一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明是關于廢水處理及城市與工業(yè)污泥處理的，尤其涉及一種采用污水厭氧消 化污泥和鋼鐵酸洗廢水污泥制備廢水處理用的納米鐵的方法，該納米鐵可以同時去除水中 染料和多種重金屬。
【背景技術】
[0002] 城市污泥是城市生活污水、工業(yè)廢水處理過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，是城市污水 處理廠的經(jīng)常性產(chǎn)物。城市污泥中含水率高，有寄生蟲卵及病原微生物等，如不加以妥善處 理，任意排放，將對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的二次污染。
[0003] 城市污水污泥常規(guī)的處理與處置方式主要有：污泥堆肥、污泥消化、污泥填埋、污 泥焚燒及污泥填海等。
[0004] 歐美等發(fā)達國家在污水處理廠的建設中，城市污泥處理、處置的投資占總投資的 50-70%，而我國只有20-50%。隨著我國城市化進程的加快及對環(huán)境保護的日益重視，城市 污水處理廠的數(shù)量迅速增加，導致污水污泥的產(chǎn)量劇增。據(jù)估算，目前我國城市污水處理廠 每年排放的污泥量（干重）大約為130萬噸，而且年增長率大于10%，特別是在我國城市化 水平較高的幾個城市與地區(qū)，污水污泥出路問題已經(jīng)十分突出。
[0005] 在鋼鐵和鋼鐵制品廠中酸洗鋼鐵而產(chǎn)生大量的酸洗廢水。為了保護環(huán)境、節(jié)約及 合理利用資源，國內(nèi)外學者對酸洗廢水處理進行了一些研宄，主要是采用直接焙燒法、酸鹽 分離法及氧化中和法等回收酸洗廢水中鐵資源。
[0006] 目前，一些鋼鐵企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的處理方法，即一般采用石灰、電石渣或氫氧化鈣 對其進行中和處理，同時產(chǎn)生大量的污泥，而且所產(chǎn)生的污泥再處理比較困難，占用大量的 土地，并造成二次污染和資源的浪費。隨著我國鋼鐵產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，酸洗廢水的數(shù)量迅 速增加，酸洗廢水污泥的出路問題已經(jīng)十分突出。
[0007] 化學合成的納米鐵粒徑小，比表面積大，可吸附污染物并將其還原，已被廣泛用于 地下水和土壤污染的原位修復，其修復性能優(yōu)越，但是由于納米鐵的比表面積大，極易團 聚，而且其中起還原作用的零價鐵在環(huán)境中易被氧化，影響其修復污染的穩(wěn)定性。另外，化 學合成納米鐵要使用大量的化學試劑，成本很高。因此，研發(fā)具有抗團聚和抗氧化的低成本 納米鐵成為發(fā)展納米鐵材料的新方向。
[0008] 由于城市污泥中厭氧消化還含有豐富的蛋白質(zhì)、低聚糖等有機物，有機物的濃度 一般為60-70%，本發(fā)明人在前期的研宄發(fā)現(xiàn)通過化學法可以提取鋼鐵酸洗廢水污泥中的 鐵鹽。因此，將厭氧消化污泥中的蛋白質(zhì)、低聚糖等有機物轉化為還原性糖，用以還原鋼鐵 酸洗廢水污泥中的鐵鹽，可制備含有零價鐵的納米鐵，這種納米鐵能由于還原性糖上的羥 基等基團與納米鐵結合，使得納米鐵顆?；ハ嗯懦舛灰讏F聚，又可減少納米鐵與環(huán)境中 的氧反應的幾率，起到很好的屏蔽效果，提高納米鐵的抗團聚和抗氧化。而且用固體廢物污 水污泥和鋼鐵酸洗廢水污泥為原料，可以降低納米鐵的制造成本，并將其用于同時去除廢 水中染料和多種重金屬，達到以廢治廢的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有納米鐵，容易聚集、抗氧化性較差及制造成本高的不足， 本發(fā)明首次提取厭氧消化污泥中有機物，將其作為還原劑還原從鋼鐵酸洗廢水污泥中提取 的鐵鹽制備納米鐵，以實現(xiàn)對廢水中染料和多種重金屬的去除。
[0010] 本發(fā)明通過下述技術方案予以實現(xiàn)。
[0011] -種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，具有如下步驟：
