CN105170121A - 一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法，包括反应装置、进水箱和加药箱，其中，进水箱和加药箱均与反应装置连通，反应装置内部分为上端的反应腔室和下端的贮渣排渣腔室，两者之间通过排渣漏斗隔开，排渣漏斗的下端开口处设置导渣装置。将γ-聚谷氨酸溶液和含铜废液加入到反应装置的反应腔室中，搅拌，反应；铜离子絮凝物沿着排渣漏斗进入贮渣排渣腔室中，并在导渣装置的引导作用下，下落到贮渣排渣腔室的边缘；废水中铜离子絮凝完毕后，打开排水阀，将净化水排出；当完成设定个处理周期后，将贮渣排渣腔室中的铜离子絮凝物排出。由于排渣漏斗和导渣装置的隔离作用，絮凝体不易被水流激起重新回到反应系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法。
技术背景
随着我国工业化和城镇化步伐的快速推进，各类采矿废渣、电镀废水、冶金及金属加工废水的无序排放正使得我国的重金属污染问题日益突出，重金属污染事件层出不穷。重金属(如含镉、汞、铅、铜等)污染持久性强、对生物有富集作用以及能产生放大效应等，而且大部分的重金属元素污染都有着较高的生物毒性,即便是浓度很小，所产生的污染效果和危害性也是十分显著的。
铜污染是重金属污染中比较常见的一种，近年来曾经有一些报道海湾地区铜污染造成牡蛎肉变绿的事件。铜元素是人体所必须的微量元素，它参与人体30多种酶和金属蛋白的合成，但过量摄入铜元素，会在肝脏中产生蓄积，从而造成人体铜中毒。有证据表明铜元素可诱导B-淀粉样蛋白(一种神经毒性蛋白)的聚集，可能引起老年痴呆症。同时有调查显示帕金森病患病率增加与铜元素的长时间显露有关联。当浓度超过0.6ppm时，会对水稻的生长发育产生危害。总之，铜离子会污染地表水、地下水及土壤，对人类健康和水生动植物带来极大危害。
γ-聚谷氨酸(Poly-γ-GlutamicAcid)，简称γ-PGA，是一种由微生物合成的高分子聚合物。γ-聚谷氨酸的特点之一是它能够吸附水溶液中的金属阳离子，这是由于其结构中具有COO-反应活性基团，这种COO-反应活性基团对铜离、汞离子、锌离子、铬离子等具有键和作用。γ-聚谷氨酸是由微生物发酵而来，在纳豆(黄豆发酵豆)中被首次发现，具有水溶性和强吸附性等特点。需要强调的是，这种物质无毒、可生物降解，不管是对环境还是对人体都没有危害，符合环境友好的需求。
工业废水中的铜离子可由化学沉降法、离子交换法和吸附等方法去除。但电镀废水中的铜离子常与其他金属离子及络合物共存，使得这些方法在处理铜离子，特别是去除低浓度铜离子时效果不甚理想，因而近年来使用γ-聚谷氨酸吸附絮凝去除重金属得到越来越多的关注。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法，可以控制进水流量、γ-聚谷氨酸量及水力停留时间，通过搅拌使γ-聚谷氨酸和铜离子充分接触，并使沉淀絮体得到保护，可以批量处理含铜废液，提高铜离子的去除效率。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置，包括反应装置、进水箱和加药箱，其中，进水箱和加药箱均与反应装置连通，反应装置内部分为上端的反应腔室和下端的贮渣排渣腔室，两者之间通过排渣漏斗隔开，排渣漏斗的下端开口处设置导渣装置。
优选的，所述反应装置内部还设置有搅拌装置。搅拌装置可以促进装置内溶液的混合，促进γ-聚谷氨酸对铜离子的吸附作用。
优选的，所述导渣装置为半球形，该半球形导渣装置的半径大于排渣漏斗下端开口的半径。由于导渣装置位于排渣漏斗的正下方，当导渣装置的半径较大时，可以在留出排渣缝隙的同时，将絮凝物导入贮渣排渣腔室，并有效防止了反应腔室中溶液的流动对贮渣排渣腔室中的絮凝物产生扰动，有利于絮凝物的收集。
