专利名称：一种处理有机污水的铁基铜及污水处理方法
技术领域：
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及ー种处理有机污水的铁基铜，以及污水处理方法。
背景技术：
污水处理微(内)电解法是ー种利用某些具有不同电极电位的物质质点间所构成的微电池的自身放电作用，分解污水中污染物分子的电化学方法，它可以用于制革、油田、印染、化工等エ业废水的净化处理过程。在污水处理工业中，目前使用的内电解法是铁-碳质原电池基材，微电池两极间产生的电动势相对于铁-铜基的原电池而言较小，因此有机污染物分子的降解效率较低。铁-铜基原电池具有更高的电动势及放电势能，故由此产生的电化学反应对促使有机污染物分子的分解具有更高效率。近年来，国内外已有涉及采用上述原理处理污水的专利报道，如
CN1382649A公开了ー种催化铁内电解处理难降解废水的方法，包括先将铜和铁按
WCu/WFe=0. 1-1. 0秤量好，井根据废水的不同情况加入铜和铁总重量的09^10%的阳离子表面活性剂改性的沸石，充分混合，放入滤池；将废水的PH调到4. 5-11. 0，在不曝气的情况下，按回流比为2 1-10 I充分反应一段时间，随后pH调到8. 0-9.0，使Fe3+进ー步生成絮凝剂Fe (OH) 3，将废水中悬浮固体、胶体物质凝聚，并吸附可溶性污染物一起沉淀,使废水得到浄化。CN1915846A公开了ー种曝气催化铁内电解法污水强化一级处理方法，其步骤包括a.废水经格栅、沉砂预处理后进入曝气催化铁内电解池，通过曝气量的控制使池内的溶解氧浓度在0. r8mg/L,池内放置铁铜混合填料，铜和铁的比例为WCu/WFe=(T0. 5，当WCu/WFe=0时，要求铁的含碳量大于0. 15% ；b.将曝气催化铁内电解池的出水进行泥水分离，沉淀出水排放。以上两种专利技术的共同点是它们都是分别以铁和铜的粒料作为材料，按一定比例混合构成微电解反应床。其缺陷在于这种由颗粒型异金属间构成的原电池从严格意义上来讲应该属于ー种宏电池，因此处理系统能够对有机污染物形成有效电化学降解反应的微电池的数量将明显受到材料微粒的粒径和数量的限制，反应效率大受影响。如果采用粒度更为细小的铁及铜粉，以增加比表面，则系统的滲透率会降低，污水处理流量或处理效率也相应降低
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明通过化学转化方法将铜以晶粒形式附着在铸铁粒状载体的表面，形成具有不均匀的、众多的鉄-铜微电极原电池的铁基铜型高效微电解材料。借助这种材料及固定床反应エ艺，成功地解决了目前污水处理过程中普通颗粒型铁-碳基材料，及颗粒型铁-铜基材料对污水中有机污染物大分子的电化学降解效率较低，以及无效铜的耗材量较高的问题。因此，本发明提供了一种处理有机污水的铁基铜，以及采用该铁基铜处理污水的方法。本发明的第一个目的是这样实现的
一种处理有机污水的铁基铜，按如下方法制备而成将铸铁屑或铸铁粉在5-40% (w/w)碱溶液中浸泡10-130min，过滤，滤出物用水洗2-3次，再用5-45%(w/w)的无机中强酸溶液浸泡l-45min，过滤，滤出物用水洗2_3次，加入到1_50%(W/W)的铜盐溶液中搅拌l_50min，过滤，滤出物用水洗2-3次，在氮气保护下烘干，即得铁基铜。 优选地，所述的处理有机污水的铁基铜，其中所述的碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶液。优选地，所述的处理有机污水的铁基铜，其中所述的无机中强酸选自如下的ー种或多种硫酸、盐酸、硝酸和磷酸。优选地，所述的处理有机污水的铁基铜，其中所述的铜盐选自如下的ー种或多种硫酸铜、氯化铜和硝酸铜。本发明的第二个目的是这样实现的
一种采用上述的铁基铜处理有机污水的方法，其特征在于包括如下步骤
1)将铁基铜作为填料密实地填入圆柱形或矩形的反应器中；
2)在调节罐中将污水用硫酸或盐酸调节酸度至pH=2-6；
3)将调节后的酸性污水泵入反容器，污水在反应床中的停留时间为10-60min，污染物在反应层中发生电化学分解后由另一端流出。本发明涉及的处理有机污水的铁基铜，可以用于含有有机污染物的エ业生产(如油田，化工，石油炼制，矿业，医药，染料，纺织等)，农业生产(如畜牧业等)及城市生活(垃圾渗滤液，生活排放)等废水的净化处理工艺中。与现有技术相比，本发明涉及的处理有机污水的铁基铜具有如下优点和显著的进步铁基铜微电解材料对有机污染物分子具有较高的降解效率和还原脱色能力，主要表现在(I)鉄-铜金属偶极对要比铁-碳偶极对具有更高的电位差和反应电动势；(2)在铁载体表面不均匀地附着ー些铜后，其产生的铁-铜接触面，以及形成的微电池数量要远比由两种金属粒料经简单混合构成的偶对极原电池数量大得多，系统的放电效率明显提高；
