一種污水處理復(fù)合催化劑、其制備方法及污水處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種污水處理復(fù)合催化劑、其制備方法以及 其在污水處理中應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，水資源缺乏已經(jīng)成為困擾人類發(fā)展的重大問題之一。水污染問題是一個遍 及全世界的環(huán)境問題，無論是在發(fā)展中國家還是發(fā)達(dá)國家，這個問題己越來越引起人們的 重視?，F(xiàn)在，各國特別是發(fā)達(dá)國家每年都花巨大的人力、財力用于工業(yè)污水的治理。為了提 高用水效率，世界各國大力推行"節(jié)水減排"工作。隨著工藝用水要求的不斷提高，污水深 度凈化回用工藝成為實現(xiàn)節(jié)水減排目標(biāo)的捷徑。
[0003] 生活污水及工業(yè)污水中一般含有大量的懸浮物、重金屬離子、含N污染物、含S污 染物、含P污染物、持久性有機污染物、酚類化合物、硝基化合物、內(nèi)分泌干擾素、藻毒素、致 病微生物及染料等。目前污水一般都是直接或經(jīng)污水處理廠處理后全部外排。這種做法不 僅僅使大量的污水排入自然體系，增大了環(huán)境污染，而且所涉及的水資源均為一次資源，無 法提高使用效率。采用常規(guī)的污水凈化處理方法或運行成本昂貴，或很難達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)，無 法真正變廢為寶。若有針對性地采用合理的處理工藝，則可以實現(xiàn)重復(fù)利用，同時解決環(huán)境 和節(jié)水兩方面的問題?；すに囄鬯蛏钗鬯幚恚紫仁墙?jīng)過污水處理廠，采用常規(guī)的 生化、分離、結(jié)合的"老三套"方法處理，設(shè)計使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到污水外排指標(biāo)。
[0004] 由于廢水成分的多樣性，往往需要通過幾種方法組成的處理系統(tǒng)才能達(dá)到所需的 排放標(biāo)準(zhǔn)。污水處理按采用的方法手段分類，可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法。 物理法一般僅能除去常規(guī)懸浮物，以及污水中易于被吸附的物質(zhì)，而對于溶解在污水中的 化學(xué)污染物，以及微生物污染物無能為力。生物法是利用廢水中的微生物的代謝作用分解 水中可降解的有機物的一種方法，因為具有處理量大，投資省，經(jīng)濟(jì)可靠的特點，但在現(xiàn)有 的處理污水過程中往往需要引清水進(jìn)行稀釋、人工曝氣等工程措施；然而這些方法和措施 中有些耗水、耗電量大，有些效果不佳等存在著各自的缺點?，F(xiàn)有技術(shù)中使用最廣泛的是化 學(xué)法和物理化學(xué)法，其可以去除污水中大部分的懸浮物、油及生化有機污染物，但是一般所 用工藝均需要使用大量的催化劑、氧化劑或消毒劑等，在經(jīng)濟(jì)、操作或者可靠性方面存在很 多弊端。因此，面臨當(dāng)前的水污染問題，急需一種經(jīng)濟(jì)實用、穩(wěn)定可靠、簡便的污水處理方 法。
[0005] 采用化學(xué)法處理污水的方法中，催化劑起著極為重要的作用，現(xiàn)有技術(shù)中的催化 劑一般都是一次性使用的，即不可回收利用，另外催化劑的原料及制備成本也都較高，造成 很大的資源浪費，而催化劑在使用之后也被丟棄掉造成二次污染。
[0006] 本發(fā)明提供一種價格低廉、性能突出的污水處理復(fù)合催化劑，由格低廉的天然的 釩鈦磁鐵礦、凹凸棒石黏土作為主成分，膨潤土、生石灰作為輔助成分，經(jīng)原料粉碎、堿洗、 黏合、干燥、煅燒及成型等步驟制備而成。
