CN104817130B - 一种工业废水处理装置及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境保护中的处理重金属废水领域，具体涉及一种工业废水处理装置及其制备和使用方法。本发明以片状落叶、和/或类似植物叶片为原料、先采用设计的吸附剂成型模具通过层压原理形成层状结构，然后通过可控性碳化制得饼状吸附剂，最后将该饼状吸附剂堆叠放入耐腐蚀筒中，封闭饼状吸附剂与耐腐蚀筒的接触部分，得到该工业废水处理装置。将工业废水泵入上端，借助重力作用让废水通过滤饼状吸附剂使废水层层净化。净化后将饼状吸附剂取出富氧燃烧后，再用硫酸处理得到硫酸盐。本发明制作成本低，吸附剂的效率与利用率高，并且饼状吸附剂回收利用简单，还可防止金属离子的二次污染。

Description

一种工业废水处理装置及其制备和使用方法

技术领域

属于环境保护中的处理重金属废水领域，尤其涉及一种新型废水处理剂制备的装置及其对印制电路板生产工业废水的处理方法。

背景技术

中国地区的印制电路板生产量位居世界第一。和其它所有的行业一样，印制电路板的大规模化工业制造，已经面临发展与资源、发展与环境的矛盾。印制电路板生产中每年消耗的铜占全国总消耗的三成；在生产过程的蚀刻工序、孔金属化工序等都会产生大量的高浓度铜废水，这些废水的合理处理与资源化成为行业发展的先决条件，是行业研究的热点。

目前，在印制电路板废水处理方法上，一般按照常规的处理含重金属污染物废水的传统方法实施，其中主要包括：投药法、离子交换法、活性炭吸附、反渗透膜分离、氧化还原法、微生物法等，但这些方法存在成本高、再生和回收困难、对环境造成二次污染等问题。开发高效、廉价的吸附剂成为研究的重点。近年来，结合农业生产废弃物的再资源化研究，人们对利用来自于农业、林业的生物质废弃物处理含重金属离子废水的技术产生了浓厚的兴趣，进行大量有效的研究。农林生产废弃物包括植物根粉、秸秆、树叶、麦壳、羽毛、果壳等等富含有几丁质、甲壳质及多聚糖的生物质。由于农林生产废弃生物质具有难溶于水、多孔、比表面积高、具有众多重金属吸附位点等特点，对废水中重金属离子具有高效的吸附能力。由于吸附剂的吸附效率基本取决于吸附剂与废液的接触面积，现有的研究方向主要致力于增大吸附剂的表面积。

在利用农林生物质废弃物处理含重金属离子废水技术领域，其技术方案主要有三种形式，其一，直接将生物质废弃物投入到废水中实施吸附净化处理，如张宏等发明的一种利用生物腐蚀法制备天然材料吸附剂处理印染废水的方法(CN201110001459.X)，该技术方案具有简单、成本低廉等特点，但容易形成二次污染、且效率较低。其二，是将废弃物干燥、粉碎加工，然后在进行吸附净化工艺，如同济大学王文清的工作：生物质吸附剂-落叶对水溶液中Cu²⁺的平衡吸附及动力学研究(济宁学院学报，2013年，第34卷第3期，20-24)；黄美娟等发明了一种利用臭氧和树叶协同作用去除水中氨氮的方法(CN200910154744.8)，该技术方案进一步提升了生物质吸附剂的吸附效率、利用率，但粉碎吸附剂的微量溶解与分离等难题对实际应用产生了不利影响。其三，将废弃生物质干燥、粉碎后采用物理或化学手段改性，以提升其净化品质。如郭学益等发明了一种橘子皮经预处理后再经KMnO4水溶液或双氧水氧化改性制成废水处理用生物吸附剂及其制备方法(CN201010581335.9)，该吸附剂对Cu²⁺、Cd²⁺和Pb²⁺的吸附率高达96-100％；浙江大学唐强等研究了粉碎梧桐树叶加热活化后对重金属离子的吸附特性(粘土矿物和活化梧桐树叶对重金属离子吸附特性的研究，浙江大学硕士论文，2010年6月)。对生物质废水重金属离子吸附剂使用化学方法实施活化不仅会增加获得吸附剂的成本，这与采用生物质废弃物的初意相背，同时会产生二次污染问题。使用热活化法可以避免化学活化法的缺点，但目前有研究中所涉及到的为提升吸附率而采用的先粉碎后加热处理方案存在明显的技术缺点，因为，粉碎后高温活化会使生物质出现灰化现象，给实际应用带来困难，虽然可加入粘土等粘接剂进行造粒等处理来避免此类问题，但这是以吸附剂的成本提升、效率降低成为直接代价。因此现有生物质废水处理吸附剂制造及应用中存在急需解决的技术难题。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种工业废水处理装置及其制备和使用方法。

