CN103693726A

CN103693726A - 超导hgms-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法

Info

Publication number: CN103693726A
Application number: CN201310666381.2A
Authority: CN
Inventors: 李素芹; 胡彬彬; 熊国宏; 钱鑫
Original assignee: BEIJING MAIERDE TECHNOLOGY Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: BEIJING MAIERDE TECHNOLOGY Co Ltd; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: CN103693726B

Abstract

一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，属于资源与环境领域。结果表明，采用超导HGMS-活性炭耦合工艺的最佳工艺参数为：负活性炭投加量范围为0.1-0.9g/ml，磁场梯度范围为3-5T，静置时间范围为1-15分钟，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i不大于5，高浓度含砷废水中脱除砷3678.47mg/L，废水中砷离子去除率达到74.65%以上。操作方法如下：向重金属废水中投加适量活性炭后搅拌均匀，将废水注入放置入超导高梯度磁场中反应槽内，静置一段时间即可。处理前无需预处理，不调节废水pH值。在超导HGMS-活性炭耦合工艺条件下活性炭的饱和吸附量为6-8mg/g（1g活性炭吸附的砷离子量），可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。

Description

超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法

技术领域：

本发明属于资源与环境领域，涉及利用超导HGMS(High Gradient Magnetic Separation)技术与活性炭吸附的耦合工艺，可实现废物处理及资源化利用。特别适合于酸性高浓度含砷重金属废水的处理与回用。

背景技术：

重金属废水主要来源于电镀、冷轧钢及有色金属冶炼厂等，废水中含有的铬(Cr)、砷(As)、镉(Cd)、锌(Zn)、镍(Ni)等重金属离子具有难降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特点，微量即可产生毒性效应，危害极大，对其进行高效治理已迫在眉睫。

超导高梯度磁分离(HGMS)技术以其投资省、占地小、低能耗、低成本、高效率在资源、环保领域显示优势，处理速度是常规方法的5倍。但此技术对高浓度离子态物质的分离与去除效果不佳。超导技术的引入克服了HGMS方法仅靠聚磁介质来提高磁场梯度，对弱磁及非磁性物质无能为力的缺陷，其具有超强污染物去除功能，使HGMS技术的应用领域不断扩大。由于钢铁工业废水中具有大量磁性微粒，可以直接采用HGMS去除，简单方便。我国上海的第一、第五钢铁厂及宝钢都采用了高梯度磁滤法处理轧钢废水。高梯度磁过滤还可以用于发电厂及其它热电厂的蒸汽冷却循环水处理，从中去除细粒铁磁性氧化物(Fe₃O₄，λ-Fe₂O₃和α-Fe₂O₃)、铁磁性或顺磁性放射性金属元素及化合物。去除重金属离子一直是高梯度磁分离处理工业废水的研究重点。对于含Ni²⁺电镀废水，2002年孙水裕等分两步进行了磁种凝聚/磷分离技术处理Ni²⁺电镀废水试验,处理后废水中Ni2+的去除率达到99%以上，出水Ni²⁺为0.42mg/L；2012年李素芹、王俏等将超导-HGMS技术应用于冶金除尘废水处理，SS去除率接近100%，通过絮凝强化作用可实现纳米级弱磁及无磁性污染物的脱除；分离提取提钒残渣和除尘灰中有价物质，钒渣提取物中氧化铁可达56%，V2O5达4%左右；除尘灰提取物中Fe₂O₃可达56.29%、ZnO达18.61%。

目前，活性炭吸附法在重金属废水处理方面也逐步开始工业化应用，取得较好的效果。已有的研究结果表明活性炭对铅、镉、铜、锌等重金属离子有很好的吸附效果，当pH>5时对重金属离子的去除率均达到98％以上，铜离子的活性炭最佳用量是0.3000g，铅、镉和锌的活性炭最佳用量均为1.000g。铜、铅、镉和锌离子的吸附平衡时间分别为3.5h、1h、1.5h和1.5h。但活性炭吸附存在价格贵、寿命短、成本高，需再生，特别是污染转移等缺馅，限制其规模化应用。

针对以上优缺点及重金属废水呈酸性高浓度砷含量的水质特点，为高效去除废水中重金属离子高效去除，发明一种耦合工艺方法，使之在药品使用剂量小，反应时间短，设备操作简单环节下就能实现重金属废水的高效处理。

发明内容：

本发明目的是为了提高含砷重金属废水的处理效果，特别砷是浓度大于1000mg/L的高浓度含砷重金属废水。针对重金属废水水质特点，发明一种超导HGMS-活性炭吸附耦合工艺，使之无需进行预处理，简单操作条件下即可脱除大量重金属离子。比单独采用吸附技术操作简单，处理效率高。通过多组正交试验，探讨了活性炭的投加量、反应时间、磁场强度等因素对重金属离子去除率的影响。所述方法为：向重金属废水中投加适量活性炭后注入置放于高梯度磁场的反应槽中，静置一段时间即可从含砷废水中脱除砷0.3-3678mg/L。处理前无需预处理，不调节废水pH值。