[0007] 釩鈦磁鐵礦是一種鐵、釩、鈦等多種有價元素共生的復(fù)合礦，主要分布在我國的攀 西、承德和馬鞍山地區(qū)，其中攀西地區(qū)的保有儲量達(dá)100億噸以上，是我國最大的釩鈦磁鐵 礦礦床。其中含有？6(主要為？6304)約30%~60%，1102約8%~15%，￥ 205約0.3%~ 2. 0%，Cr203 約 0· 15 ~0· 6%，Co 約 0· 015 ~0· 02%，Ni 約 0· 012%~0· 015%，硫化物約 0. 6%~0. 7%，磷化物0. 012%~0. 018%，另外還含有△1203、3102、0&0、]\%0等金屬或非金 屬氧化物，鎵、銅、鉬族和鈧等稀貴金屬元素，具有很高的綜合利用價值?，F(xiàn)有技術(shù)中釩鈦磁 鐵礦主要用來提煉鐵、釩、鈦等金屬，而本發(fā)明創(chuàng)造性地將其用于污水處理催化劑的主要成 分，利用其中含有磁性的鐵氧化物、光活性的二氧化鈦、以及其他起到輔助作用的微量金屬 元素達(dá)到良好的光催化劑和氧化催化效果。
[0008] 凹凸棒土（Attapulgite)是一種含水鎂鋁碳酸鹽粘土礦物，理想化學(xué)分子式為： Mg5[Al] (Sis02。）（0Η)2(0Η2)4 · H20,凹土晶體結(jié)構(gòu)為：每個單元晶層有上、下兩條硅氧四面體 雙鏈晶片，中間夾5個鋁氧四面體，每個單元層相互間通過氧連接成孔道式的晶體結(jié)構(gòu)， 形成纖維狀的單晶（多呈平直的針狀、棒狀或纖維狀），單晶直徑大多為l〇_25nm，長度為 100-1000nm硅氧四面體活性氧原子的指向（即硅氧四面體的角頂）每四個一組上下交替排 列。由于單晶內(nèi)部是孔道結(jié)構(gòu)，同時，平行排列的納米單晶纖維間也自然形成了眾多的平行 隧道空隙，因而微米級別的凹土內(nèi)的空隙體積占顆?？傮w積的30%以上，內(nèi)部擁有巨大的 比面積，基于這個性質(zhì)，凹土被廣泛用于吸附劑、催化劑及載體、鉆井泥漿增稠劑、黏接劑、 飼料添加劑等。
[0009] 膨潤土是以蒙脫石為主要成分的黏土巖，而蒙脫石則是由兩層硅氧四面體夾一層 鋁氧八面體組成的2 :1型黏土礦物。由于礦物的表面吸附作用、層間陽離子的交換作用、孔 道的過濾作用及特殊的二維納米結(jié)構(gòu)效應(yīng)等，在使用前往往要對天然膨潤土進(jìn)行改性，而 改性的目的和效果將直接影響到實際應(yīng)用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 現(xiàn)有技術(shù)中污水處理催化劑一般只具有單一或定向清除某種污染物的性質(zhì)，如專 門除去水中N、S或P的催化劑，以及專門用于除去污水中重金屬離子的吸附催化劑等，且 現(xiàn)有技術(shù)中的催化劑一般原料和制備成本較高，為克服現(xiàn)有技術(shù)中污水處理催化劑存在的 各種問題，本發(fā)明提供一種價格低廉、性能全面的污水處理復(fù)合催化劑，全面清除水中的多 種污染物，尤其是對水中N、S、P、重金屬離子、染料、微生物、有機污染物、色素的去除效果較 高，并且催化劑可回收利用。另外，本發(fā)明還提供了該催化的制備方法和將其用于污水處理 的簡單、高效的污水處理工藝。
[0011] 本發(fā)明的復(fù)合催化劑由以下成分制成：20-80重量份的釩鈦磁鐵礦，20-80重量份 的凹凸棒土，5-10重量份的膨潤土，1-5重量份的生石灰。其中釩鈦磁鐵礦作為磁性內(nèi)核、 氧化催化活性及光催化活性部分，凹凸棒土起到清除氮、硫、磷和吸附懸浮污染物的作用， 膨潤土與生石灰起到粘結(jié)劑的作用，另外膨潤土的加入顯著改善催化劑的除磷效果，生石 灰對于催化劑的結(jié)構(gòu)起到固化和加強作用，另外其可以提供顯著的堿性殺菌環(huán)境，對于微 生物的清除起到顯著的作用。本發(fā)明中釩鈦磁鐵礦中，1102的光催化活性由于其中微量金 屬元素的輔助作用得到了顯著的增強，相比直接使用Ti02、鐵氧化物的催化劑的效果顯著 增強，而且另外三種組分（凹凸棒土、膨潤土、生石灰）中的化學(xué)成分對其光催化效果以及 氧化催化效果均起到了顯著的促進(jìn)效果。本發(fā)明中，釩鈦磁鐵礦加入量，不但決定了該催化 劑的光催化及氧化清污的效果，還影響到污水處理工藝中該催化劑的磁分離效果，而且經(jīng) 過試驗驗證釩鈦磁鐵礦中鐵氧化物與Ti02的配比恰好在一個比較理想的范圍內(nèi)，簡單地 增加或減少鐵氧化物的含量對于催化劑的活性影響較大。
