專利名稱：一種從生物除鐵、錳水廠排泥水中回收鐵制備氧化鐵黑方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及地下水廠的一種含鐵、錳排泥水處理、沉淀濃縮和污泥制取氧化鐵黑的方法。
背景技術(shù)：
以含鐵、錳地下水為水源的水廠一般是采用二級(jí)曝氣、二級(jí)過濾的傳統(tǒng)工藝，地下水中的Fe( II )、Mn( II )分別在不同的反應(yīng)池中去除。因此在除Fe( II )的曝氣池底部能夠收集到含鐵量較高的污泥(簡稱鐵泥)。這種鐵泥中錳、硅等雜質(zhì)相對(duì)較少，可以利用干法工藝制備氧化鐵紅。近十年，地下水除鐵、錳在二級(jí)曝氣、二級(jí)過濾工藝的基礎(chǔ)上，又發(fā)展起來一種微曝氣單級(jí)過濾的生物除鐵固錳工藝。在這種工藝中，地下水經(jīng)過微曝氣后，在溶解氧和微生物的作用下，水中的Fe( II )、Mn( II )能夠在同一濾層中被去除。與傳統(tǒng)工藝相 t匕，生物除鐵固錳工藝不僅降低了基建投資，而且將傳統(tǒng)機(jī)械曝氣改為跌水曝氣，節(jié)約了大量運(yùn)行和維修費(fèi)用。在生物除鐵固錳工藝中，濾池的反沖洗時(shí)間一般為6-12分鐘，平均2-4天進(jìn)行一次反沖洗。反沖洗排泥水的水量較大，約占水廠日產(chǎn)水量的3. 5% 5%，靜止沉淀后形成的污泥含水率聞( 99. 7%),需要進(jìn)一步處理才能夠綜合利用或達(dá)標(biāo)排放。反沖洗排泥水中含鐵量很高，高峰時(shí)期含鐵量超過700mg/L。在反沖洗操作初期，排泥水呈黑色，且含有大量絮狀沉淀物。不投加混凝劑情況下，這些沉淀形成的污泥含固率為O. 3%左右。經(jīng)過長時(shí)間壓縮沉降后，污泥含固率能夠達(dá)到3% 5%。降低排泥水的pH值有利于污泥沉降，升高PH值會(huì)降低沉降效果。當(dāng)pH值超過9. 5時(shí)，污泥放置24h也不會(huì)發(fā)生沉降。污泥中的鐵主要以Fe(III)沉淀物的性質(zhì)存在，主要成為分不定型的？6(0!1)3、結(jié)晶差的a-FeOOH和Y-FeOOH。污泥中細(xì)小顆粒多，難于機(jī)械脫水。將污泥直接加熱焙燒、破碎，獲得的為棕色粉末，錳、硅等雜質(zhì)過量而不能作顏料使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種從生物除鐵、錳水廠排泥水中回收鐵制備氧化鐵黑方法。地下水廠采用微曝氣單級(jí)過濾生物除鐵固錳工藝去除水中的鐵、錳。水廠運(yùn)行2-4天后，需要對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，去除濾料表面的鐵、錳沉積物和過量的生物膜，從而降低濾料水頭損失，防止濾層板結(jié)，同時(shí)恢復(fù)水廠生產(chǎn)能力。濾池反沖洗排泥水含鐵量很高。排泥水被收集到沉淀池后，靜置沉淀，或投加氯化鐵、聚合氯化鐵等混凝劑強(qiáng)化沉淀效果。排泥水中的鐵以不定型的Fe(OH)3、結(jié)晶差的a-FeOOH和Y-FeOOH等形式，轉(zhuǎn)移到沉淀池底部污泥中。污泥含水率很高，達(dá)到99.7%，需要進(jìn)一步脫水來降低后續(xù)處理設(shè)施的負(fù)荷。將沉淀池底部污泥輸送到污泥濃縮井。在靜水壓力作用下，底部污泥發(fā)生壓縮沉降，擠出污泥顆粒間的空隙水，提高了污泥的含固率。取濃縮污泥樣品，測試污泥中的總鐵和Fe (III)含量。污泥濃縮井頂部的清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀。將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中，中強(qiáng)攪拌下，根據(jù)測試結(jié)果加入化學(xué)計(jì)量的Fe( II )鹽，使Fe (III)/ Fe ( II )=3. 2 1.8。持續(xù)中強(qiáng)攪拌，向反應(yīng)罐中加入堿，調(diào)節(jié)pH介于9
11.5?？焖偕郎氐?5°C左右，恒溫?cái)嚢? 6小時(shí)。在堿性條件下，F(xiàn)e (III)和Fe ( II )發(fā)生共沉淀，生成氧化鐵黑。反應(yīng)罐水平兩端設(shè)置弱磁場來加快共沉淀反應(yīng)，提高氧化鐵黑的 生成速率，減少反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)氧化鐵黑由球形顆粒向棒狀顆粒轉(zhuǎn)化，磁性增強(qiáng)。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)池兩端切換強(qiáng)磁場，在磁極兩端收集氧化鐵黑。經(jīng)過除鐵處理的污泥，其脫水性能得到提高，經(jīng)壓濾脫水后可衛(wèi)生填埋，上清液中和后達(dá)標(biāo)排放，或回流到沉淀池降低上清液中的鐵含量。其方法由如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)沉淀將反沖洗排泥水靜置沉淀18 24小時(shí)，沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理，沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥；
