新型铁碳填料的制备与废水除磷性能研究

发布时间：2020-05-05 05:28

【摘要】：铁碳微电解是利用金属腐蚀原理,形成原电池对废水进行处理的工艺,又称内电解法。铁碳微电解可实现对废水中的磷、COD、重金属等污染物得同步处理,是一项被广泛研究与应用的废水处理技术。目前主要商业填料普遍采用铁基材料(铁屑或铁粉)与固体碳基材料(炭粉、煤炭、活性炭等)通过物理混合堆填或焙烧成型(规整化)的制备方式,这种铁碳固体颗粒或粉体的物理混合物,在废水处理过程中存在反应速率慢、污染物去除效率低等问题而影响废水的处理效果和效率,且长期使用易于钝化和板结,造成实际应用中填料更换频繁增加运行成本,制约了微电解技术的推广应用。本课题针对目前微电解填料制备技术存在的共性问题,提出了一种新型铁碳微电解填料的制备工艺,通过改变铁碳活性组分的结合方式,在铁基材料表面均匀沉积碳微粒,建立微尺度规模的铁碳一体化微电解体系,以增加单位体积内微原电池数量及铁-碳接触面积,实现对污水污染物高效的脱除性能。本论文主要从技术原理、工艺优化、应用评价三个方面对新型铁碳微电解填料制备技术的开发与应用进行研究,主要研究内容和结果如下:(1)新型微电解填料的制备与表征。以焦油为碳源,以海绵铁为铁基材料,通过均质化-碳化-成型新方法制备新型铁碳一体化微电解填料,采用扫描电镜与能谱分析仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)和元素分析仪等技术手段对各关键处理阶段填料进行表征分析,结果表明碳化处理过程产生大量碳微粒均匀附着于铁基材料表面及内部孔道,利于增加铁碳有效接触面积,通过深度还原提高填料中单质铁的含量以提高微原电池数量,使得新型填料比传统填料表现出较高的除磷性能。(2)新型微电解填料制备工艺优化实验研究。采用单因素法分别开展了新型填料的碳化和成型参数优化实验,通过考察焦油比、碳化/焙烧温度以及恒温时间对碳化/焙烧过程的影响规律,获取了优化的操作参数;在焦油/铁比0.3、室温升至950 ℃恒温0 min的碳化处理条件,以及粘结剂30%、900 ℃恒温焙烧90 min的成型处理条件下制备的填料对磷脱除率达98%,出水磷浓度达到GB18918-2002要求A类城镇污水中磷排放标准。(3)新型微电解填料处理废水应用评价。以污泥厌氧消化后脱水滤液和工业废水为处理对象,选择优化条件下制备的新型铁碳填料进行应用评价实验,采用单因素法考察了操作条件对填料脱除磷及COD性能的影响规律,结果表明新型铁碳填料可实现对磷和COD的同步脱除,提高固液比和曝气量、降低初始pH、延长反应时间可有效提高填料对污染物的处理性能,优化评价条件下出水TP均可达到排放标准。
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逑，８％逡逑图１．１邋２０１３年全国各类污染源总磷排放量分布１９１逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＴＰ邋ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ邋ｆｒｏｍ邋ｖａｒｉｏｕｓ邋ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ邋ｓｏｕｒｃｅｓ邋ｉｎ邋２０１３逡逑（１）

有机磷邋Ｐ（Ｖ—逦有机磷逡逑图１．２铁碳微电解除磷原理示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｒｅｍｏｖａｌ邋ｂｙ邋ｉｒｏｎ－ｃａｒｂｏｎ邋ｍｉｃｒｏ－ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ逡逑（４）其他除磷技术逡逑膜分离法是在某种推动力的作用下，利用膜特定的透过性能，使含磷废水中逡逑的磷或溶剂分离的技术。膜技术除磷盐主要应用于特定的废水中磷的回收，可回逡逑收高纯度的磷酸盐如五氧化二磷、次亚磷酸等，具有一定经济价值。逡逑吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面积的物质对水中磷酸根离子的亲和逡逑力来实现的废水除磷过程。磷通过在吸附剂表面的物理吸附离子交换或表面沉淀逡逑过程，实现磷从废水中的分离，并可通过进一步的解吸处理回收磷资源。逡逑离子交换法是利用氢氧根离子与污水中的a愃岣�离子之间的交换而达到除逡逑磷效果的一种方法。如利用碱改性的泡沫铝合金过滤器对含磷废水进行处理，，去逡逑除率达到９０％。逡逑１．２．２．２含磷污水处理技术工艺与应用现状逡逑众多的污水除磷方法中，化学法是最传统的废水除磷方法［１５］，在上世纪被广逡逑泛用于污水除磷，工艺发展成熟，主要方法包括Ｃａ法、Ｆｅ法、Ａ１法等；生物法逡逑的研究也可追溯到上世纪６０年代中�

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