优选的，所述导渣装置为锥体。锥体的上部分可以伸入到排渣漏斗的下端开口，也可以设置于排渣漏斗的下端开口的下端，可以更好地对絮凝物起到导送和保护的作用。
优选的，所述加药箱与反应腔室的上端连通。加药箱与反映腔室的上端连通，可以使γ-聚谷氨酸更好地与废水混合，防止γ-聚谷氨酸在扩散的过程中进入到贮渣排渣腔室中，造成浪费。
优选的，所述进水箱与反应腔室的下端连通。
优选的，反应腔室的下端设置排水阀。当废水处理一段时间后，开启该排水阀即可将净化后的废水排出，可以不用打开贮渣排渣腔室，有效地将絮凝物进行了隔离。
优选的，贮渣排渣腔室的下端设置有排渣出水阀。挡贮渣排渣腔室中的絮凝物积累到一定量，可以将腔室内的水排出，然后将絮凝物排出。
优选的，所述反应腔室内设置液位计，加药箱和反应腔室之间连接有计量泵。液位计可以控制投入的废水的量，计量泵可以控制γ-聚谷氨酸的加入量，从而控制γ-聚谷氨酸与废水的比例，获得最佳的净化效果。
一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的方法，包括如下步骤：
1)将γ-聚谷氨酸溶液和含铜废液加入到反应装置的反应腔室中，搅拌，反应；
2)铜离子絮凝物沿着排渣漏斗进入贮渣排渣腔室中，并在导渣装置的引导作用下，下落到贮渣排渣腔室的边缘；
3)废水中铜离子絮凝完毕后，打开排水阀，将净化水排出，一个处理周期完成；
4)当完成设定个处理周期后，将贮渣排渣腔室中的铜离子絮凝物排出。
优选的，步骤1)中，γ-聚谷氨酸溶液的浓度为10-12g/L。在该浓度范围内，可以通过精确控制γ-聚谷氨酸溶液的体积，来控制γ-聚谷氨酸与废水的比例。
进一步优选的，步骤1)中，γ-聚谷氨酸溶液与含铜废液的体积比为1:40-1:30。当γ-聚谷氨酸与含铜废水的用量比例是这样时，γ-聚谷氨酸可以有效吸附含铜废水中的铜离子，一方面保证了废水中铜离子的有效去除，另一方面使γ-聚谷氨酸得到最好利用，避免了浪费。
优选的，步骤1)中，反应的温度为15-30℃。当反应的温度在该温度范围内时，γ-聚谷氨酸吸附铜离子的速率最高，对铜离子的去除效果最好。
优选的，步骤1)中，反应的时间为8-10min。在15-30℃温度下，反应8-10min后，γ-聚谷氨酸对铜离子的吸附已经达到了平衡，而此时的平衡状态下，单位摩尔数的γ-聚谷氨酸吸附的铜离子的量最多，这是经过实验反复验证而得。
优选的，步骤4)中，当装置连续运行8-12小时，进行清渣。当装置反复运行一段时间后，铜离子絮凝物积累了一定量，再进行清理，可以保证废水净化的连续性。由该技术特征可以看出，本发明的装置处理铜离子废水可以连续处理8-12小时，大大提高了铜离子废水的处理效率。
本发明的有益效果为：
1、将γ-聚谷氨酸以液态形式加入，符合其极易溶于水的特点，也更易控制投加量；
2、在反应过程中，已经絮凝的颗粒被排渣漏斗和导渣装置隔离，絮凝体不易被破坏。在一个处理周期完成后的排水过程中，由于排渣漏斗和导渣装置的隔离作用，絮凝体不易被水流激起重新回到反应系统，不会随水流排出造成二次污染，而是贮存在下层，待多个处理周期完成后，沉淀絮体再被集中清理。这样保证了整个处理过程的连续性、稳定性和高效性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的另一实施方式结构示意图。
其中，1、进水箱，2、螺旋叶片，3、反应装置，4、进水阀门，5、排渣漏斗，6、导渣装置，7、排渣出水阀，8、排水阀，9、加药阀门，10、流量计，11、加药箱，12、电动机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置，包括反应装置3、进水箱1和加药箱11，其中，反应装置3内部分为上端的反应腔室和下端的贮渣排渣腔室，两者之间通过排渣漏斗5隔开，进水箱1与反应腔室的下端连通，加药箱11与反应腔室的上端连通，加药箱11与反应装置3之间设置有加药阀门9和流量计10，流量计10可以精确计量加入到反应装置中的γ-聚谷氨酸溶液的量。进水箱1与反应装置3之间设置进水阀门4，通过控制进水阀门4的开闭，控制废水的通断。
