CN103523969B - 一种去除废水中重金属离子的专用装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种去除废水中重金属离子的专用装置及方法：通过叶腊石+还原铁粉混合粉末填入第一废水处理设备，初步处理重金属；硅烷偶联剂改性叶腊石填入第二废水处理设备，用于吸附未被完全处理的重金属离子及第一废水处理设备中生成的铁离子；磁铁矿滤料填入第三废水处理设备中，用于去除第一废水处理设备中产生的铁离子及混于水中的叶腊石或改性叶腊石粉；再用电化学方法回收重金属；本发明对工业废水中的重金属离子的处理效果可以达到98%以上，本发明所述的吸附饱和的叶腊石及改性叶腊石经过酸性溶液清洗，可将70%以上的重金属离子解吸下来，然后经碱性活化即可循环利用，达到节能减排，资源充分利用的目的。

Description

一种去除废水中重金属离子的专用装置及方法

（一）技术领域

本发明涉及废水中重金属离子回收的方法，特别涉及一种去除废水中重金属离子的专用装置及回收重金属离子、叶腊石、改性叶腊石循环利用的方法。

（二）背景技术

随着我国工业化和城市化进程的高速发展，重金属废水的大量排放使得水源、土壤中的重金属污染变得更加尖锐，加强水污染防治工作已刻不容缓。含重金属离子的工业废水主要来自采矿、电镀、机械加工、金属冶炼及部分化工行业。废水中通常含有Pb、Cu、Cr、Hg、Cd、As、Zn、Co、Ni、Sn、V等。这些污染成分不同于有机污染物，当其排放到环境中后，不能降解成无害的高端产品，只能改变存在形态或被转移稀释，有些重金属离子甚至通过食物链、呼吸或是直接接触的路径而在生物体内富集，对生物和人体健康构成威胁，严重时甚至引起基因突变或诱发癌症。

为保障公众健康，合理、有效的去除水及废水中的重金属成为人类共同关注的重要问题。多年来，人们探索了多种去除重金属的方法，其中包括化学法，离子树脂交换法，电解法，反渗透法，电渗析法，蒸发浓缩法，生物法，吸附法等。化学沉淀法需要的离子浓度较高；离子树脂交换法虽然具有处理量大，出水水质好，重金属可回收利用的优点，但树脂易受污染或氧化而失效，再生频繁，操作费用高；电解法、反渗透法和电渗析法在重金属废水处理中虽占地面积小、技术可靠又不产生二次污染，但对重金属离子浓度有一定限度，膜过于昂贵、分离效率随时间衰减且易破碎，需定期更换，而且不能完全除去某些微粒；生物法适合连续生产，每次生产需培养新的菌种，成本较高，多余菌需灭菌后才能向环境中排放；而吸附法由于操作简单、成本低、可再生、对离子浓度无要求等优点，成为一种倍受关注的重金属废水处理方法。

目前使用的吸附剂种类很多，最常见的是活性炭。活性炭无选择性，可同时吸附多种重金属离子，吸附容量大，但其成本高，使用寿命短，循环利用和操作费用高。因此，使用来源广、价格低廉、吸附性能高及无二次污染的粘土矿物吸附剂已经成为一种研究趋势。这些粘土矿物主要有沸石、膨润土、蒙脱石、高岭石、叶蜡石等。

叶腊石是一类铝硅酸盐矿物，价格低廉、来源丰富、易于加工。天然叶腊石由于具有热稳定性，非膨胀性，耐酸碱腐蚀性且有电负性、离子交换能力和对有机和无机离子的吸附性等优良特性，是最有前途的重金属吸附材料。