(2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率，污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀，污泥經(jīng)過濃縮后取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和Fe (III)含量；
(3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中，反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為60 100轉(zhuǎn)/分鐘，弱磁場強(qiáng)度為O. I O. 5T，根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe (III)/ Fe ( II ) =3. 2 I. 8 ;加入堿，調(diào)節(jié)pH=9 11. 5,3 7 V /min程序升溫到80 95°C,恒溫反應(yīng)2 6小時(shí),關(guān)閉弱磁場,開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為O. 8-1. 4T,在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑；
(4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色；
(5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60 80°C，干燥時(shí)間為4 8小時(shí)。本發(fā)明采用共沉淀方法從污泥中回收鐵制備氧化鐵黑，具有生產(chǎn)成本低，氧化鐵黑回收率高的優(yōu)點(diǎn)，氧化鐵黑可以用作為涂料和著色劑，具有良好的耐火性、耐堿性和耐光性。
具體實(shí)施例方式例I、生物除鐵、錳水廠濾池反沖洗排泥水的處理與鐵回收制備氧化鐵黑的方法，包括排泥水沉淀、污泥濃縮、共沉淀反應(yīng)、水洗、干燥、破碎過程，其步驟如下
(I)沉淀反沖洗排泥水夾帶著大量黑色絮狀物進(jìn)入沉淀池，靜置沉淀18小時(shí)。沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理。沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥，污泥的含固率約為O. 3%。(2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率。污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀。污泥經(jīng)過濃縮后，含固率可達(dá)到3%，取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和FeUII)含量。(3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中。反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強(qiáng)度為O. 1T。根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe(III)/ Fe( II )=3. 2 加入堿,調(diào)節(jié)pH=9。7°C/min程序升溫到80°C,恒溫反應(yīng)6小時(shí)。關(guān)閉弱磁場，開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為I. 4T，在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑。殘?jiān)?jīng)過脫水后衛(wèi)生填埋。上清液可回流到沉淀池，或中和后達(dá)標(biāo)排放。(4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色。水洗液可以回流至沉淀池，與排泥水混合后重新沉淀。(5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥。干燥溫度為60°C，干燥時(shí)間為8小時(shí)。(6)破碎干燥的氧化鐵黑經(jīng)破碎后，過300目篩后得到氧化鐵黑成品。例2、生物除鐵、錳水廠濾池反沖洗排泥水的處理與鐵回收制備氧化鐵黑的方法，包括排泥水沉淀、污泥濃縮、共沉淀反應(yīng)、水洗、干燥、破碎過程，其步驟如下
