用直接还原铁替代铁屑用于水处理的优越性
2010-04-26 17:55:15   来源： ()　   评论：0 点击：

     铁屑用于污水处理在国内外已经有多年的历史，但是，由于铁屑本身化学成分复杂、组织结构细密，导致反应速度慢、反应柱易堵塞、对高浓度废水处理效果差，而且铁屑用量大、投资、运行费用相对较高。直接还原铁（以下简称DRI）因其比表面积远远大于铁屑（铁屑的5～10万倍）,近年来，用DRI取代金属铁屑用于污水处理，取得了很好的效果，国内外这方面的例子越来越多。以下是部分应用情况介绍。

       1.DRI用于锅炉水除氧 溶解氧的存在是钢铁管件和锅炉被腐蚀的主要原因之一。DRI作为除氧，就其本质而言是由传统的铁屑除氧发展来的。但与铁屑相比，DRI其比面积大得多,活性铁含量高,表面能高且为多孔颗粒状,抗压强度高,理性能好,可采用固定床操作方式除氧,同时还具有反冲洗频率低,再生效果好,节能、高效、无毒无害、不污染环境等特点,可广泛应用于冶炼设备、冷却水循环系统和锅炉热力系统的防腐,其处理后的出水溶解氧含量不超过0. 05mg/L。这一技术在国内已广泛应用。

      2. DRI用于含油污水处理 有人利用DRI对含油废水进行了试验研究,取得良好效果。当含油污水以水力停留时间0. 5h自上而下流经滤床时,油和COD去除率分别达65% ～80%。该过程是电化学吸附、氧化还原、物理吸附以及絮凝沉淀的共同作用的结果。该方法设备简单,投资省,原料易得,且易工业化,值得推广于含油污水的处理。

       3.DRI用于含磷废水处理 采用DRI对兰州黄河水(磷含量0. 0651mg/L)及水和生活污水(磷含量为0. 7122mg/L ) 进行了处理,对磷的去除率分别为82. 33% , 92%. 69% ,效果明显。

       4.DRI用于电镀废水处理 DRI对电镀废水中的Cr3 + 、Cr6 + 、氰化物等有一定的吸附作用。对Cr6 +的吸附属于Ⅰ型吸附,可用弗兰德利希吸附等温线来分析,对Cr6 +的吸附去除率在10%左右。DRI在电镀废水中会形成原电池。在电池反应中铁被腐蚀消耗,失去电子生成二价铁离子,在有阴离子或酸根离子(如Cl- 、SO2 -4 等)存在的情况下形成Fe2 +的凝胶中心,是很好的络合剂;同时Fe2 +也进一步被氧化成Fe3 + ,还原废水中的Cr6 + ,降低毒性; DRI作为廉价的电子提供者,在自身被还原的同时还可还原电镀废水中的氰化物,生成了无毒的氮气,从而去除氰化物的污染。采用DRI处理电镀废水,内电解法净化占主导因素,而吸附作用贡献较小。海绵铁对Cr ( Ⅵ)的去除效果受初始浓度、pH值、温度以及海绵铁粒径等因素的影响,处理反应可用准一级反应动力学描述。DRI处理电镀废水已成功应用于铁道部四方车辆厂。该厂采纳了兰州天际环保有限公司提出的以“高效海绵铁微电解反应器+斜板沉淀+深度净水器”为主体的工艺路线, 2000 年4 月投入生产。该污水经海绵铁处理后排放口废水符合《污水综合排放标准(GB897821996) 》一级标准中对铬的要求。

        5. DRI用于印染废水处理 研究表明,废水色度小于3000倍,pH值在5～6,投加粒径在1. 20～1. 45mm的DRI10g,反应50min时,对100mL印染废水可达到90%以上的脱色率; 对活性艳红K22BP具有较高的脱色率,在10、30、60min脱色率分别为58. 78% , 85. 2%和93. 89%。

       6. DRI用于洗浴废水处理 研究结果表明,当铁锰比为6∶1、反应时间为60min时,采用粒径为1. 45～2mm的海绵铁15g处理100mL LAS含量为5.8mg/L的洗浴废水, LAS的去除率可达83. 8%,处理后水中LAS含量低于1mg/L,达到中水回用水质标准。

       7. DRI用于去除水中硝酸盐 研究表明，溶液pH、进水硝酸盐浓度、DRI粒径及添加锰砂对硝酸盐还原效果有重要影响。进水pH值低有利于硝酸盐的还原,pH = 5时对硝酸盐的去除效果较好。进水硝酸盐浓度在11～442mg/L时, 1gDRI还原硝酸盐的量最初随着进水浓度的增加而逐渐增加。DRI粒径越小单位质量海绵铁还原硝酸盐的能力越强。锰砂的添加使DRI还原硝酸盐的能力大幅度提高。

       8. DRI用于去除水中有机物 DRI作为一种多孔金属材料,具有巨大的比表面积,可作为生物膜生长的载体。J IANG Fan  等采用激光共聚焦显微镜对海绵铁、锰铁、硅铁等多孔金属载体表面状况进行描述,并进行了浸润和挂膜试验。结果表明多孔金属表面粗糙,有许多孔隙,适合微生物附着;挂膜效果除了与表面状况相关外,还与材料主要成分的分子量有关。试验表明DRI生物载体填料可以大大提高反应器的处理效果,特别是脱氮除磷的效果,且处理效果与DRI载体的投加量密切相关,当DRI加量为67g/L 时COD 的去除率最高,为100g/L 时, TN的去除率最高。DRI生物载体填料具有广阔的开发研究前景。DRI与陶粒混合质量比为1∶3、HRT = 1. 0h时,对CODCr和色度的去除效果。结果表明,该混合填料曝气生物滤池对CODCr、色度的去除率均能达到40%以上,运行效果稳定,并可有效地避免单纯DRI填料的板结。

       9.DRI用于强化预处理制药废水 中国海洋大学采用DRI+Fenton对医药化工有限公司生产废水COD=2700～3200mgL，pH=7.5，色度为400～500倍作为研究对象，DRI的投加量为150gL时。通过DRI静态试验测出COD和色度的去除率分别为64.29﹪和20﹪. 

      此外，DRI作为铁屑的替代品还可用于食品、医药、化工、石油开采等诸多领域。

      总之，在水处理、尤其是污水处理领域，凡是可以采用铁屑的工艺，都可以代之以DRI。而且工程投资、运行成本、处理效果等方面，DRI与铁屑相比都具有绝对的优势，需要特别注意的是，当前市场上供应的DRI鱼龙混杂，选用时要特别注意。凡使用隧道窑生产的DRI（目前我国生产的DRI90%是这种工艺），因其强度太低，组织过于疏松，反洗时极易粉化，导致消耗量加大，不适合用于污水处理。这种DRI更不能用作锅炉除氧剂，否则可能因其易于粉化的弱点造成锅炉水管堵塞而酿成事故。