叶蜡石是由铝氧八面体和硅氧四面体组成的2:1层状结构的聚合物。在研磨制取叶蜡石粉时，由于层与层之间容易解离而产生一些表面，而其它表面（边缘）的形成是由于离子和共价键的断裂。因此，在水溶液中片的表面是疏水性的，可以充当中性吸附点来吸附非极性有机分子。而一些断裂面由于四面体或八面体层中发生的替换，如Al³⁺替代Si⁴⁺或Mg²⁺，Fe²⁺和Ti²⁺替代Al³⁺形成带负电的位点；其他断裂面由于离子和共价键断裂产生的亲水基团，使叶腊石的边缘部位产生三种类型的边缘结合点：四面体的Si-OH，八面体A1-OH和四面体八面体的过渡位点Si-O-AI，由于在pH=4.5-9时四面体的Si-OH的位点是不带电的，而颗粒边缘处的八面体的配位键AI-OH是带负电荷的，这些带负电荷的结合位点可从水溶液中吸附重金属阳离子。

为提高重金属废水处理效率、加快透水性，可在叶腊石中加入还原铁粉，起到还原、微电极、微搅拌、透水作用，加快叶腊石吸附效果，以提高重金属去除率；也可对叶腊石进行表面有机改性。通过粘土表面的羟基基团，在粘土表面上接枝有机基团，使粘土的表面带有氨基集团，与重金属形成络合物，从而去除重金属。本发明采用的是将还原铁粉与叶腊石原矿直接混合填入第一个填充腔，将N-2（氨乙基）3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂（（CH₃O)₂CH₃SiC₃H₆NHC₂H₄NH₂）（该偶联剂对水无危害）改性的叶腊石填入第二个填充腔，将磁铁矿滤料填入第三个填充腔，彻底清除废水中的重金属离子。

目前大部分工业废水处理技术会造成二次污染，如电镀废水处理过程中产生的电镀污泥及外排含盐量很高的废水；硫化处理过程中产生大量的硫化氢气体且处理污泥中含有大量的砷，铜等重金属离子等。这些都将水污染转化为了土壤污染，未达到根本上的治污效果。本工艺通过回收再利用工序进行废水处理，并将高价重金属离子还原为低价金属离子的还原法，氧化还原置换法，微电极法和吸附法结合，高效率处理重金属离子，然后用电化学方法实现对重金属离子回收，而叶腊石及改性叶腊石可循环利用，避免二次污染。

（三）发明内容

本发明目的是提供一种去除废水中重金属离子的专用装置及重金属的回收方法。通过叶腊石+还原铁粉混合粉末填入第一废水处理设备，初步处理重金属；硅烷偶联剂改性叶腊石填入第二废水处理设备，用于吸附未被完全处理的重金属离子及第一废水处理设备中生成的铁离子；磁铁矿滤料填入第三废水处理设备中，主要用于去除第一废水处理设备中产生的铁离子，及混于水中的叶腊石或改性叶腊石粉，起到水质处理把关作用。吸附饱和后，将叶腊石、改性叶腊石分别进行酸浸，再用电化学方法回收重金属，用去离子水对磁铁矿滤料进行反清洗后再利用。

本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种去除废水中重金属离子的专用装置，所述废水处理专用装置由各自设有出水口和进水口的三个废水处理设备单元依次串连构成，前一个废水处理设备出水口与后一个废水处理设备进水口相连接；所述废水处理设备单元包括进水口，出水口，废水处理设备单元内部设有填充腔室，所述出水口位于废水处理设备单元靠近上方部位，所述进水口位于废水处理设备单元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下缘一直延伸至进水口的下缘，所述出水口处设有水质检测口，所述填充腔室底部铺有滤板（优选多孔陶瓷滤板或多孔玻璃滤板），所述滤板上表面铺有滤布（主要用于预防填充剂泄露），所述滤板的厚度高于填充腔室底端至进水口上缘的高度，所述出水口处设有阻挡填充剂流出的滤纸、滤布或海绵（优选海绵）；所述三个废水处理设备单元结构相同并依次为第一废水处理设备、第二废水处理设备和第三废水处理设备；所述第一废水处理设备内以还原铁粉和叶腊石的混合物为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第二废水处理设备以硅烷偶联剂改性叶腊石为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第三废水处理设备以磁铁矿为滤料填充于填充腔室内。

