Fenton铁泥组分分析及在废水处理中的应用

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2024-0097

工业水处理 ›› 2024, Vol. 44 ›› Issue (12): 40-49. doi: 10.19965/j.cnki.iwt.2024-0097

Fenton铁泥组分分析及在废水处理中的应用

姜凤成¹^,²(), 徐潇¹, 张传兵², 王明仕¹, 王璐瑶¹, 冯茜茜¹, 王慧芳², 王杰², 郭发扬¹, 徐漫漫², 王娜³^,⁴^,⁵()

^1. 河南理工大学资源环境学院，河南焦作 454003
^2. 华夏碧水环保科技股份有限公司，河南郑州 450016
^3. 石家庄学院地理科学与环境学院，河北石家庄 050035
^4. 河北省污染源智能监控技术创新中心，河北石家庄 050035
^5. 石家庄市污染源智能监控技术创新中心，河北石家庄 050035

收稿日期:2024-10-17 出版日期:2024-12-20 发布日期:2024-06-20
作者简介:
姜凤成（1992— ），博士，讲师。E-mail：fc.jiang@hpu.edu.cn
王娜，硕士，讲师。E-mail：1102271@sjzc.edu.cn。
基金资助:
河南省重点研发专项(231111320200); 河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目(222102320102); 中国博士后科学基金资助项目(2023M731170); 河南省重大科技专项(221100320200); 河南理工大学博士基金项目(39B2022-39); 河南省高等学校重点科研项目计划(24A610006)

Analysis of Fenton iron sludge and application in wastewater treatment

Fengcheng JIANG¹^,²(), Xiao XU¹, Chuanbing ZHANG², Mingshi WANG¹, Luyao WANG¹, Xixi FENG¹, Huifang WANG², Jie WANG², Fayang GUO¹, Manman XU², Na WANG³^,⁴^,⁵()

^1. School of Resources and Environment, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454003, China
^2. Huaxia Besince Environmental Technology Co. , Ltd. , Zhengzhou 450016, China
^3. School of Geographical Science & Environmental, Shijiazhuang College, Shijiazhuang 050035, China
^4. Hebei Pollution Source Intelligent Monitoring Technology Innovation Center, Shijiazhuang 050035, China
^5. Shijiazhuang Pollution Source Intelligent Monitoring Technology Innovation Center, Shijiazhuang 050035, China

Received:2024-10-17 Online:2024-12-20 Published:2024-06-20

摘要/Abstract

摘要：

Fenton铁泥中含有大量的铁元素以及较多的难降解有机物、泥沙、病原体以及重金属，不进行妥善处理会引发二次污染，造成资源浪费。为较全面地总结Fenton铁泥的组成结构并寻求适用于Fenton铁泥的利用途径，梳理了Fenton铁泥的主要组分及其在废水处理中的回用现状；重点对Fenton铁泥在水处理领域中的直接回用、制备絮凝剂、合成类Fenton催化剂、合成吸附剂、应用于厌氧消化等技术的核心方法和优缺点进行介绍；结合Fenton铁泥回用过程中有害物质的副作用及回用的经济性，在兼顾Fenton铁泥资源化用于水处理领域的基础上，指出将Fenton铁泥应用于厌氧消化处理过程中，既可以提高污水处理效率又可以将铁泥中的有害物质转化，有望实现铁泥零排放，是Fenton铁泥资源化利用的一个重要方向。

关键词: Fenton铁泥, 组分分析, 水处理, 固体废物

Abstract:

Fenton iron sludge contains a significant amount of iron, alongside hard-to-degrade organic pollutants, sediments, pathogens, and heavy metals. If not managed properly, these constituents can cause secondary pollution and waste resources. This paper aims to comprehensively summarize the composition of Fenton iron sludge and explore its potential applications. It delves into the primary constituents of Fenton iron sludge and its reutilization in wastewater treatment. The focus lies on core techniques, merits, and drawbacks including direct reutilization, flocculant preparation, Fenton-like catalyst synthesis, adsorbent synthesis, and its application in anaerobic digestion for water treatment. Considering the adverse effects of hazardous substances during Fenton iron sludge reuse and its economic viability, as well as acknowledging its foundational role in water treatment, this study emphasizes that utilizing Fenton iron sludge in anaerobic digestion processes can enhance wastewater treatment efficiency while mitigating harmful substances within the sludge. This approach holds promise for achieving zero discharge of iron sludge and represents a crucial direction for future research.

Key words: Fenton iron sludge, proximate analysis, water treatment, solid waste

中图分类号:

X703

姜凤成, 徐潇, 张传兵, 王明仕, 王璐瑶, 冯茜茜, 王慧芳, 王杰, 郭发扬, 徐漫漫, 王娜. Fenton铁泥组分分析及在废水处理中的应用[J]. 工业水处理, 2024, 44(12): 40-49.