[0012] 優(yōu)選地，本發(fā)明的復(fù)合催化劑可以由以下成分制成：50-80重量份的釩鈦磁鐵礦， 30-60重量份的凹凸棒土，8-10重量份的膨潤土，1-3重量份的生石灰。
[0013] 本發(fā)明的復(fù)合催化劑的制備方法包括如下步驟：
[0014] a.原料粉碎：將配方量的釩鈦磁鐵礦粉碎至100-200目，將配方量的凹凸棒土、膨 潤土、生石灰分別粉碎成50-100目，
[0015] b.堿洗：用質(zhì)量濃度為5-40%的堿溶液對步驟a的釩鈦磁鐵礦、凹凸棒土、膨潤土 進(jìn)行浸泡，浸泡溫度為40-70°C，浸泡時間為5-24小時，浸泡完成后過濾，用適量水洗滌備 用，
[0016] c.黏合：將步驟b得到的釩鈦磁鐵礦、凹凸棒土、膨潤土依次加入反應(yīng)容器中，將 步驟a所得的生石灰在室溫下與水按照1 : 500的重量比配置成懸濁液，在攪拌條件下將 該懸濁液緩慢加入到反應(yīng)容器中，懸濁液加入完畢后，升溫至70-10(TC攪拌反應(yīng)1-3小時，
[0017] d.干燥：趁熱濾除過量的水，剩余固體在105°C干燥1-2小時，
[0018] e.煅燒：將干燥之后的固體轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，在300-500°C煅燒3-5小時，
[0019] f.成型：煅燒之后的催化劑成為塊狀，采用研磨或機械粉碎將其制成適當(dāng)粒徑和 形狀，既得污水處理復(fù)合催化劑。
[0020] 其中，上述步驟b中所用堿溶液的重量濃度優(yōu)選為10-20%，所用堿為水溶性無機 強堿，優(yōu)選為氫氧化鈉或氫氧化鉀。
[0021] 步驟f中，粒徑優(yōu)選50-200目，而催化劑的形狀可以制成塊狀、條狀或球形（顆粒 型），優(yōu)選為球形。
[0022] 另外，本發(fā)明還提供了一種采用上述復(fù)合催化劑進(jìn)行污水處理的工藝，步驟如 下：
[0023] a.除砂步驟：污水通過進(jìn)水管道進(jìn)入沉積池進(jìn)行靜置、壓濾除去泥砂，泥砂進(jìn)入 泥砂收集池，而除去泥砂后的污水進(jìn)入復(fù)合凈化池，
[0024] b.光照步驟：復(fù)合凈化池中配備有光照設(shè)備、加熱設(shè)備及攪拌設(shè)備，并設(shè)有氧化 劑投料口和催化劑投料口，按照催化劑與污水1 : 500-1000的重量體積比加入權(quán)利要求1 或2的污水處理復(fù)合催化劑，開啟光照設(shè)備，光照射反應(yīng)1-5小時，
[0025] c.氧化步驟：光照反應(yīng)結(jié)束后，通入氣體或液體氧化劑，開啟攪拌設(shè)備，并加熱至 60-80°C進(jìn)行反應(yīng)1-5小時，氧化結(jié)束后污水與復(fù)合催化劑的混合液進(jìn)入磁分離裝置，
[0026] d.磁分離步驟：在磁分離裝置中實現(xiàn)催化劑的回收以及清水的分離，
[0027] e.清水處理及排放：磁分離除去催化劑的清水進(jìn)入清水收集池進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)，并 經(jīng)檢測合格后可排放使用，
[0028] f.催化劑回收步驟：被磁分離的催化劑進(jìn)入催化劑回收池，采用清水進(jìn)行清洗除 去表面的吸附物質(zhì)，