该工业废水处理装置包括：饼状吸附剂叠加结构、耐腐蚀管道；

所述耐腐蚀管道大小与饼状吸附剂叠加结构大小相适应；耐腐蚀管道一端作为废水进入口，另一端为处理后废水的出口且设有支撑结构，该支撑结构用于支撑饼状吸附剂叠加结构；

所述饼状吸附剂叠加结构、是将片状落叶经清洁、干燥处理后，压缩成饼状再碳化，然后堆叠而成，且该饼状吸附剂叠加结构的饼边缘与耐腐蚀管道壁密封连接。

上述工业废水处理装置可多个串联和/或并联。

上述工业废水处理装置中耐腐蚀管道的支撑结构为带通孔的底板。

工业废水处理装置的制备方法如下：

步骤1、收集片状落叶，清洗干净并烘干至水分完全消失。

步骤2、将烘干后的片状落叶放入成型装置内压制成饼状结构，压制压强5×10⁵-10×10⁵Pa。

步骤3、将压制成型的片状落叶块放在密封环境中碳化，碳化完成后得到饼状结构吸附剂。

步骤4、将步骤3制得的饼状结构吸附剂叠放成圆柱体状放入大小相适应的耐腐蚀管道中，并密封饼状结构吸附剂与筒的接触面，制得工业废水处理装置。

上述片状落叶压缩成饼状结构时选用片状落叶类型的纤维含量与压制成形所需压强有关，纤维含量越高，所需压强越小。纤维含量较高的树叶，压强控制在5×10⁵Pa时落叶压缩完整并且酥松程度适中。

上述步骤2碳化时，其碳化程度表示为参数γ，γ＝(处理前落叶质量m₁-碳化后落叶质量m₂)/处理前落叶质量m₁，γ越大碳化程度越大，60％≤γ≤70％。

工业废水处理装置的使用方法如下：

步骤1、将工业废水泵入上述工业废水处理装置，待废水逐层通过饼状结构吸附剂，从吸附装置底端流出即可。

步骤2、待饼状吸附剂吸附饱和后，在专用焚烧炉中富氧燃烧，除去所有有机物后，再用硫酸处理灰烬，待过滤后得到金属硫酸盐，实现资源的重新利用。

一种制作饼状结构吸附剂的装置，包括垫板，压缩筒和压缩器，其特征在于：垫板上设有一个放置压缩筒的圆形凹槽，凹槽直径与压缩筒直径大小相适应；压缩筒为可侧面拆分的圆柱筒，其外侧壁设有固定结构；垫板与压缩筒组合用于盛放片状落叶，其组合后形成一个圆柱桶的内部空间；压缩器大小与压缩筒大小相适应，且外端设有两个手柄，用于从压缩筒中取出压缩器以及将压缩器放入压缩筒中。

上述压缩筒的外侧壁固定结构为螺纹固定结构。

上述制作饼状结构吸附剂的装置，采用耐压耐烧金属材料制成。

本发明以片状落叶为原料、先采用设计的吸附剂成型模具通过层压原理形成层状结构，然后通过可控性碳化制得饼状吸附剂，最后将该饼状吸附剂堆叠放入耐腐蚀筒中，封闭饼状吸附剂与耐腐蚀筒的接触部分，即制得该工业废水处理装置。将工业废水泵入上端，借助重力作用让废水通过饼状吸附剂使废水层层净化。净化后将饼状吸附剂取出富氧燃烧后，再用硫酸处理得到金属硫酸盐。该技术方案的巧妙之处，在于利用天然叶片的片状结构形成吸附剂的层状结构，降低其制作成本，采用可控碳化技术去除叶片表面的蜡质体与有机小分子易溶性物质，形成多孔、叠层式饼状吸附剂结构，这十分有利于提升吸附剂的效率与利用率，并且饼状吸附剂回收利用简单。

本发明并没有一味的追求吸附的高效率，而是通过压缩形成片层结构，碳化后扩大了片状叶片本身的孔隙结构，饼状吸附剂的每一层都具有吸附能力，在耐腐蚀筒中的叠加更增大了吸附层数，在增大吸附面积的同时也增大了吸附量。

综上所述本发明的有益效果：利用废弃物落叶，简单工艺加工落叶成为吸附剂，成本低；采用直接压缩成型，不仅可以避免热活化出现灰化、以及使用时需要加入粘接剂成型等问题，方便实际应用，同时可保留树叶等有机质天然的层状与多孔结构，使获得的吸附剂具有更高的效率；获得的吸附剂来源于树叶等生物质物质，可通过直接焚烧处理回收金属盐的方式处理报废吸附剂，不会形成二次污染。