(I)沉淀反沖洗排泥水夾帶著大量黑色絮狀物進(jìn)入沉淀池，靜置沉淀24小時(shí)。沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理。沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥，污泥的含固率約為O. 3%。 (2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率。污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀。污泥經(jīng)過濃縮后，含固率可達(dá)到5%，取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和FeUII)含量。(3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中。反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強(qiáng)度為O. 5T。根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe(III)/ Fe ( II )=1.8。加入堿,調(diào)節(jié)pH=ll. 5, 3°C/min程序升溫到95°C,恒溫反應(yīng)2小時(shí)。關(guān)閉弱磁場，開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為O. 8T，在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑。殘?jiān)?jīng)過脫水后衛(wèi)生填埋。上清液可回流到沉淀池，或中和后達(dá)標(biāo)排放。(4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色。水洗液可以回流至沉淀池，與排泥水混合后重新沉淀。(5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥。干燥溫度為80°C，干燥時(shí)間為4小時(shí)。(6)破碎干燥的氧化鐵黑經(jīng)破碎后，過300目篩后得到氧化鐵黑成品。例3、生物除鐵、錳水廠濾池反沖洗排泥水的處理與鐵回收制備氧化鐵黑的方法，包括排泥水沉淀、污泥濃縮、共沉淀反應(yīng)、水洗、干燥、破碎過程，其步驟如下
(I)沉淀反沖洗排泥水夾帶著大量黑色絮狀物進(jìn)入沉淀池，靜置沉淀20小時(shí)。沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理。沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥，污泥的含固率約為O. 3%。(2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率。污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀。污泥經(jīng)過濃縮后，含固率可達(dá)到4%，取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和FeUII)含量。(3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中。反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘，磁場強(qiáng)度為O. 3T。根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe(III)/ Fe ( II )=2. 5。加入堿,調(diào)節(jié)pH=10, 5°C/min程序升溫到88°C,恒溫反應(yīng)4小時(shí)。關(guān)閉弱磁場，開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為I. 1T，在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑。殘?jiān)?jīng)過脫水后衛(wèi)生填埋。上清液可回流到沉淀池，或中和后達(dá)標(biāo)排放。(4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色。水洗液可以回流至沉淀池，與排泥水混合后重新沉淀。(5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥。干燥溫度為70°C，干燥時(shí)間為6小時(shí)。(6)破碎干燥的氧化鐵黑經(jīng)破碎后，過300目篩后得到氧化鐵黑成品。工作過程
產(chǎn)水量為10000m3/d的水廠，反沖洗采用單獨(dú)水洗，反沖洗周期為72h，排泥水量達(dá)到920m3。排泥水進(jìn)入沉淀池，高峰期反沖洗排泥水中鐵含量達(dá)到755mg/L，平均濃度達(dá)到114mg/L。將反沖洗廢水收集到沉淀池中，靜置沉淀24小時(shí)。沉淀池上清液回流到水廠濾池前端重新進(jìn)行處理。底部污泥進(jìn)入濃縮井，在高靜水壓力作用下，污泥含固率提升到4. 2%。污泥樣品分析顯示，污泥中總鐵量為8871mg/L，F(xiàn)e(III)含量為7230mg/L。污泥井頂部上清液進(jìn)入沉淀池，與進(jìn)入沉淀池的排泥水混合。底部濃縮污泥進(jìn)入反應(yīng)釜中。反應(yīng)釜周圍設(shè) 置弱磁場，強(qiáng)度為O. 25T。攪拌轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)污泥中鐵含量，按化學(xué)計(jì)量加入綠礬150kg,使Fe (III)/ Fe ( II ) =2. 2。加入工業(yè)級(jí)氫氧化鈉，調(diào)節(jié)pH=9. 5。以7°C /min程序升溫到85°C，恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)5小時(shí)。關(guān)閉弱磁場，開啟強(qiáng)磁場，持續(xù)攪拌15分鐘，在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑。反應(yīng)釜靜置2小時(shí)，底部殘?jiān)?jīng)過脫水后外運(yùn)到垃圾填埋場。反應(yīng)釜中殘液經(jīng)中和后排放到城市污水管網(wǎng)。將收集的鐵黑在清洗槽中清洗3次，清洗后的水回流到沉淀池。經(jīng)過清洗后的鐵黑在60°C下真空干燥3. 5小時(shí)，機(jī)械破碎后過300目篩，得到氧化鐵黑。制得鐵黑為棒狀，顏色為深黑色，純度高，磁性強(qiáng)，成分與市售鐵黑相近。
