[发明专利]一种耦合污泥生物炭-磷酸铁催化剂的Fenton氧化水处理方法

说明书

本发明公开了一种耦合污泥生物炭‑磷酸铁催化剂的Fenton氧化水处理方法，包括：步骤一：对脱水后的污泥泥饼和磷酸铁颗粒混合后，经过热裂解法或水热碳化法制备污泥基生物炭磷酸铁；步骤二：向有机废水中加入过氧化氢至终浓度为0.1～10mmol/L，加入小分子还原剂，至终浓度为0.1～10mmol/L；调节体系pH值为2～10；加入污泥基生物炭磷酸铁折合磷酸铁的终浓度为0.1～10g/L，发生Fenton反应降解有机废水。与现有技术相比较，本发明利用污泥基生物炭和磷酸铁预制备为Fenton体系的铁元素来源，以及反应基质，从而提高有机污染物降解速率。在各种含有机物的污水处理场景中具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种耦合污泥生物炭-磷酸铁催化剂的Fenton氧化水处理方法，属于污水处理技术领域。

背景技术

1894年，英国人H.J.H.Fenton发现采用Fe²⁺/H₂O₂体系能氧化多种有机物。后人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。利用Fenton氧化法处理有机污染物：在酸性条件下利用亚铁离子催化分解双氧水生成强氧化性的羟基自由基(·OH)来降解有机污染物，具有反应条件温和、效率高、环境友好等优点，在污水处理方面有巨大应用价值。特别是在有效氧化去除传统废水处理技术中难以降解的有机污染物方面，效果非常好。

Fe³⁺的均相Fenton催化氧化反应机理为：Fe3+先与H₂O₂作用产生Fe²⁺和HO₂·，Fe²⁺和HO₂·再分别和H₂O₂反应产生氧化性更强的HO·，HO·进攻有机物RH引发自由基反应，从而氧化降解有机物。但均相Fenton反应的工作pH范围比较窄、副产物铁泥的生成量较大。

有时候，会采用难溶性固体铁基材料代替可溶性二价铁盐与双氧水进行反应，构建异相的Fenton体系，从而解决上述问题。Fe³⁺的非均相(异相)Fenton催化氧化反应机理为：有机物和H₂O₂分子首先扩散到催化剂表面的活性中心被吸附，然后H₂O₂在Fe³⁺的催化作用下产生·OH，·OH引发自由基反应氧化降解污染物。

另一方面，自然界中的磷铁矿的主要成分是磷酸铁，储量丰富。在钢铁制造行业中，根据市场对钢材质量需求的反馈，许多钢种要求磷含量低于0.01％，超低磷钢则要求磷含量低于0.005％。含磷量较高的磷铁矿在钢铁冶炼方面的应用受到严重限制。同时，现有的磷酸铁锂电池生产行业、工业和市政污水处理等场景中，也会产生大量含磷酸铁的废料、污泥等不易处理的产物。

利用磷酸铁作为Fenton反应催化剂，可以促进各种来源磷酸铁的资源化利用，促进整体铁元素的循环回收。但是，磷酸铁中的铁元素一般是三价铁形式，在Fenton反应中直接催化双氧水分解的效率较低，难以利用。

促进磷酸铁中三价铁向二价铁的转化是提高Fenton反应效率的关键。现有技术中常见的手段包括：利用紫外光的光Fenton体系、利用电离电解的电Fenton体系，还有引入其他过渡金属离子或EDTA等配体的方式。以上措施都可以提高异相Fenton反应的效率，但是光Fenton法、电Fenton法都会增加能耗和成本，引入其他离子或配体容易形成难降解物质导致二次污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种耦合污泥生物炭-磷酸铁催化剂的Fenton氧化水处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

一种耦合污泥生物炭-磷酸铁催化剂的Fenton氧化水处理方法，包括如下的步骤：