Fengcheng JIANG, Xiao XU, Chuanbing ZHANG, Mingshi WANG, Luyao WANG, Xixi FENG, Huifang WANG, Jie WANG, Fayang GUO, Manman XU, Na WANG. Analysis of Fenton iron sludge and application in wastewater treatment[J]. Industrial Water Treatment, 2024, 44(12): 40-49.

https://www.iwt.cn/CN/Y2024/V44/I12/40

图/表 6

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项目	造纸废水	制浆造纸废水	制浆造纸废水	垃圾渗滤液
Fe质量分数/%	38.18	39.3	26.90	26.817
Mg质量分数/%	3.27
Ni质量分数/%	1.48
Al质量分数/%	1.40		1.72
Zn质量分数/%	0.25
Ca质量分数/%	2.41	0.84	5.55
Si质量分数/%		0.88	0.404
Ti质量分数/%		0.60	0.015 6
Cl质量分数/%			4.73
Na质量分数/%			0.84	9.025
C质量分数/%		9.74	16.1	20.803
H质量分数/%		2.10	3.13	1.249
O质量分数/%		43.8	37.1	36.276
N质量分数/%		1.14	1.41	3.944
S质量分数/%		1.06	1.43	1.586
腐殖酸质量分数/%				0.3
pH				7.2±0.1

项目	造纸废水	制浆造纸废水	制浆造纸废水	垃圾渗滤液
Fe质量分数/%	38.18	39.3	26.90	26.817
Mg质量分数/%	3.27
Ni质量分数/%	1.48
Al质量分数/%	1.40		1.72
Zn质量分数/%	0.25
Ca质量分数/%	2.41	0.84	5.55
Si质量分数/%		0.88	0.404
Ti质量分数/%		0.60	0.015 6
Cl质量分数/%			4.73
Na质量分数/%			0.84	9.025
C质量分数/%		9.74	16.1	20.803
H质量分数/%		2.10	3.13	1.249
O质量分数/%		43.8	37.1	36.276
N质量分数/%		1.14	1.41	3.944
S质量分数/%		1.06	1.43	1.586
腐殖酸质量分数/%				0.3
pH				7.2±0.1

项目	制浆造纸废水	造纸废水	造纸厂废水
有机物质量分数/%		24.51	24.52
Fe₂O₃质量分数/%	43.58	56.06	56.32
SiO₂质量分数/%	0.54	8.28	3.13
Al₂O₃质量分数/%	3.64	3.50	0.61
CaO质量分数/%	1.20	1.17	6.06
P₂O₅质量分数/%	0.84	0.54
MnO质量分数/%	0.01	0.06
MgO质量分数/%	0.23	0.11
TiO₂质量分数/%	1.55	1.32
Na₂O质量分数/%	0.54	0.33
SO₃质量分数/%	43.58	2.63

项目	制浆造纸废水	造纸废水	造纸厂废水
有机物质量分数/%		24.51	24.52
Fe₂O₃质量分数/%	43.58	56.06	56.32
SiO₂质量分数/%	0.54	8.28	3.13
Al₂O₃质量分数/%	3.64	3.50	0.61
CaO质量分数/%	1.20	1.17	6.06
P₂O₅质量分数/%	0.84	0.54
MnO质量分数/%	0.01	0.06
MgO质量分数/%	0.23	0.11
TiO₂质量分数/%	1.55	1.32
Na₂O质量分数/%	0.54	0.33
SO₃质量分数/%	43.58	2.63

