发明内容:
1、发明要解决的技术问题
针对现有技术中存在的含铜废水处理的缺陷,本发明公开了一种以自催化氧化为核心的PCB含铜废水处理方法,建立一种同时处理酸性含铜废水和碱性含络合铜废水的工艺,并且充分利用酸性含铜废水中的铜离子,简化处理工艺,减少药剂的投加。
2、技术方案
一种以自催化氧化为核心的PCB含铜废水处理方法,其包括:
(1)将酸性含铜废水与碱性络合铜废水混合,使混合液pH=2-7;
(2)在混合液中投加一定量零价铁试剂,通过还原反应将废水中的Cu2+大部分转化为Cu单质,零价铁试剂中的单质铁全部转化为Fe2+;
(3)在包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中,投加一定量双氧水,对络合态铜进行破络,将其转化为Cu2+,上清液作为出水;
(4)步骤3的出水进入沉铜池,在废水中再次投加零价铁试剂,通过还原反应将Cu2+转化为单质铜回收,上清液作为出水;
(5)步骤4上清液进入混凝池,通过调碱的方式实现铁离子和亚铁离子的沉淀;
其中步骤1-3中,废水混合、零价铁还原、中性Fenton反应在一个反应池内进行;
其中步骤2中的零价铁试剂为铁粉、铸铁粉或者铁粉和炭粉的混合物,其中铸铁粉中含碳量为2%-4%;所述铁粉和炭粉的混合物,其铁粉和炭粉的质量比为1-4。投加铁粉,则其投加量为10mg/L-50g/L;投加铸铁粉,则其投加量为10mg/L-50g/L;投加铁粉与炭粉的混合物,铁粉的投加量为10mg/L-50g/L;
其中步骤2中还原析出的单质铜一般负载于散装填料上,所述散装填料为拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍填料、矩鞍填料或球形填料,填充比为5%-50%。新生单质铜具有很强的异相催化作用,显著促进还原反应和Fenton反应的进行;
其中步骤3中,所用双氧水中H2O2的体积分数为30%,投加量4-10mL/L;
其中步骤4中,所用零价铁试剂为铁粉,投加量为90mg/L-40g/L;
其中步骤5中,调碱所用试剂为氢氧化钙或氢氧化钠,混凝pH为8-9。
3、有益效果:
本发明的方法相比于现有工艺,具有以下优点和积极效果:
(1)通过酸性废水和碱性废水的混合,不仅可以同时处理两股废水,还利用酸性废水取缔酸的投加,显著减少药剂费用;
(2)通过将废水含有的铜离子部分还原为Cu单质,不仅可以加速本身的还原过程,也为后续的中性和近中性条件下的Fenton提供催化剂,还原生成的Cu单质相比于投加的Cu单质有更强的催化性能;
(3)通过还原反应生成新生单质铜,扩大了Fenton反应的pH范围,使其在中性和近中性条件下仍有较高的氧化能力,解决了传统Fenton反应需要调酸的问题,在本方法中,原本作为限速步骤的Fe2+再生过程得到了显著增强,主要的反应方程式为:Fe3++Cu→Fe2++Cu2+,Fe、Cu、C形成的三元微电解体系可以进一步强化这个过程,这种三元微电解体系的原理为:a.Cu、Fe形成了双金属还原体系,
相比于单金属还原效率更高;b.Cu是一种良性导体,可促进Fe、C微电极产生的电子快速分离,而C又具有物理吸附和化学吸附的双重特性,能选择性吸附污染物,使处理效果明显提高;
(4)通过中性条件下的Fenton反应,破络率可以达到95%以上,废水中的Cu基本以离子形态存在,经还原反应可以得到较纯的铜晶体,解决废水资源化的问题。
具体实施方式:
实施例1
如图1所示,一种以自催化氧化为核心的PCB含铜废水处理方法,其步骤为:
(1)80mL酸性含铜废水(总铜约为250mg/L,pH约为2)与920mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物(EDTA-Cu),总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为6-7;
(2)在混合液中投加铁粉和拉西环填料,铁粉投加量10mg/L,拉西环填充比为5%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为10%,新生单质铜负载于拉西环填料上,铁粉中的单质铁全部转化为Fe2+;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量4mL/L,不断搅拌,反应时间60min,对络合态铜进行破络,将其转化为Cu2+,上清液作为出水;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加90mg/L铁粉,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.1h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钠调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于10mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例2
方法步骤与实施例1相同,不同之处在于步骤2中投加的铁粉改为铸铁粉(含碳量3%),投加量为10mg/L,最终出水Fe2+浓度低于10mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例3
方法步骤与实施例1相同,不同之处在于步骤2中投加的铁粉改为铁粉和炭粉混合物,其中铁粉10mg/L,炭粉5mg/L,最终出水Fe2+浓度低于10mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例4
(1)80mL酸性含铜废水(总铜约为250mg/L,pH约为2)与920mL碱性络合铜废水(基本为EDTA-Cu,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为6-7;
(2)在混合液中投加铁粉和拉西环填料,铁粉投加量40mg/L,拉西环填充比为50%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为30%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量4mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加90mg/L铁粉,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.2h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水引入混凝池,用氢氧化钠调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.3mg/L,低于国家标准。
实施例5
(1)80mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与920mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为6-7;
(2)在混合液中投加铁粉和鲍尔环填料,铁粉投加量8g/L,鲍尔环填充比为10%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为60%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量10mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加4g/L铁粉,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例6