进一步，所述滤板的厚度与填充腔室高度比为1:6～8（优选1:8）。

进一步，所述滤布为涤纶斜纹滤布（出水口处的滤布与滤板上的滤布相同），通常采用涤纶斜纹滤布——抗磨性强、过滤速度快、寿命长。

进一步，所述海绵为水族过滤棉，透水性可以达到97%。

本发明还提供一种利用所述废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法：（1）将含重金属离子的废水pH值调节至6.0～6.5后泵入第一废水处理设备的进水口，废水流经第二废水处理设备，在第二废水处理设备水质检测口处检测第二废水处理设备出水中金属离子浓度，若出水中金属离子浓度＞0.1mg/L时，将出水再次流经所述第一废水处理设备和第二废水处理设备，反复进行至第二废水处理设备出水中金属离子浓度为＜0.1mg/L时，将废水流经第三废水处理设备去除铁离子，废水达标排放；所述重金属离子为Pb、Cr、Cu、Hg、Cd、As、Zn、Co、Ni、Sn或V（优选Pb或Cu）；

（2）填充剂的回收方法：①将第一废水处理设备中吸附饱和的吸附填充剂或第二废水处理设备中吸附饱和的吸附填充剂浸于pH值为1～3的酸性溶液中，超声振荡1～1.5h（优选1h），（由于还原铁粉在第一废水处理设备中所占的比例很少，而且经过还原、置换反应也要消耗掉一部分，故还原铁粉可以全部溶于酸性溶液中）离心分离，得到上清液a和沉淀a，沉淀a调节pH值至7（优选用2mol/L的氢氧化钠水溶液调节）后用过量的去离子水冲洗，得到上清液b和沉淀b，再在100～110℃（优选90～110℃）真空炉烘干沉淀b，获得回收后的叶腊石或硅烷偶联剂改性叶腊石；②将第三废水处理设备中的磁铁矿滤料用去离子水反冲洗30～40min，流速为30～40m/h，回收再利用。

（3）金属离子回收：将步骤（2）中的上清液a和上清液b合并作为电解液置于电解槽中，以与所述的重金属离子一致的重金属为阴极，以石墨电极为阳极，在50～70℃（优选60℃）恒温水浴中进行电沉积，电沉积完全后，将阴极板依次用去离子水、无水乙醇洗涤，干燥，获得与所述重金属离子相对应的重金属板；将电解后的电解液及步骤（2）磁铁矿滤料反复冲洗后的洗涤液合并，加入10mol/L氢氧化钠水溶液，室温静置沉淀，直到沉淀不析出为止，去除铁离子。

进一步，步骤（1）所述第一废水处理设备内的填充剂为原铁粉和叶腊石以质量比1:14～1:20(优选1:14）的混合物。

进一步，步骤（1）所述改性叶腊石按如下步骤制备：1）向氨基硅烷偶联剂中缓慢滴加去离子水，超声震荡至溶液均匀澄清后即得到了偶联剂的水解产物，向水解产物中加入体积终浓度为50%的无水乙醇稀释，获得表面改性剂；所述去离子水与偶联剂质量比为1～2:1（优选1.18:1）；

2）将叶腊石在500r/min下机械球磨6h，制得叶腊石粉；将叶蜡石粉在120℃烘箱内预干燥30min后用无水乙醇润湿叶腊石到糊状为止，放在60～65℃恒温水浴中磁力搅拌，缓慢滴加步骤1）制备的表面改性剂，搅拌60min后在110℃烘箱内干燥90min，即得到了硅烷偶联剂改性叶蜡石；所述氨基硅烷偶联剂占叶蜡石粉质量的1.6%。

进一步，步骤（2）所述酸性溶液为2mol/L盐酸水溶液，用于解析吸附剂上的重金属，溶解未反应的微量还原铁粉；所述碱性溶液为2mol/L的氢氧化钠水溶液，用于中和沉淀中的盐酸，所加碱的量根据pH判断，pH接近7时停止加碱。