回用铁源方法	处理污染物	工艺条件	操作条件	铁回收效果	参考文献
电化学法	合成染料废水	由电解池、Fenton反应池、中和池、沉淀池和酸化池组成	电解池：阴极面积64 cm²，阳极面积6.4 cm²，电流密度30 A/m²，pH=1.0±0.05，电解槽Fenton铁泥总铁质量浓度1 920~11 699 mg/L，COD 183~830 mg/L Fenton反应池：pH=3.0±0.05，水力停留时间（HRT）=10 min 中和池：pH=7.5±0.5，HRT=15 min 沉淀池：沉淀铁HRT=500 min 酸化池：pH=1.0±0.05	电解后Fenton铁泥生成Fe²⁺（质量浓度为318~3 625 mg/L），足够Fenton反应所需Fe²⁺量	〔21〕
电化学法	1，4-二氧六环	顺序处理模式：电化学反应器中依次进行电化学Fenton反应、pH中和、沉淀和再溶解分离处理模式：电化学反应器进行Fenton铁泥再溶解和电Fenton反应，铁回收罐进行中和以及沉淀反应	阴阳极有效表面积72.25 cm²，电极间隙2.0 cm，电流密度2.8 mA/cm²，初始1，4-二氧六环浓度 20 mmol/L，pH=2.5~3，初始Fe³⁺浓度1.0~4.0 mmol/L	顺序处理模式的铁回收率为91%，分离处理模式铁回收率为100%	〔22〕
生物阴极再生Fe²⁺	城市污水中的药物	新型生物阴极：柠檬酸加入双室微生物燃料电池	Fenton铁泥Fe³⁺质量浓度200 mg/L，温度30 ℃，时间27 d，柠檬酸浓度3.6 mmol/L，pH=6.0	Fenton铁泥再生的Fe²⁺质量浓度200 mg/L，铁回收率为100%	〔28〕
还原法	壬基酚乙氧基酯废水	Fenton铁泥在酸性条件下溶解后用FeS还原所得混合液用于Fenton工艺	H₂O₂浓度76.32 mmol/L，n（H₂O₂）/n（Fe²⁺）=3，pH=5，ρ（FeS）=5~50 g/L	FeS还原Fenton铁泥产生一部分Fe²⁺	〔24〕
还原法	2，4，6-三氯苯酚废水	向2，4，6-三氯苯酚溶液中添加单宁酸、铁泥和H₂O₂	温度（21±1） ℃，pH=3.0，n（2，4，6-三氯苯酚）/ n（H₂O₂）=1/10，单宁酸质量浓度10 mg/L，Fenton铁泥铁质量浓度50 mg/L	单宁酸加入后有效提高Fe³⁺/H₂O₂体系的去除效果	〔25〕
制备硫酸亚铁	柠檬酸废水	Fenton铁泥经酸化、还原、加乙醇冷却结晶后得硫酸亚铁晶体	浓硫酸1 mL，酸溶温度70 ℃，乙醇用量 30 mL，冷却结晶时间6 h	Fenton铁泥被有效转化成硫酸亚铁的产率为75%	〔12〕
制备硫酸亚铁	造纸废水	Fenton铁泥经酸化、废铁屑还原、冷却结晶后得硫酸亚铁晶体	25%硫酸40 mL，酸溶温度70 ℃，V _水∶V _乙醇=1∶1，冷却结晶时间6 h	废铁屑酸浸液中Fe³⁺可被100%还原	〔27〕

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Fenton铁泥组分分析及在废水处理中的应用

Analysis of Fenton iron sludge and application in wastewater treatment

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原料	制备方法	处理污染物	反应条件	去除率/%	氧化剂	主要作用机制	重复利用次数	参考文献
Fenton铁泥	高温焙烧	高浓度苯甲酸废水	焙烧时间30 min，焙烧温度350 ℃，ρ（苯甲酸）= 2 g/L，反应时间60 min	61.8	H₂O₂	絮凝、·OH	6次	〔35〕
Fenton铁泥	350~400 ℃ 焙烧	精细化工废水（预处理）	pH=3.0，c（H₂O₂）=10 mmol/L，温度20 ℃，焙烧时间30 min，焙烧温度500 ℃，COD 1 200 mg/L，反应时间30 min	65	H₂O₂	·OH	6次	〔36〕
Fenton铁泥+粉煤灰、煤泥、羧甲基纤维素钠	高温热解	废纸造纸废水	pH=2.5，ρ（催化剂）=15 g/L，COD∶m（H₂O₂）= 1∶1.5，反应时间100 min	66.7	H₂O₂	·OH	5次	〔37〕
Fenton铁泥+CuSO₄	共沉淀法/水热法	苯酚	ρ（苯酚）=250 mg/L，c（H₂O₂）=80 mmol/L，ρ（催化剂）=2 g/L，pH=4.0，反应时间60 min	97	H₂O₂	·OH	5次	〔38〕
Fenton铁泥	高温热解	4-氯苯酚	c（4-氯苯酚）=0.78 mmol/L，ρ（催化剂）=2 g/L，pH=2.0，c（H₂O₂）=30 mmol/L	100	H₂O₂	·OH	5次	〔39〕
Fenton铁泥	热处理工艺	甲基橙	ρ（甲基橙）=50 mg/L，ρ（催化剂）=0.2 g/L，c（H₂O₂）=30 mmol/L，反应时间30 min	92	H₂O₂	·OH、O₂ ^·-	5次	〔40〕
含铜Fenton铁泥	一步焙烧	四环素	ρ（四环素）=10 mg/L，ρ（PMS）=100 mg/L，ρ（催化剂）=0.2 g/L，pH=4.8，反应时间120 min	97.74	PS	O₂ ^·-为主和 ·OH、¹O₂、SO₄ ^·-	5次	〔41〕
Fenton铁泥+污水污泥	热处理工艺	1-H-1，2， 4-三唑（TZ）	ρ（TZ）=30 mg/L，ρ（PDS）=0.5 g/L，ρ（催化剂）=0.9 g/L，温度25 ℃，反应时间60 min	97.6	PS	SO₄ ^-·、·OH为主和O₂ ^·-、¹O₂	5次	〔42〕

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