有机物碳链发生断裂，氧化为CO2和H2O，从而降解污染 物。
此外，芬顿试剂中的Fe2+还可在一定的PH下，发生一下反应：
Fe2++H2O+O2+OH-→Fe(OH)3 (8)
在一定的酸度条件下，Fe(OH)3以胶体形体存在，具有絮凝、吸附性能，可去除水中部分胶体。
现有的芬顿试剂处理污水方法，都是先在pH为2-4条件下氧化污水中的有机污染物，然后再把 pH值调到中性条件，利用Fe(OH)3将悬浮物去除。但由于反应中残留大量不同价位的铁离子羟基络合物， 导致芬顿试剂反应的絮体较轻，沉淀时间较长。同时，芬顿试剂反应产生的O2和CO2气体，特别是在用 芬顿试剂处理较高浓度污水时，往往产气现象比较明显，气体粘附在絮体上，使絮体不易沉淀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用高炉重矿渣和高炉瓦斯灰组成铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理污 水的方法，同时又实现高炉炼铁产生的固体废物——高炉重矿渣和高炉瓦斯灰的综合利用。
本发明的技术方案是这样实现的：
它包括高炉重矿渣和高炉瓦斯灰的综合利用，其特征在于：以粒径10-30mm高炉重矿渣作垫层， 垫层高小于200mm防止处理层物料流失，帮助均匀分配污水;垫层上方以粒径5-10mm焦炭、高炉瓦斯灰 组成微电解处理层装入微电解池塔中。所述的处理层由焦炭层、高炉瓦斯灰层按体积比焦炭层∶高炉瓦斯 灰层=2∶3处理层高500mm，自下而上依次轮回相互交叠组成，填入微电解池塔中。所述的PH<3或酸析的 污水由高炉重矿渣垫层下方入，由焦炭层、高炉瓦斯灰层组成的微电解处理层上方出。微电解池塔底部设 曝气装置。污水在微电解池塔中流动1-2小时后，按气∶水=(5-10)∶1，曝气10-30分钟流入芬顿试 剂氧化池塔中。即提高了处理层处理污水的效率，又克服了使用未改性的主铁屑和焦炭混合填料表面会形 成钝化膜，同时填料易结块，从而阻碍填料与污水有效接触，使微电解柱内部污水流态恶化，导致处理效 果降低的问题。可以根据污水污染物浓度增加微电解处理层的层数，即可达到处理污水的目的。微电解反 应为芬顿试剂氧化处理污水提供了廉价的Fe2+;铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理污水的有机结合提高了污 水处理效率，降低了H2O2的消耗量;芬顿试剂中双氧水与待处理污水中COD质量比为(0.2-1.2)∶1。 芬顿试剂氧化反应2-4小时。调pH为7-9，按气∶水=(5-15)∶1，曝气30分钟-2小时使Fe2+转化 为Fe3+，使芬顿试剂反应产生的粘附在絮体上O2和CO2气体吹脱掉，生成Fe(OH)3胶体聚凝剂，而絮凝沉 淀下来.实现铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理污水的目的。
与现有技术相比本发明具有以下显著效果：
1、高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400-1600℃时，炉料熔融，矿石中 的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的 熔渣。高炉渣中主要成分为CaO、SiO2、Al2O3。据统计，每生产1吨铁约排出300-600kg的炉渣。目前高 炉渣主要用于公路建设、建材、水泥等方面，但利用率较低。对高炉炉渣的综合利用，越来越受到各方面 的关注。用高炉渣处理废水，是一种经济而有效的方法，而且符合以废治废的原则，具有非常现实的意义。
2、高炉重矿渣是指冶炼生铁时，所产生的高炉渣自然冷却所形成的熔岩状物质。带有微孔，用 于处理污水具有截流、吸附去除污水中颗粒较大的悬浮物的功能。
3、高炉瓦斯灰是高炉炼铁过程中随高炉煤气一起排出的烟尘，经干法除尘收集之后统称为瓦斯 灰，呈灰色粉末状。由于高炉炼铁过程中使用的铁矿石、焦炭、石灰石、白云石以及萤石等原料经过高炉 内部炉膛不同温度区域十分复杂的氧化-还原等物理化学变化，其排放出来的烟尘中含有多种元素自由态 和结合态的复合物。其主要化学成分以Fe(46%)、C(20%)为主，并含FeO(6%)、SiO2(3.72%)、 Al2O3(1.97%)及少量的MgO等。
4、焦炭和高炉瓦斯灰组成的微电解处理层在pH值小于3或酸析的污水中，金属铁和碳化铁(碳 化铁是高温下形成的间隙化合物，碳-铁之间有很强的结合力，性能坚硬而脆。)的电极电位比用铁 屑组成微电解处理层低会快速形成无数个腐蚀电池，在金属铁和碳化铁的表面就有电流在成千上万个细小 电池内流动，铁被腐蚀消耗。还能构成无数的微型电解电极，其中，碳的电位高，成为阳极;铁的电位低， 成为阴极。
腐蚀电池与电解电极在酸性污水中构成无数的微型电解回路。
5、焦炭和高炉瓦斯灰组成的污水处理层能产生微电解等絮凝过滤，有效吸附悬浮物及胶体，利 用Fe2+→Fe3+氧化还原反应，对有机物降解，同时，加大微电解的电位差，促进电极反应，有效破坏污水 中污染物的结构链，提高COD、NH3-N去除率和脱色效果，所产生的Fe2+与Fe3+、AL3+正好是后续工序的 絮凝剂。高炉重矿渣中主要成分为CaO、SiO2有助于后续工序的碱性絮凝。
6、焦炭和高炉瓦斯灰组成的污水处理层微电解反应为芬顿试剂氧化处理污水提供了廉价的Fe2+; 铁炭微电解-芬顿试剂氧化处理污水的有机结合提高了污水处理效率，降低了H2O2的消耗量;芬顿试剂中 双氧水与待处理污水中COD质量比为(0.2-1.2)∶1。芬顿试剂氧化反应2-4小时。
7、为了使体系中Fe2+全部转化为Fe3+，以便进一步增强Fe3+及其水合物的吸附——絮凝活性，加 NaOH或Ca(OH)2调pH值为7——9后，按气∶水=(5-15)∶1，曝气30分钟-2小时使Fe2+转化为Fe3+(溶 液颜色由蓝变黄棕色即可)，使芬顿试剂反应产生的粘附在絮体上O2和CO2气体吹脱掉，生成Fe(OH)3胶 体聚凝剂，它的吸附能力高于一般的Fe(OH)3聚凝剂，能大量吸附污水中分散的微小颗粒、金属离子及有 机大分子，而絮凝沉淀下来.