本发明所述重金属离子回收中，当上清液中含有多种重金属离子时，可根据各金属离子的平衡电势高低来确定重金属离子的析出顺序，在相应的电压下，选用不同的金属阴电极对重金属离子进行电沉积以达到分离回收目的。

与现有的废水处理技术相比，本发明的创新主要体现在：

（1）填充剂中的还原铁粉可以：①将高价有毒的重金属离子还原为低价重金属离子，易于改性叶腊石的吸附；②将一部分强氧化性的金属离子从溶液中置换出来，对Cr⁶⁺、Pb²⁺和As³⁺的处理效果尤为明显，这时被还原的金属与铁粉之间可以构成粉末微电极，以废水为电解质溶液对其它金属进行电解；③粉末微电极引起的离子迁移也能起到轻微搅拌作用，促进改性叶腊石对未能置换的金属离子的吸附效果；④去除水中强氧化性的金属氧化物颗粒；⑤抑制微生物生长。

（2）本发明以叶腊石及改性叶腊石作为吸附剂，叶腊石来源丰富、价格低廉，易于加工，制备工艺简单。叶腊石具有与蒙脱石类似的四面体-八面体-四面体构成的层状结构，但却具有非膨胀性，耐热稳定性，耐酸碱性和吸附性，可以有效的吸附废水中铁粉未能置换的重金属离子、铁离子及有机物，而且可以循环使用，不会产生二次污染。

（3）氨基硅烷偶联剂上的N原子可提供孤对电子，从而与受体金属结合成配合物；同时，氨基水解成碱性，与酸性的重金属离子发生中和而生成络合物吸附在改性叶腊石表面。

（4）本发明对工业废水中的重金属离子的处理效果可以达到98%以上。

（5）本发明所述的吸附饱和的叶腊石及改性叶腊石经过酸性溶液清洗，可将85～91%的重金属离子解吸下来，然后经活化即可循环利用，达到节能减排，资源充分利用的目的。

（6）本发明废水处理装置中的磁铁矿滤料强度高、滤速快、截污能力强、反冲洗时不易混层、使用周期长等特点。对除铁、除氟及除水中的悬浮物的效果也很明显，能起到处理水质最后把关的作用。

（四）附图说明

图1为本发明废水处理设备单元：1为进水口，2-1为滤纸，2-2为海绵，3为填充腔室（高度为80mm，直径55mm）；4为出水口，5为水质检测口。

图2为本发明废水处理专用装置：1为进水口，4为出水口，a为第一废水处理设备，b为第二废水处理设备，c为第三废水处理设备。

图3为回收叶腊石流程图。

图4为电沉积装置图：1-直流稳压电，2-电解质，3-1电极，3-2电极。

图5为X射线衍射图谱（XRD），a为叶腊石的XRD图谱和b为改性叶腊石的XRD图谱。

图6红外吸收谱图（IR），a为叶腊石的IR图谱，c为硅烷偶联剂的IR图谱，b为改性叶腊石的IR图谱。

图7扫描电镜图（SEM），a为叶腊石的SEM图谱，b为改性叶腊石的SEM图谱。

图8为Pb标准液的阳极溶出伏安法拟合直线。

图9为Cu标准液的阳极溶出伏安法拟合直线。

（五）具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1  填充剂的制备

以粒径范围为小于0.18mm的天然叶腊石为原料，N-2（氨乙基）3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶联剂为改性试剂。

在50ml的烧杯中加入0.8g氨基硅烷偶联剂，然后缓慢滴加0.95g去离子水，室温下搅拌至溶液均匀澄清后即得到了硅烷偶联剂水解后的产物（CH₃OH)₂CH₃SiC₃H₆NHC₂H₄NH₂。向水解产物中加入体积终浓度为50%的无水乙醇进行稀释，作为叶腊石表面改性剂。

