生物除铁、锰水厂铁泥的物相组成与磁铁氧体转化机理研究

A large amount of backwash wastewater, which discharged directly from groundwater plant for the removal of iron and managanese without using appropriate recycle and treatment method, contained plenty of iron and managanese ions and caused a serious pollution to the water environment. More than 8 hours might be taken to deposite sludge in backwash wastewater. Moreover, the sludge dewatering is a bottleneck due to the numerous fine-grained particles. Heretofore, few reports are available on the backwash wastewater treatment. Hence, this project mainly studies on the iron mud settling process, the phase composition and transition process. The iron flocculation in backwash wastewater and the sludge sedimentation in still water could be explained by investigating the iron speciation and the settling property of backwash wastewater, and then the key factor of iron mud dewatering could also be confirmed by analyzing the ingredient and the phase composition of iron mud during settling process. In addition, the formation process of magnetic ferrite could be completely explained by investigating the phase transition of iron mud in the supercritical chemical reaction. Based on the above researches, this project can offer an approach to enhance the dewatering characteristic of iron mud and provide an effective method to prepare magnetic ferrite using iron mud as raw materials, which is beneficial for backwash wastewater purification and the utilization of iron mud in groundwater treatment plant.

生物除铁、锰水厂的排泥水中含有大量铁、锰离子，直接排放会形成大面积水体污染现象。排泥水沉淀后生成的含铁污泥难于脱水，增大了后续处理的难度。到目前为止，仅有少量应用研究涉及混凝法净化地下水厂排泥水，尚未见到生物除铁、锰水厂铁泥处置的相关报道。本项目以生物除铁、锰水厂铁泥为研究对象，从铁泥的沉淀过程、物相组成与相变规律等方面开展系列研究，重点体现在以下3个方面：分析排泥水中铁的形态分布与沉淀特性，阐明絮凝体生成与铁泥沉淀过程；分析沉淀过程中铁泥的成分和物相组成变化，确定铁泥脱水的限制因子；深入研究脱水铁泥在超临界反应中的相变规律，揭示磁铁氧体形成机制，探索含铁污泥的资源化利用方法。综合上述成果，提出强化铁泥脱水性能的控制方法和超临界反应生成磁铁氧体的调控机制，为地下水厂排泥水深度净化与铁泥资源化利用提供理论指导与技术支持。

地下水厂铁泥来源于水厂日常排放的含有高浓度铁和含铁颗粒的反冲洗废水。反冲洗废水沉淀后，产生的铁泥颗粒细小，容易透过压滤机的滤带或滤布，所以在脱水前需要添加絮凝剂来提高脱水效果。脱水的含铁污泥直接外运填埋，未能合理利用。本文以地下水厂含铁污泥为研究对象，分析了含铁污泥的物相组成，并分别研究了溶剂热法、共沉淀法和水热法制备磁性吸附剂的方法，主要结论如下：.（1）以铁泥为原料，采用NaOH修饰溶剂热法制备了一种磁性吸附剂。添加NaOH强化了铁泥中水铁矿相晶体的溶解再结晶过程，生成更多的Fe3O4。另外，加入NaOH促使铁泥中石英、高岭石和钠长石等杂质的溶解，使磁性吸附剂表面变得粗糙，增大了磁性吸附剂的比表面积，对水中亚甲基蓝的吸附效果更佳。.（2）为纯化铁泥和制备磁性吸附剂，进一步使用酸浸提辅助共沉淀法，制备了系列磁性吸附剂。结果显示，酸浸提的铁泥中，铁主要以Fe(III)离子形式存在；添加抗坏血酸产生类芬顿反应，将铁泥中的Fe(III)还原为Fe(II)，并进一步与溶液的溶解氧反应生成活性自由基或过氧化氢，重新氧化Fe(II)为Fe(III)。在此基础上，使用酸性有机废水浸提铁泥，共沉淀法制备的磁性吸附剂也具有良好的磁响应，对水中亚甲基蓝的最大饱和吸附容量达到56.7 mg/g，是颗粒活性炭的2.5倍，尽管其比表面积为颗粒活性炭的1/3。.（3）为进一步纯化铁泥和获得磁性材料，利用水热法制备了一种磁性吸附剂。铁泥经水热法处理后，生成厚度为10-20nm的圆片状颗粒并团聚，含铁量由16.6 wt.%增大到41.8%，硅和铝的含量分别降低到6.6 wt.%和1.1 wt.%。在水热法中添加抗坏血酸，其与铁泥表面的Fe(III)发生非均相芬顿反应，促进铁泥中亚铁的还原，并与溶液中过量的CO32-结合，生成FeCO3（菱铁矿），进一步被溶液中的氧或H2O2氧化并生成含有-Fe2O3的磁性吸附剂。.通过上述实验，本论文获得了简便纯化地下水厂铁泥方法，制备的磁性吸附剂在染料废水和冶炼废水处理中具有潜在的应用前景。