[发明专利]铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及水污染控制领域，具体涉及一种铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法。

背景技术

臭氧在水处理方面的应用已有较长历史。给水处理领域：臭氧作为消毒剂，可以有效灭杀病源微生物，且可避免用氯气消毒时所产生的氯代消毒副产物，已形成成熟的臭氧消毒工艺；在生物活性炭的前端投加臭氧，可以起到灭藻除臭的作用，同时将自然水体中存在的大分子有机物，氧化分解为小分子有机物，有助后续生物活性炭中微生物的降解，形成了臭氧－生物活性炭工艺。在污水处理领域：利用臭氧自身的氧化能力，氧化部分有机物的官能团，或将部分长链大分子有机物分解成短链小分子有机物，以提高有机物的可生物降解性，已有大量的研究成果，也有少量工程实践。但臭氧自身氧化能力较弱，不能完全降解有机物，且部分有机物经臭氧不完全氧化后，分子官能团改变，生物毒性更强，限制了臭氧作为工业废水生物预处理的应用。诱发臭氧产生羟基自由基，从而形成高级氧化技术，彻底分解有机物，成为相当长时期研究热点，但臭氧形成高级氧化机制需要pH值强碱性条件，或需要与过氧化氢（H₂O₂）、紫外线（UV）耦合，或需要贵金属氧化物催化（如Ti₂O），虽已有大量的研究，但工程应用规模很小。

目前，我国工业废水处理标准更为严格，生物处理（二级处理）工艺以无法达到排放标准，其深度处理工艺的选择，高级氧化法几乎成为唯一选项。而当前工业废水处理工程中，臭氧氧化工艺缺乏催化手段，大大降低了臭氧工艺的效率，深度处理效果很不理想。

通过投加过氧化氢（H₂O₂）或使用紫外线（UV）照射，诱发臭氧形成高级氧化机制，其条件较为苛刻，成本高，不适用于水量大、pH值为中性的城市和工业园区污水厂二级生化出水的深度处理。已有研究表明：铁的氧化物和羟基化物（以Fe(II)和Fe(III)表示）也能够催化O₃，但生产出固定结构的催化剂成本较高。

铁屑是金属加工产生的废物，来源广泛，价格低廉。铁屑尽管来源不同，成份亦有差异，但由于不同钢的延展性差异，形成较完整刨花状的铁屑大都属碳素钢和低合金钢，按钢材分类主要有：普通碳素结构钢、优质碳素结构钢中的低碳钢和中碳钢、以及低合金结构钢。这些钢材的铁刨花，都有较强的化学反应活性，表面较易氧化生成铁的氧化物，有望形成催化O₃高级氧化方法的催化材料；而耐腐蚀不锈钢化学反应活性很低，不适用做催化O₃的催化材料，但不锈钢虽形成刨花，但色泽有明显差异；由于价格相差巨大，不易混在普通铁屑中。

因此，使用铁屑为原料，通过适当的物理与化学方法对铁屑表面进行改性，使之表面形成催化O₃的有效成分，即具有一定化学组成和晶型结构的Fe(II)和Fe(III)，是降低高级氧化方法催化剂成本的可行途径，具有重要的实用价值。

铁屑中铁元素的含量一般都在98%以上，由于铁的化学活性较强，氧化过程中先于重金属元素形成离子态，因此未经钝化的铁屑，在含有臭氧的废水中容易被氧化为铁离子，产物生成顺序为Fe²⁺、Fe³⁺，但不会形成重金属离子。研究表明，不论是Fe²⁺还是Fe³⁺也都是催化O₃的催化剂，由此形成同相催化过程。此过程中催化剂是消耗的，催化成分不能回收。但铁屑不仅价廉、成本低，更重要的是：生成的铁离子又是混凝剂成分，在pH中性范围内Fe(III)全部沉淀，不仅对水质不产生有害影响，而且形成再一次的深度处理过程。

发明内容

本发明的目的在于一种提出铁屑催化臭氧氧化的废水深度处理方法。本发明方法处理对象是二级生物处理出水，特点是不改变废水的pH值，不增加废水的盐度和其它成分，深度去除废水中的有机物。