将叶腊石放入玛瑙罐中（球磨介质为玛瑙球），用QM-3SP4行星式球磨机在500r/min（正反转/5min）下进行机械球磨，球磨时间为6h，制得叶腊石粉；将50g叶蜡石粉在120℃烘箱内预干燥30min备用；用90～100ml无水乙醇润湿叶腊石粉到糊状为止，放在60～65℃恒温水浴中磁力搅拌，再缓慢滴加水解后的偶联剂产物，搅拌60min后在110℃烘箱内干燥90min，这样即得到了硅烷偶联剂改性叶蜡石。

叶腊石及改性叶腊石的X射线衍射图谱分别见图5中的a、b所示；叶腊石、硅烷偶联剂和改性叶腊石的FTIR图见图6所示；叶腊石及硅烷偶联剂改性叶腊石的SEM图谱分别见图7中的a、b所示。

由X射线衍射图谱（图5中的a、b）可以看出叶腊石结晶的程度及叶腊石表面的有机纳入量。从相对应的（001），（002）和（003）面衍射峰及其他衍射峰的减弱情况，说明偶联剂包覆到了叶蜡石表面。但叶蜡石结构没有发生改变，因为表面改性叶蜡石衍射峰的位置没有改变。

FTIR图（图6）中的3530cm-1处的-OH基团的出峰情况，3170cm-1处的C-H的出峰情况，和1610cm-1处的C-NH-C的出峰情况，可以看出偶联剂以化学键的方式吸附到了叶腊石表面。

SEM图（图7）中叶腊石表面覆盖了一层薄膜，与XRD、FTIR数据分析相吻合。

实施例2

（1）废水处理专用装置（图2）：所述废水处理专用装置由各自设有出水口和进水口的三个废水处理设备单元依次串连构成，前一个废水处理设备出水口与后一个废水处理设备进水口相连接；所述废水处理设备单元（图1）包括进水口1，出水口4，废水处理设备单元内部设有填充腔室3（高度为80mm，直径55mm），所述出水口位于废水处理设备单元靠近上方部位，所述进水口位于废水处理设备单元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下缘一直延伸至进水口的下缘，所述出水口处设有水质检测口5，所述填充腔室底部铺有多孔玻璃板（高度为10mm），所述多孔玻璃板的上表面铺有涤纶斜纹滤布2-1，所述多孔玻璃板的厚度高于填充腔室底端至进水口上缘的高度，所述出水口处设有阻挡填充剂流出的水族海绵2-2；所述三个废水处理设备结构相同并依次为第一废水处理设备、第二废水处理设备和第三废水处理设备；所述第一废水处理设备内以质量比1:14的还原铁粉和叶腊石的混合物为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第二废水处理设备以实施例1方法制备的硅烷改性叶腊石为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第三废水处理设备c以磁铁矿（由温县恒大净水材料厂生产）为滤料填充于填充腔室内。

（2）废水处理方法：分别将含20mg/L、50mg/L铅离子的废水pH值调节至6.0～6.5后泵入第一废水处理设备的进水口，废水流经第二废水处理设备，在第二废水处理设备水质检测口处检测出水中铅离子浓度，若出水中铅离子浓度＞0.1mg/L时，将出水再次流经所述第一废水处理设备和第二废水处理设备，反复进行至第二废水处理设备水质检查口处出水中铅离子浓度为＜0.1mg/L时，将废水流经第三废水处理设备去除铁离子，废水达标排放。

（3）填充剂的回收：当含铅离子的废水流经第一废水处理设备进水口和第二废水处理设备，在第二废水处理设备水质检测口处的铅金属离子浓度不再改变时（可以通过电化学工作站测试无明显铅离子还原峰），表明吸附剂吸附达到饱和。将第一废水处理设备中吸附饱和的叶腊石填料及剩余的还原铁粉浸于2mol/L盐酸水溶液中，振荡1h，还原铁粉完全溶解，离心分离，得到上清液a和沉淀a，在沉淀a中加入2mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌，到pH为7（中性）时，停止加碱，用去离子水洗涤，110℃干燥即获得再生的叶腊石；将第二废水处理设备中吸附饱和的改性叶腊石浸于2mol/L盐酸水溶液中，振荡1h，离心分离，得到上清液b和沉淀b，沉淀b加入2mol/L的氢氧化钠水溶液，搅拌，到pH为7（中性）时，停止加碱，再用去离子水洗涤后，110℃真空炉烘干，获得再生的改性叶腊石，回收重复利用。将第三废水处理设备中磁铁矿通入去离子水，流速控制在30～40m/h反冲洗30～40min后，循环利用。