附图说明

图1为饼状吸附剂实物图；

图2为饼状吸附剂示意图；

图3为工业废水处理装置示意图；

图4为压缩筒的拆分后正视实物图；

图5为压缩器示意图；

图6为装置垫板示意图。

具体实施方式

步骤1、称量洗净烘干的银杏树落叶约13.96g，放入圆柱形压缩筒内，压紧压缩器，在垫板上用压片机压制落叶到5×10⁵Pa。

步骤2、取出整个压缩成型装置，此时装置内近似为真空，对整个装置进行加热以碳化银杏叶饼，碳化一个小时后停止加热，放置冷却后取出银杏叶块，冷却后得到质量4.96g、直径45mm、碳化程度γ＝64.5％的银杏叶饼状吸附剂。

步骤3、多次重复操作步骤1-2后获得3个银杏叶饼状吸附剂。

步骤4、将三个银杏叶饼状吸附剂堆叠放入相同直径的橡胶管内后，用塑料管加固形成柱状吸附过滤装置。

步骤5、将铜离子浓度8g/dm³的溶液的印制电路板电镀废水泵如上端，让其通过柱状吸附过滤装置，测试末端出口废液，吸附率可达74.5％。

Claims (9)

1.一种工业废水处理装置，其特征在于：包括饼状吸附剂叠加结构、耐腐蚀管道；

所述耐腐蚀管道大小与饼状吸附剂叠加结构大小相适应；耐腐蚀管道一端作为废水进入口，另一端为处理后废水的出口且设有支撑结构，该支撑结构用于支撑饼状吸附剂叠加结构；

所述饼状吸附剂叠加结构是将片状落叶经清洁、干燥处理后，压缩成饼状吸附剂，再碳化，然后堆叠而成；

所述饼状吸附剂叠加结构的饼边缘与耐腐蚀管道壁密封连接。

2.如权利要求1所述工业废水处理装置，其特征在于：所述工业废水处理装置中耐腐蚀管道的支撑结构为带通孔的底板。

3.如权利要求1所述工业废水处理装置的制备方法如下：

步骤1、收集片状落叶，清洗干净并烘干至水分完全消失；

步骤2、将烘干后的片状落叶放入成型装置内压制成饼状结构，压制压强5×10⁵-10×10⁵Pa；

步骤3、将压制成型的片状落叶块放在密封环境中碳化，碳化完成后得到饼状结构吸附剂；

步骤4、将步骤3制得的饼状结构吸附剂多个堆叠放入大小相适应的耐腐蚀管道中，并密封饼状结构吸附剂与筒的接触面，制得工业废水处理装置。

4.如权利要求3所述工业废水处理装置的制备方法，其特征在于：还包括一个将步骤4制得的工业废水处理装置多个串联和/或并联的步骤5。

5.如权利要求3所述工业废水处理装置的制备方法，其特征在于：所述步骤3碳化时，其碳化程度表示为参数γ，γ＝(处理前落叶质量m₁-碳化后落叶质量m₂)/处理前落叶质量m₁，γ越大碳化程度越大，60％≤γ≤70％。

6.如权利要求1所述工业废水处理装置的使用方法如下：

步骤1、将工业废水泵入上述工业废水处理装置，待废水逐层通过饼状结构吸附剂，从吸附装置底端流出即可；

步骤2、待饼状吸附剂吸附饱和后，在专用焚烧炉中富氧燃烧，除去所有有机物后，再用硫酸处理灰烬，待过滤后得到金属硫酸盐。

7.一种制作权利要求1所述饼状结构吸附剂的装置，包括垫板，压缩筒和压缩器，其特征在于：垫板上设有一个放置压缩筒的圆形凹槽，凹槽直径与压缩筒直径大小相适应；压缩筒为可侧面拆分的圆柱筒，其外侧壁设有固定结构；垫板与压缩筒组合用于盛放片状落叶，其组合后形成一个圆柱桶的内部空间；压缩器大小与压缩筒大小相适应，且外端设有两个手柄，用于从压缩筒中取出压缩器以及将压缩器放入压缩筒中。

8.如权利要求7所述制作饼状结构吸附剂的装置，其特征在于：所述压缩筒的外侧壁固定结构为螺纹固定结构。

9.如权利要求7所述制作饼状结构吸附剂的装置，其特征在于：所述制作饼状结构吸附剂的装置，采用耐压耐烧金属材料制成。