權(quán)利要求
1.一種從生物除鐵、錳水廠排泥水中回收鐵制備氧化鐵黑方法，其特征在于由如下步驟實(shí)現(xiàn) (1)沉淀將反沖洗排泥水靜置沉淀18 24小時(shí)，沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理，沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥； (2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率，污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀，污泥經(jīng)過濃縮后取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和Fe (III)含量； (3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中，反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為60 100轉(zhuǎn)/分鐘，弱磁場強(qiáng)度為O. I O. 5T，根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe (III) / Fe ( II ) =3. 2 I. 8 ;加入堿，調(diào)節(jié)pH=9 11. 5,3 7 V /min程序升溫到80 95°C,恒溫反應(yīng)2 6小時(shí),關(guān)閉弱磁場,開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為O. 8-1. 4T,在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑； (4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色； (5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為60 80°C，干燥時(shí)間為4 8小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的除鐵、錳水廠排泥水中回收鐵制備氧化鐵黑方法，其特征在于由如下步驟實(shí)現(xiàn) (1)沉淀將反沖洗排泥水靜置沉淀20小時(shí)，沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進(jìn)行生物除鐵、錳處理，沉淀池底部設(shè)置集泥斗收集污泥； (2)污泥濃縮沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經(jīng)靜水壓力進(jìn)一步提高污泥的含固率，污泥井頂部的上清液回流到沉淀池，與反沖洗排泥水混合后重新進(jìn)行沉淀，污泥經(jīng)過濃縮后取濃縮污泥樣品分析污泥中總鐵和Fe (III)含量； (3)共沉淀反應(yīng)將濃縮污泥輸送到反應(yīng)釜中，反應(yīng)壓力為常壓，攪拌轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘，弱磁場強(qiáng)度為O. 3T，根據(jù)濃縮污泥的測試結(jié)果，按化學(xué)計(jì)量加入Fe ( II )鹽，使Fe(III)/Fe ( II )=2.5 ;加入堿,調(diào)節(jié)pH=10. 5,5°C/min程序升溫到88°C,恒溫反應(yīng)4小時(shí),關(guān)閉弱磁場，開啟強(qiáng)磁場，強(qiáng)磁場強(qiáng)度為I. 1T，在強(qiáng)磁極兩端收集氧化鐵黑； (4)水洗將磁分離的氧化鐵黑經(jīng)過多次水洗，至上清液無色； (5)干燥將水洗后的氧化鐵黑進(jìn)行真空干燥，干燥溫度為70°C，干燥時(shí)間為6小時(shí)。
全文摘要
一種從生物除鐵、錳水廠排泥水中回收鐵制備氧化鐵黑方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，包括沉淀、污泥濃縮、共沉淀反應(yīng)、水洗、干燥等到步驟完成。本發(fā)明采用共沉淀方法從污泥中回收鐵制備氧化鐵黑，具有生產(chǎn)成本低，氧化鐵黑回收率高的優(yōu)點(diǎn)，氧化鐵黑可以用作為涂料和著色劑，具有良好的耐火性、耐堿性和耐光性。
文檔編號(hào)C02F11/00GK102826614SQ20121031684
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者邊德軍, 朱遂一, 霍明昕, 田曦, 任慶凱 申請(qǐng)人:長春工程學(xué)院