（4）金属离子回收：将步骤（3）获得的上清液a和上清液b合并进行阳极溶出伏安法分析（对照阳极溶出伏安法中出峰的位置，确定重金属的种类，根据重金属离子制备的拟合直线方程求出上清液中所对应的重金属离子浓度）并作为电解液置于电解槽中，以铅板为阴极，以石墨电极为阳极，在60℃恒温水浴中进行电沉积，电沉积完全后，将阴极（铅板）依次用去离子水、无水乙醇洗涤至铅板上无附着物，25～30℃干燥，获取单质铅。铅离子的回收率可达到93%。

（5）将电解后的电解液及磁铁矿滤料反冲洗后的洗涤液合并，加入10mol/L氢氧化钠溶液，直到沉淀不析出为止，去除铁离子。

为检测处理后的水中铅离子的含量，首先配置不同浓度的铅离子溶液，获得Pb²⁺标准液的阳极溶出伏安法拟合直线如图8所示；Pb²⁺标准液的阳极溶出伏安法拟合直线如图8所示；Pb拟合后的直线方程为：Y=15.39104x+7.39798。吸附前后的铅离子浓度的结果见表1。

表1阳极溶出伏安法测试结果

/表示未检出（低于检出限）检出限：0.01mg/L

根据阳极伏安法分析，第三废水处理设备流出的溶液在铁离子电位上所对应的峰不明显，说明铁离子已经被处理到可达标排放。

实施例3

废水处理专用装置及处理方法、吸附剂回收方法同实施例2，将废水改为含20mg/L、50mg/L铜离子的废水；

金属离子回收方法同实施例2，以铜板为阴极，以石墨电极为阳极，在60℃恒温水浴中进行电沉积，电沉积完全后，将阴极（铜板）依次用去离子水、无水乙醇洗涤，干燥，获取单质铜，铜的回收率可达到90%。

电解后的电解液及磁铁矿滤料反冲洗后的洗涤液的处理同实施例2，加入高浓度氢氧化钠溶液，直到沉淀不析出为止，去除铁离子。

为检测处理后的水中铜离子的含量，首先配置不同浓度的铜离子溶液，绘制的Cu²⁺标准液的阳极溶出伏安法拟合直线如图9所示；拟合后的直线方程为：Y=0.13396x+0.29014，通过拟合后的方程求出铜离子浓度，所得结果见表2。

表2阳极溶出伏安法测试结果

/表示未检出（低于检出限）检出限：0.01mg/L

根据阳极伏安法分析，第三废水处理设备流出的溶液在铁离子电位上所对应的峰不明显，说明铁离子已经被处理到可达标排放。

Claims (10)

1.一种去除废水中重金属离子的专用装置，所述废水处理专用装置由各自设有出水口和进水口的三个废水处理设备单元依次串连构成，前一个废水处理设备出水口与后一个废水处理设备进水口相连接；所述废水处理设备单元包括进水口，出水口，废水处理设备单元内部设有填充腔室，所述出水口位于废水处理设备单元靠近上方部位，所述进水口位于废水处理设备单元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下缘一直延伸至进水口的下缘，其特征在于：所述出水口处设有水质检测口，所述填充腔室底部铺有滤板，所述滤板上表面铺有滤布，所述滤板的厚度高于填充腔室底端至进水口上缘的高度，所述出水口处设有阻挡填充剂流出的滤纸、滤布或海绵；所述三个废水处理设备单元相同并依次为第一废水处理设备、第二废水处理设备和第三废水处理设备；所述第一废水处理设备内以还原铁粉和叶腊石的混合物为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第二废水处理设备以硅烷偶联剂改性叶腊石为吸附填充剂填充于填充腔室内，所述第三废水处理设备以磁铁矿为滤料填充于填充腔室内。

