[發(fā)明專利]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

有效

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• 申請日: 2012-08-31
• 公開（公告）號: CN102826614A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 邊德軍;朱遂一;霍明昕;田曦;任慶凱
• 申請（專利權）人: 長春工程學院
• 主分類號: C01G49/08
• 分類號: C01G49/08;C02F1/52;C02F11/00
• 代理公司: 長春眾益專利商標事務所(普通合伙) 22211
• 代理人: 趙正

技術領域

本發(fā)明屬于污水處理技術領域，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

以含鐵、錳地下水為水源的水廠一般是采用二級曝氣、二級過濾的傳統(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、硅等雜質相對較少，可以利用干法工藝制備氧化鐵紅。近十年，地下水除鐵、錳在二級曝氣、二級過濾工藝的基礎上，又發(fā)展起來一種微曝氣單級過濾的生物除鐵固錳工藝。在這種工藝中，地下水經過微曝氣后，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)工藝相比，生物除鐵固錳工藝不僅降低了基建投資，而且將傳統(tǒng)機械曝氣改為跌水曝氣，節(jié)約了大量運行和維修費用。

在生物除鐵固錳工藝中，濾池的反沖洗時間一般為6-12分鐘，平均2-4天進行一次反沖洗。反沖洗排泥水的水量較大，約占水廠日產水量的3.5%～5%，靜止沉淀后形成的污泥含水率高（≈99.7%），需要進一步處理才能夠綜合利用或達標排放。

反沖洗排泥水中含鐵量很高，高峰時期含鐵量超過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0.3%左右。經過長時間壓縮沉降后，污泥含固率能夠達到3%～5%。降低排泥水的pH值有利于污泥沉降，升高pH值會降低沉降效果。當pH值超過9.5時，污泥放置24h也不會發(fā)生沉降。污泥中的鐵主要以Fe(Ⅲ)沉淀物的性質存在，主要成為分不定型的Fe(OH)₃、結晶差的α-FeOOH和γ-FeOOH。污泥中細小顆粒多，難于機械脫水。將污泥直接加熱焙燒、破碎，獲得的為棕色粉末，錳、硅等雜質過量而不能作顏料使用。

發(fā)明內容

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過濾生物除鐵固錳工藝去除水中的鐵、錳。水廠運行2-4天后，需要對濾池進行反沖洗，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，同時恢復水廠生產能力。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化沉淀效果。排泥水中的鐵以不定型的Fe(OH)₃、結晶差的α-FeOOH和γ-FeOOH等形式，轉移到沉淀池底部污泥中。污泥含水率很高，達到99.7%，需要進一步脫水來降低后續(xù)處理設施的負荷。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行沉淀。

將濃縮污泥輸送到反應釜中，中強攪拌下，根據測試結果加入化學計量的Fe(Ⅱ)鹽，使Fe(Ⅲ)/?Fe(Ⅱ)=3.2～1.8。持續(xù)中強攪拌，向反應罐中加入堿，調節(jié)pH介于9～11.5。快速升溫到85℃左右，恒溫攪拌2～6小時。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。反應罐水平兩端設置弱磁場來加快共沉淀反應，提高氧化鐵黑的生成速率，減少反應時間，同時氧化鐵黑由球形顆粒向棒狀顆粒轉化，磁性增強。反應結束后，反應池兩端切換強磁場，在磁極兩端收集氧化鐵黑。經過除鐵處理的污泥，其脫水性能得到提高，經壓濾脫水后可衛(wèi)生填埋，上清液中和后達標排放，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現(xiàn)：

（1）沉淀：將反沖洗排泥水靜置沉淀18～24小時，沉淀池上清液回流到水廠濾池前端，重新進行生物除鐵、錳處理，沉淀池底部設置集泥斗收集污泥；

（2）污泥濃縮：沉淀池泥斗中的污泥提升到污泥濃縮井中，經靜水壓力進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行沉淀，污泥經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：將濃縮污泥輸送到反應釜中，反應壓力為常壓，攪拌轉速為60～100轉/分鐘，弱磁場強度為0.1～0.5T，根據濃縮污泥的測試結果，按化學計量加入Fe(Ⅱ)鹽，使Fe(Ⅲ)/?Fe(Ⅱ)=3.2～1.8；加入堿，調節(jié)pH=9～11.5，3～7℃/min程序升溫到80～95℃，恒溫反應2～6小時，關閉弱磁場，開啟強磁場，強磁場強度為0.8-1.4T，在強磁極兩端收集氧化鐵黑；