[0012] ①提取厭氧消化污泥中有機物
[0013] 將含水率為40%的厭氧消化干污泥粉碎、研磨為粒徑1mm的顆粒，置于去離子水 中，干污泥與去離子水的質(zhì)量比為1 :25,再于60~100°C下水浴加熱3~6h，過濾，保留濾 液；
[0014] 將濾后殘渣重復上述水浴加熱2次，將所有濾液混合，加入3mol/L的氫氧化鈉溶 液，調(diào)節(jié)pH值為8. 5,得到有機物溶液，于真空干燥器中冷卻，備用；
[0015] ②還原提取的有機物
[0016] 將步驟①中提取的有機物溶液中加入2mol/L的稀硫酸，有機物溶液與2mol/L的 稀硫酸的容量比為〇. 1~〇. 5:1，在50°C下水浴加熱30min~2h，再用3mol/L的氫氧化鈉 溶液調(diào)節(jié)pH值為9,得到還原的有機物溶液，置于真空冰箱中4°C保存；
[0017] ③提取鋼鐵酸洗廢水污泥中的鐵鹽
[0018] 將鋼鐵酸洗廢水污泥于105°C烘干12h，得到干化的鋼鐵酸洗廢水污泥，研磨，過 100目篩；再將干化、過篩后的鋼鐵酸洗廢水污泥浸入濃度為3mol/L的鹽酸中，干化的鋼鐵 酸洗廢水污泥與鹽酸的質(zhì)量比為〇. 5~5: 1，常溫浸漬60min，過濾分離，得到鐵鹽的酸浸濾 液；
[0019] ④制備納米鐵
[0020] 在密閉容器中將步驟②中還原的有機物溶液與步驟③中鐵鹽的酸浸濾液混合，有 機物溶液與鐵鹽的酸浸濾液的容量比為1. 3~15:1，攪拌15min，得到黑色沉淀即為納米 鐵，抽濾，再用90%乙醇迅速洗滌沉淀3次，將沉淀轉入抽真空容器中，得到納米鐵。
[0021] 所述步驟①的水浴溫度為80°C，水浴加熱4h。
[0022] 所述步驟②的有機物溶液與2mol/L的稀硫酸的容量比為0. 2:1，水浴加熱lh。
[0023] 所述步驟③干化的鋼鐵酸洗廢水污泥與3mol/L鹽酸的質(zhì)量比為2. 5 :1。
[0024] 所述將步驟②中還原的有機物溶液與步驟③中酸浸濾液混合，有機物溶液與鐵鹽 的酸浸濾液的容量比為5 :1。
[0025] 本發(fā)明的有益效果：首次采用污水厭氧消化污泥和鋼鐵酸洗廢水污泥制備納米 鐵，并將其用于水中染料和多種重金屬的去除。本發(fā)明廢水中重金屬的去除率達86~ 92%，COD的去除率為85%，廢水中色度的去除率為97. 65%。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0027] 本發(fā)明原料所用的污水污泥來自污水處理廠。
[0028] 實施例1
[0029] ①提取厭氧消化污泥中有機物
[0030] 將含水率為40%的厭氧消化干污泥粉碎、研磨為粒徑1mm的顆粒，置于去離子水 中，干污泥與去離子水的質(zhì)量比為1 :25,再于60°C下水浴加熱6h，過濾，保留濾液；
[0031] 將濾后殘渣重復上述水浴加熱2次，將所有濾液混合，加入3mol/L的氫氧化鈉溶 液，調(diào)節(jié)pH值為8. 5,得到有機物溶液，于真空干燥器中冷卻，備用；
[0032] ②還原提取的有機物
[0033] 將步驟①中提取的有機物溶液中加入2mol/L的稀硫酸，有機物溶液與2mol/L的 稀硫酸的容量比為〇. 1: 1，在50°C下水浴加熱2h，再用3mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為 9,得到還原的有機物溶液，置于真空冰箱中4°C保存；
[0034] ③提取鋼鐵酸洗廢水污泥中的鐵鹽
[0035] 將鋼鐵酸洗廢水污泥于105°C烘干12h，得到干化的鋼鐵酸洗廢水污泥，研磨，過 100目篩；再將干化、過篩后的鋼鐵酸洗廢水污泥浸入濃度為3mol/L的鹽酸中，干化的鋼鐵 酸洗廢水污泥與鹽酸的質(zhì)量比為〇. 5 :1，常溫浸漬60min，過濾分離，得到鐵鹽的酸浸濾液；
[0036] ④制備納米鐵
[0037] 在密閉容器中將步驟②中還原的有機物溶液與步驟③中鐵鹽的酸浸濾液混合，有 機物溶液與鐵鹽的酸浸濾液的容量比為1. 3:1，攪拌15min，得到黑色沉淀即為納米鐵，抽 濾，再用90%乙醇迅速洗滌沉淀3次，將沉淀轉入抽真空容器中，得到納米鐵。
[0038] 實施例1的廢水中染料和重金屬去除效果的檢測：
