[发明专利]磁性催化剂强化下铁内电解处理难降解有机废水的方法及所使用的填料

说明书

技术领域

本发明涉及难降解的有机工业废水处理方法，及处理过程中所使用的填料和填料的制备方法。 

 背景技术

水污染是当前世界面临的主要环境问题之一。工业废水是水环境污染的主要污染源，而工业废水以难降解有机废水为主，特别是随着化学工业的迅速发展，有机废水的污染源日益增多。有机废水COD高，BOD低，并常含有芳香族化合物，杂环化合物，硫化物，氮化物等有毒物质。因而有机废水对环境污染程度大，治理净化难度高。 

对难降解有机废水的处理，常用的方法主要包括溶剂萃取法，混凝沉淀法，生化处理法，活性炭吸附法，化学氧化法，电化学氧化法，光助Fenton法，超声法等。然而，上述方法存在处理费用高或处理有机污染物的能力较弱等问题。 

相比之下，内电解法因工艺简单，操作方便，并能广泛应用于处理多种有机废水等特点受到广泛重视，成为近年来废水治理研究的热点。该方法利用铁屑作为滤料组成滤池，废水经过滤池时发生一系列电化学及物理化学反应使污染物得到处理。其工作原理是铁和铁屑中的碳在水溶液中构成无数的微小原电池，其电极反应生成具有高化学活性的新生态[H]及Fe²⁺，与废水中多种组分发生氧化还原作用，使有机高分子物质分解为小分子物质，使难降解物质转变为易降解物质。电极反应过程中生成的新生态Fe²⁺被进一步氧化成的Fe³⁺，在pH＞4.0时，生成胶体絮凝剂Fe(OH)₃，能进一步吸附废水中的污染物，并絮凝沉淀下来，使废水得到净化。 

上述常规内电解法的主要优点有：①处理费用低廉；②设备造价低，操作安全简便；③适用范围广。但内电解法存在一些局限：①运行一段时间后，铁屑易结块，处理效果大幅度下降；②对高浓度难降解有机废水的处理效果不稳定；③排水时填料易流失。为了解决铁屑易结块的问题，采用机械搅动的方式处理废水，搅动铁屑使其相互摩擦，不仅使铁屑表面不断更新，还起到不断转变铁屑之间接触位置的作用，保持了反应活性。然而，由于铁屑与碳粒，焦炭比重相差较大，搅动过程中易出现分层现象，使铁碳不能充分接触，减少了微小原电池的数量，处理效率降低。 

催化内电解法是在内电解法的基础上发展起来的，在专利cn02111901和cn200510029765中均有报道，其工作原理是铁作为内电解原电池的阳极，铜代替碳作为原电池的阴极进行一系列反应以处理废水。由于采用铜作为阴极，拉大了原电池中阴阳极之间的电位差，提高了对污染物的处理能力。然而，专利Cn02111901和cn200510029765为了充分利用铁的还原作用，是在不曝气的情况下进行的，避免铁被分子氧氧化。实际上，这两种方法中对废水的处理效果除了还原反应和内电解反应外，还有亚铁离子和铁离子的絮凝沉淀作用，可使更多的污染物得到去除。但是，这一方面的作用只有在曝气的情况下才能得到强化和利用的。另外，以上两个专利均未对废水pH进行调节，但是Fe²⁺和Fe³⁺在中性条件下就能产生沉淀，生成的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃胶体具有很强的吸附能力，能够将废水中的悬浮物质和胶体黏附在铁滤料表面。若废水呈碱性，将会加剧铁滤料表面结垢现象的产生，严重阻碍催化内电解反应的进行，从而影响对废水的处理效果。专利cn200610033191公开了一种粉状铁碳微电极处理废水的方法，增加了单位体积内原电池的数量，提高了废水处理速度。然而，由于铁粉和碳粉的粒径太小，排水时易流失。 

综上所述，现有各种方法虽然在解决铁碳内电解处理废水方面取得了一定的进展，但是没有彻底解决内电解法的局限性。因而研发有效的新方法是非常有意义的。 

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低，处理效率高，提高废水处理速度，填料不易流失的难降解有机废水处理方法。 

本发明另一目还在于提供一种稳定性好，活性强，效率高的处理难降解有机废水的填料，及其制备方法。 

针对现有技术方案中存在的技术问题，且为了有效地实现本发明的目的，本发明是以铁屑作为内电解原电池的阳极，以具有磁吸引性和磁分离性的镀铜磁性铁氧化物复合粒子作为原电池的阴极，镀铜磁性微粒能磁吸引于铁屑表面，减小了接触阴阳极的电阻，促进了电化学反应，提高了难降解有机物的去除效率。镀铜磁性微粒的铁氧体对有机污染物的吸附富集作用加速了传质过程，进一步提高了处理效果。