进一步地，活性炭投加量为0.1-0.9g/ml，优选0.6-0.9g/ml。

进一步地，超导高梯度磁场强度为3.0-5.0T，优选4T。

进一步地，在磁场中的静置时间为1-15min，优选10-15min。

进一步地，所用设备包含，反应槽、反应槽进水口、反应槽出水口、围绕在反应槽外的超导高梯度磁场发生器，其中磁场发生器与反应槽壁距离i不大于70mm，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i不大于5，优选3-4。

进一步地，活性炭的饱和吸附量为6-8mg/g（1g活性炭吸附的砷离子量），可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。

向重金属废水中投加适量活性炭，放入磁场中静置一段时间取出即可。在运用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水中，无需对废水进行预处理，处理时间短，处理前无需调节废水pH值。结果表明，在最佳工艺参数条件下，采用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理效果好。重金属原水中砷离子浓度为4940.87mg/l，15分钟内即可从高浓度含砷废水中脱除3678.47mg/L，废水中砷离子去除率达到74.65%以上。在超导HGMS-活性炭耦合工艺条件下活性炭的饱和吸附量为6-8mg/g（1g活性炭吸附的砷离子量），可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。

附图说明：

图1磁场中的反应装置,1为进水口、2为出水口、3为反应槽、4为左磁场、5为右磁场

图2.超导HGMS-活性炭耦合工艺静态条件下吸附材料投加量对处理效果的影响

图3.超导HGMS-活性炭耦合工艺静态条件下磁场强度对处理效果的影响

图4.对比静态无磁场条件下静置与超导HGMS-活性炭耦合静态工艺对处理效果的影响

图5.处理前后活性炭电镜形貌

具体实施方式：

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

在设计试验过程中针对所用废水砷离子浓度，经过大量单因素试验及各因素组合影响试验确定每个因素最佳变量范围，即活性炭投加量范围0.1-0.8g/ml，磁场强度范围3-5T，反应时间范围1-15min。后设计正交试验，即三种因素的交互影响。

砷离子浓度（mg/L）	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	对比例
										处理前（mg/L）	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87	4940.87
处理后（mg/L）	3522.3	1262.4	1302.4	2345.1	2327.1	2432.9	2531.7	2455.1	4453.6

实施例1：

取一定量的重金属废水，加入0.1g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置6min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为5，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为3522.3mL/L，处理效果达到28.71%

实施例2：

取一定量的重金属废水，加入0.6g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置15min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为3，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为1262.4mL/L，处理效果达到74.65%。

实施例3：

取一定量的重金属废水，加入0.9g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置10min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为4，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为1302.4mL/L，处理效果达到73.64%。

实施例4：

取一定量的重金属废水，加入0.6g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置3min，磁场强度为3T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为5，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为2345.1mL/L，处理效果达到50.35%。

实施例5：

取一定量的重金属废水，加入0.6g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置10min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为3，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为2327.1mL/L，处理效果达到52.9%。

实施例6：

取一定量的重金属废水，加入0.6g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置8min，磁场强度为5T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为4，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为2432.9mL/L，处理效果达到50.76%。

实施例7：

取一定量的重金属废水，加入0.4g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置1min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为5，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为2531.7mL/L，处理效果达到48.76%。

实施例8：

取一定量的重金属废水，加入0.6g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在磁场中静置5min，磁场强度为4T，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为3，测处理后水样中的砷离子浓度。处理后砷粒子浓度为2455.1mL/L，处理效果达到最佳50.31%。

实施例9：

取一定量的含镉离子的重金属废水，其镉离子浓度为4940.87mL/L，加入0.7g/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在3.5T磁场中静置10min，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为3，测处理后水样中的镉离子浓度。处理后镉粒子浓度为1964.5mL/L,达到60.2%。

实施例10：

取一定量的含铬离子的重金属废水，其铬离子浓度为4940.87mL/L，加入0.7/ml的活性炭，通过控制流量蠕动泵注入磁场的反应槽中，在4.5T磁场中静置7min，反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i为4.5，测处理后水样中的铬离子浓度。处理后铬粒子浓度为1678.2mL/L,达到66.0%。

对比例：

非磁场条件下处理效果，取一定量的重金属废水，加入0.9g/ml活性炭，静置15min，砷离子去除率达到9.8%。

Claims

1.一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于所述方法为：向重金属废水中投加适量活性炭后注入置放于高梯度磁场的反应槽中，静置一段时间，处理前无需预处理，不调节废水pH值，活性炭投加量为0.1-0.9g/ml。

2.根据权利要求1所述的一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于活性炭投加量为0.6-0.9g/ml。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于超导高梯度磁场强度为3.0-5.0T，优选4T。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于在磁场中的静置时间为1-15min，优选10-15min。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i小于5，优选3-4。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种利用超导HGMS-活性炭耦合工艺处理重金属废水的方法，其特征在于在超导HGMS-活性炭耦合工艺条件下活性炭的饱和吸附量为6-8mg/g，可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。