(1)660mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与330mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH约为2-3;
(2)在混合液中投加铁粉和鲍尔环填料,铁粉投加量50g/L,鲍尔环填充比为40%,不断搅拌,反应时间240min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为50%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量10mL/L,不断搅拌,反应时间120min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加40g/L铁粉,不断搅拌,反应时间240min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.8h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水引入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.3mg/L,低于国家标准。
实施例7
方法步骤与实施例6相同,不同之处在于步骤2中投加的铁粉改为铸铁粉(含碳量3%),投加量为50g/L,最终出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.3mg/L,低于国家标准。
实施例8
方法步骤与实施例6相同,不同之处在于步骤2中投加的铁粉改为铁粉和炭粉混合物,其中铁粉50g/L,炭粉15g/L,最终出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.3mg/L,低于国家标准。
实施例9
(1)500mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与500mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为2-3;
(2)在混合液中投加铁粉和阶梯环填料,铁粉投加量30g/L,阶梯环填充比为30%,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为50%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量8mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加40g/L铁粉,不断搅拌,反应时间120min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间1h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.4mg/L,低于国家标准。
实施例10
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铁粉和弧鞍填料,铁粉投加量8g/L,弧鞍填料填充比为35%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀后排出,出水Fe2+浓度低于10mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,符合国家标准。
实施例11
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铁粉、炭粉和球形填料,铁粉投加量8g/L,炭粉投加量3g/L,,球形填料填充比为15%,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,反应时间120min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间120min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于4mg/L,Cu2+浓度低于0.2mg/L,低于国家标准。
实施例12
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铁粉、炭粉和矩鞍填料,铁粉投加量8g/L,炭粉投加量2g/L,矩鞍填料填充比为35%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在在经过步骤2处理后包含Fe2+、Cu2+、单质铜以及零价铁试剂的废水体系中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,Fenton反应时间30min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)出水引入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,符合国家标准。
实施例13
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铁粉、炭粉和矩鞍填料,铁粉投加量8g/L,炭粉投加量8g/L,矩鞍填料填充比为35%,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在废水中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,反应时间30min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间30min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.4mg/L,低于国家标准。
实施例14
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铸铁粉(含碳量4%)和矩鞍填料,铸铁粉投加量8g/L,矩鞍填料填充比为45%,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在废水中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例15
(1)100mL酸性含铜废水(总铜约为150g/L,pH约为2)与900mL碱性络合铜废水(基本为EDTA络合物,总铜约为120mg/L,pH约为11)混合,混合后pH为4-5;
(2)在混合液中投加铸铁粉(含碳量2%)和矩鞍填料,铸铁粉投加量8g/L,矩鞍填料填充比为45%,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+部分转化为单质铜,转化率约为45%;
(3)在废水中投加双氧水(体积百分比浓度30%),投加量6mL/L,不断搅拌,反应时间60min;
在步骤1-步骤3中,反应皆在同一个反应池内进行;
(4)步骤3出水进入沉铜池,补充投加5g/L铁粉,不断搅拌,反应时间60min,将溶液中的Cu2+尽可能转化为单质铜(Fe投加不能过量,否则污泥中会混有Fe单质),还原反应后静置时间0.5h,沉淀污泥中含铜量高于95%;
(5)步骤4出水进入混凝池,用氢氧化钙调节pH至8-9,经混凝沉淀处理后排出,出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。
实施例16
方法步骤同实施例11,不同在于步骤2中在混合液中投加8g/L铸铁粉(含碳量3%),最终出水Fe2+浓度低于8mg/L,Cu2+浓度低于0.5mg/L,低于国家标准。