2.如权利要求1所述去除废水中重金属离子的专用装置，其特征在于所述滤板的厚度与填充腔室高度比为1:6～8。

3.如权利要求1所述去除废水中重金属离子的专用装置，其特征在于所述滤布为涤纶斜纹滤布。

4.如权利要求1所述去除废水中重金属离子的专用装置，其特征在于所述海绵为水族过滤棉。

5.一种利用权利要求1所述废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法：其特征在于所述方法为：(1)废水处理：将含重金属离子的废水pH值调节至6.0～6.5后泵入第一废水处理设备的进水口，废水流经第二废水处理设备，在第二废水处理设备水质检测口处检测第二废水处理设备出水中金属离子浓度，若出水中金属离子浓度＞0.1mg/L时，将出水再次流经所述第一废水处理设备和第二废水处理设备，反复进行至第二废水处理设备出水中金属离子浓度为＜0.1mg/L时，将废水流经第三废水处理设备去除铁离子，废水达标排放；所述重金属离子为Pb、Cr、Cu、Hg、Cd、As、Zn、Co、Ni、Sn或V；

(2)填充剂的回收：①将第一废水处理设备中吸附饱和的吸附填充剂或第二废水处理设备中吸附饱和的吸附填充剂浸于pH值为1～3的酸性溶液中，超声振荡1～1.5h，离心分离，得到上清液a和沉淀a，沉淀a调节pH至7后用去离子水冲洗，得到上清液b和沉淀b，再在100～110℃真空炉烘干沉淀b，获得回收后的叶腊石或硅烷偶联剂改性叶腊石；②将第三废水处理设备中的磁铁矿滤料用去离子水反冲洗30～40min，流速为30～40m/h，回收再利用；

(3)金属离子回收：将步骤(2)中的上清液a和上清液b合并作为电解液置于电解槽中，以与所述的重金属离子一致的重金属为阴极，以石墨电极为阳极，在50～70℃恒温水浴中进行电沉积，电沉积完全后，将阴极板依次用去离子水、无水乙醇洗涤，干燥，获得与所述重金属离子相对应的重金属板。

6.如权利要求5所述利用废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法，其特征在于步骤(1)所述硅烷偶联剂改性叶腊石按如下步骤制备：1)向氨基硅烷偶联剂中缓慢滴加去离子水，超声震荡至溶液均匀澄清后即得到了偶联剂的水解产物，向水解产物中加入体积终浓度为50％的无水乙醇稀释，获得表面改性剂；所述去离子水与偶联剂质量比为1～2:1；

2)将叶腊石在500r/min下机械球磨6h，制得叶腊石粉；将叶蜡石粉在120℃烘箱内预干燥30min后用无水乙醇润湿叶腊石到糊状为止，放在60～65℃恒温水浴中磁力搅拌，缓慢滴加步骤1)制备的表面改性剂，搅拌60min后在110℃烘箱内干燥90min，即得到了硅烷偶联剂改性叶蜡石；所述氨基硅烷偶联剂占叶蜡石粉质量的1.6％。

7.如权利要求5所述利用废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法，其特征在于步骤(1)所述第一废水处理设备内的填充剂为原铁粉和叶腊石以质量比1:14～20的混合物。

8.如权利要求5所述利用废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法，其特征在于步骤(1)所述金属离子为铅离子或铜离子。

9.如权利要求5所述利用废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法，其特征在于步骤(2)所述酸性溶液为2mol/L盐酸水溶液，所述沉淀a用2mol/L的氢氧化钠水溶液调节pH至7。

10.如权利要求5所述利用废水处理专用装置处理废水并回收金属离子的方法，其特征在于步骤(3)所述电沉积温度为60℃。