[0039] 分別配制亞甲基藍濃度為（20mg/L)與幾種重金屬Cu2+(濃度為15mg/L)、Zn2+(濃 度為40mg/L)、Pb2+ (濃度為40mg/L)和Cd2+ (濃度為40mg/L)的模擬混合廢水，調(diào)節(jié)其pH值 為中性，再向其中各加入〇. 5g納米鐵，室溫下振蕩lh，過濾，用原子吸收光譜儀測定廢水中 重金屬離子的濃度，采用重鉻酸鉀法測定廢水的COD，用色度儀測試廢水中色度。
【主權項】
1. 一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，具有如下步驟： ① 提取厭氧消化污泥中有機物 將含水率為40%的厭氧消化干污泥粉碎、研磨為粒徑1_的顆粒，置于去離子水中，干 污泥與去離子水的質(zhì)量比為1 :25,再于60~100°C下水浴加熱3~6h，過濾，保留濾液； 將濾后殘渣重復上述水浴加熱2次，將所有濾液混合，加入3mol/L的氫氧化鈉溶液，調(diào) 節(jié)pH值為8. 5,得到有機物溶液，于真空干燥器中冷卻，備用； ② 還原提取的有機物 將步驟①中提取的有機物溶液中加入2mol/L的稀硫酸，有機物溶液與2mol/L的稀硫 酸的容量比為〇. 1~〇. 5:1，在50°C下水浴加熱30min~2h，再用3mol/L的氫氧化鈉溶液 調(diào)節(jié)pH值為9,得到還原的有機物溶液，置于真空冰箱中4°C保存； ③ 提取鋼鐵酸洗廢水污泥中的鐵鹽 將鋼鐵酸洗廢水污泥于l〇5°C烘干12h，得到干化的鋼鐵酸洗廢水污泥，研磨，過100目 篩；再將干化、過篩后的鋼鐵酸洗廢水污泥浸入濃度為3mol/L的鹽酸中，干化的鋼鐵酸洗 廢水污泥與鹽酸的質(zhì)量比為0. 5~5:1，常溫浸漬60min，過濾分離，得到鐵鹽的酸浸濾液。 ④ 制備納米鐵 在密閉容器中將步驟②中還原的有機物溶液與步驟③中鐵鹽的酸浸濾液混合，有機物 溶液與鐵鹽的酸浸濾液的容量比為1. 3~15:1，攪拌15min，得到黑色沉淀即為納米鐵，抽 濾，再用90%乙醇迅速洗滌沉淀3次，將沉淀轉入抽真空容器中，得到納米鐵。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，其特征在于，所述 步驟①的水浴溫度為80 °C，水浴加熱4h。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，其特征在于，所述 步驟②的有機物溶液與2mol/L的稀硫酸的容量比為0. 2:1，水浴加熱lh。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，其特征在于，所述 步驟③干化的鋼鐵酸洗廢水污泥與3mol/L鹽酸的質(zhì)量比為2. 5 :1。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，其特征在于，所述 將步驟②中還原的有機物溶液與步驟③中酸浸濾液混合，有機物溶液與鐵鹽的酸浸濾液的 容量比為5 :1。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于廢水處理的納米鐵的制備方法，首先將含水的厭氧消化干污泥粉碎、研磨，置于去離子水中，水浴加熱并重復3次，將所有濾液混合，調(diào)節(jié)pH值為8.5，得到有機物溶液；再按0.1～0.5:1的容量比加入稀硫酸，水浴加熱后調(diào)節(jié)pH值為9，得到還原的有機物溶液；再由鋼鐵酸洗廢水污泥中得到鐵鹽的酸浸濾液；最后將還原的有機物溶液與鐵鹽的酸浸濾液按1.3～15:1的容量比混合，攪拌后抽濾，洗滌，將沉淀轉入抽真空容器，得到納米鐵。本發(fā)明用于水中染料和多種重金屬的去除，重金屬的去除率為86～92％，COD的去除率為85％，廢水中色度的去除率為97.65％。
【IPC分類】C02F1-28, C02F1-70, C02F101-20, C02F103-30, B22F9-24
【公開號】CN104628073
【申請?zhí)枴緾N201510044175
【發(fā)明人】范曉丹, 張襄楷
【申請人】天津城建大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月28日