(3)铸铁及普通碳钢的晶格结构中存在大量的晶间碳，它们与基体铁也构成了鉄-碳质微电池，因此，这种铁基铜微电解材料的总电解效能是由铁-碳质和铁-铜质两种微电池共同作用的效能叠加。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进ー步作描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。I)铁基铜材的制备
a.在一定温度下，将一定量的铸铁屑(粉)用10%氢氧化钠等无机碱，或碳酸钠等碱式盐溶液中浸泡，滤出。其中，温度范围为0-100°C ;铸铁屑的量以被碱液浸没为限；碱液浓度范围5-40% ;浸泡反应时间10-130min ；
b.滤出物用水洗2-3次。c.在给定温度下用无机中强酸中浸泡活化经脱脂后的铸铁屑，滤出。其中，给定温度范围为5-50°C ;无机中强酸为硫酸，盐酸，硝酸，磷酸等；酸浓度为5-45% ;浸泡反应时间为 l_45min0d.活化后的铸铁屑用水洗2-3次，滤出。 e.随后将之加入到1-50%的铜盐溶液中搅拌l_50min。其中，铜盐为硫酸铜，氯化铜，硝酸铜等无机铜盐。f.铁基铜经滤出后用水洗2-3次后在氮气保护下烘干保存。2)电化学固定反应床的制备
将铁基铜产品作为填料密实地填入具备固定几何外型的塑料或其它耐酸腐蚀材质的外壳，且带有上下端进出水阀门接ロ的反应容器中。3)污水处理的エ艺
在反应器前面的调节罐中用硫酸或盐酸将污水的酸度调节至pH=2-6，然后酸性污水由反应器的顶端或下端ロ被泵入反应器中，污染物在反应层中发生电化学分解后由另一端流出，通过阀门调节出水ロ的流速来控制污染物的降解程度及效率。
应用实施例I含酚废水的处理
在25°C温度下,将250克铸铁屑用10%氢氧化钠溶液中浸没脱油30min后滤出，滤出物经水洗3次后投入于5%的稀硫酸中活化，3min后滤出并水洗3次。将活化后的铸铁屑再浸没于25%硫酸铜溶液中反应30min，滤出并水洗3次后通氮气(防止金属高温氧化)保护烘干，即得铁基铜基料。将上述铁基铜基料倒入到设有上下出入口的玻璃柱状管中，压实后形成固定床反应器。将焦化废水(含酚浓度为303. 73mg/L)用硫酸调节pH值=3后经由导管缓慢地流入反应器中，控制出水流量为5-7ml/min，保证污水在反应床中的停留时间为30_35min。出水水质颜色由入口处的浅褐色变为基本无色透明，酚浓度降解效率为55. 34-67. 43%o
权利要求
1.一种处理有机污水的铁基铜，其特征在于按如下方法制备而成将铸铁屑或铸铁粉在5-40% (w/w)碱溶液中浸泡10-130min，过滤，滤出物用水洗2-3次，再用5-45% (w/w)的无机中强酸溶液浸泡l-45min,过滤,滤出物用水洗2-3次,加入到1-50% (w/w)的铜盐溶液中搅拌l_50min，过滤，滤出物用水洗2-3次，在氮气保护下烘干，即得铁基铜。
2.根据权利要求I所述的处理有机污水的铁基铜，其特征在于所述的碱溶液为氢氧化钠或碳酸钠溶液。
3.根据权利要求I所述的处理有机污水的铁基铜，其特征在于所述的无机中强酸选自如下的一种或多种硫酸、盐酸、硝酸和磷酸。
4.根据权利要求I所述的处理有机污水的铁基铜，其特征在于所述的铜盐选自如下的一种或多种硫酸铜、氯化铜和硝酸铜。
5.一种采用权利要求1-4任一项所述的铁基铜处理有机污水的方法，其特征在于包括 如下步骤 1)将铁基铜作为填料密实地填入圆柱形或矩形的反应器中； 2)在调节罐中将污水用硫酸或盐酸调节酸度至pH=2-6； 3)将调节后的酸性污水泵入反容器，污水在反应床中的停留时间为10-60min，污染物在反应层中发生电化学分解后由另一端流出。
全文摘要
本发明涉及一种采用化学转化的方法将铜以晶粒形式附着在铸铁粒状载体的表面，形成具有不均匀的，众多的铁-铜微电极原电池的铁基铜型高效微电解材料。有机废水流过由这种材料构成的固定床反应器，反应效率由流速控制。借助这种材料及固定床反应工艺以解决目前污水处理过程中普通颗粒型铁-碳微电解材料，及颗粒型铁-铜微电解材料对污水中有机污染物大分子的电化学降解效率较低的问题。
文档编号C02F1/461GK102849824SQ20121007733
公开日2013年1月2日 申请日期2012年3月22日 优先权日2012年3月22日
发明者罗逸, 文志敏 申请人:武汉科梦环境工程有限公司