[发明专利]一种水处理多功能材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于资源回收利用与环境技术领域，涉及一种利用铁污泥和粉煤灰等废弃物为原料，协同利用制备具有吸附、催化和减少氧化过程中羟基抑制剂以及生物处理填料作用的多功能水处理材料及其在化工废水、染料废水和循环水等工业给水和污水处理中应用方法。

背景技术

铁盐水处理剂产生的铁污泥和粉煤灰废弃物的利用解决了废水处理厂物化污泥最终处置和燃煤电厂及其锅炉废弃物处置的难题。利用铁污泥和粉煤灰协同作用制备水处理材料可以提高有价元素的利用并减少污染的有效办法。尽管利用水厂产生的氧化铁泥和粉煤灰作为冶金化工原料提取氧化铁、氧化铝和碳粉等方面的有诸多的研究报道，但其复杂的成分和稳定的物相结构使得提取过程难以得到良好的经济效益和环境效益。两者协同处理寻求简单的化学改性完善其比表面和界面微观结构等物理化学性能，并借助廉价的化学物质协同处理综合利用于水处理领域达到“以废治废”目的，无疑在经济效益和环境效益方面具有重要的现实意义。

高浓度有机废水包括化工废水及循环水是一类含有毒有害有机物的废水，煤化工废水组分复杂，因工艺不同水质也有较大差别，普遍含有大量的酚类、氰化物、苯、乙腈等有毒有害物质，而且有很高的CODcr、色度、氨氮，且生化性不佳。该类废水的处理一直是国内外废水处理领域的一大难题，长期接触此类物质可使皮肤损伤及破坏肝脏等器官。同时有机废水中的染料废水，得度均在几千甚至几万倍以上，色度大使光线在水中的通行受到了严重的阻碍。影响植物的生长，抑制物质的自净能力，有些废水的刺鼻气味影响了周围的环境。常用的处理高浓度有机废水方法有臭氧氧化法、Fenton氧化法、光催化氧化法等高级氧化技术，其中臭氧催化技术和类Fenton等处理方法应用比较普遍。由于有机废水中存在的甲醇、异丙醇类物质的羟基抑制剂作用降低了上述催化的羟基自由基氧化效果，非均相催化臭氧和Fenton过程中的催化剂主要是金属氧化物(MnO₂，TiO₂，Al₂O₃)及负载于载体上的金属和金属氧化物(Cu，Fe₂O₃)。非均相催化中载体由于粉煤灰具有很大的比表面积，疏松的多孔结构，具有很高含量的Al₂O₃和SiO₂，具有很好的吸附性能，因此可以作为吸附剂应用到废水处理过程中，如焦化废水、印染废水、制药废水、重金属离子废水等。此外，粉煤灰还可以作为生产净水剂进行利用，如专利CN1403388A报道了一种利用粉煤灰生产高效净水剂的方法，首先利用粉煤灰进行粉碎，然后碱化熟化进行二酸反应，最后过滤再进行碱化调整。其工艺流程配料、预干成型、烧结、反应、生化、调制、成品。利用粉煤灰制备高效净水剂，该方法流程长，需要对粉煤灰进行酸碱调节。还有专利CN101543773报道了TiO₂-粉煤灰光催化材料的制备，首先制备TiO₂溶胶-凝胶溶液，然后将粉煤灰与该溶胶-凝胶溶液混合后烘干，加热得到TiO₂-粉煤灰光催化材料，增大了表面积有利于光催化作用和回收，TOC的降解率在35％以上。专利CN101185898A公开了一种利用粉煤灰、高岭土和硅铝酸镁作为膨化剂的加工成陶粒核，覆盖锰、钴和铁等氧化物制备臭氧催化剂，这些催化剂的催化活性主要表现对促进羟基自由基的产生。但是在废水中含有醇类物质等羟基抑制剂的作用没有涉及，也没有相关文献详细研究和专利技术的报道。而臭氧和类Fenton氧化技术主要依靠羟基自由基，因此如何提高臭氧和类Fenton氧化等氧化技术的适应范围是一个关键问题。过渡金属氧化物复合掺杂的粉煤灰的再利用直接制备的水处理材料可以减少羟基自由基抑制剂作用，并应用于含有甲醇、异丙醇等醇类的煤化工和染料等有机废水绿色催化氧化降解的研究和技术未得到应有的重视。同时这些研究都是以粉煤灰作为载体负载上重金属和贵金属离子或氧化物，增加成本的同时缺少对粉煤灰比表面的提高方法的完善，抑制了其潜在的功能而没有达到本身的良好效果，也没有有关于氧化铁污泥协同处理的报道。