排渣漏斗5的下端开口处设置导渣装置6，导渣装置6的形状可以为半球形或锥形，导渣装置的体积较大，可以将铜离子絮凝物导到贮渣排渣腔室的边缘，并且阻碍反应腔室中水的搅拌对贮渣排渣腔室产生影响。
如图2所示，导渣装置6也可以为锥体，锥体的上部分可以位于排渣漏斗5的的下端开口的下端，也可以伸入到排渣漏斗5的下端开口的内部。
反应装置3内部设置有搅拌装置，搅拌装置可以为多种形式，例如，可以为螺旋叶片2，电动机12带动螺旋叶片2转动，进而对溶液进行搅拌；也可以是其他形式的搅拌叶片。
反应腔室的下端设置出水阀8。贮渣排渣腔室的下端设置有排渣出水阀7。当废水净化完毕后，打开出水阀8，将反应腔室中的废水排出。
反应腔室内设置液位计，该液位计的形式也可以是多样的，如，当反应腔室的壁为透明时，可以在反应腔室的侧壁上设置刻度线；也可以利用连通器的原理，连通液位计。
一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的方法，包括如下步骤：
1)打开加药阀门9和流量计10，将γ-聚谷氨酸溶液加入到反应装置的反应腔室中，打开进水阀门4将含铜废液加入到反应装置的反应腔室中，搅拌，反应；利用液位计和流量计10合理控制γ-聚谷氨酸溶液和含铜废水的体积比；
2)铜离子絮凝物沿着排渣漏斗5进入贮渣排渣腔室中，并在导渣装置6的引导作用下，下落到贮渣排渣腔室的边缘；
3)废水中铜离子絮凝完毕后，打开排水阀8，将净化水排出，一个处理周期完成；
4)接着重新加入含铜废液和γ-聚谷氨酸溶液，进入第二个处理周期，运行方式同周期一，如此循环运行。絮凝体贮存在贮渣排渣腔室中，待多个处理周期完成后，再被集中清除。
下面结合一个具体例子进行说明：
本发明的反应装置的形状为圆柱桶，材料是聚四氟乙烯，底面半径0.35m，桶高1.4m，单次最高处理量为0.3m3。圆柱桶上部右侧有刻度，方便计量进入的含铜废水量。反应温度为室温，15～30℃较适宜。
预先配好10g/L的γ-聚谷氨酸水溶液6L，将其倒入加药箱11。进水箱11中的含铜电镀废水通过进水阀门4进入反应装置3内，进水到圆筒最高刻度处(即处理量为0.3m3)，关闭进水阀门4。接着打开加药阀门9，通过流量计10定量加入0.1Lγ-聚谷氨酸溶液，关闭加药阀门9。此时电动机12运行，反应开始，反应时间(水力停留时间)定为6min。最后打开排水阀门1出水。待出水完成后又可进入下一周期的运行处理，如此循环。一个反应周期由反应时间加上进水、出水的时间，约为10min，这样本装置的处理量在1.8m3/h。每运行10小时集中清渣一次，清渣时先打开排水阀门2，排除上清液，剩余絮体沉淀部分通过人工刮除(打开上盖取出排渣漏，便于刮除)。反应系统稳定后，通过检测进出水中铜离子的浓度，结果表明，本装置可实现对电镀废水铜离子80％以上的去除率。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置，其特征在于：包括反应装置、进水箱和加药箱，其中，进水箱和加药箱均与反应装置连通，反应装置内部分为上端的反应腔室和下端的贮渣排渣腔室，两者之间通过排渣漏斗隔开，排渣漏斗的下端开口处设置导渣装置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应装置内部还设置有搅拌装置。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述导渣装置为半球形，该半球形导渣装置的半径大于排渣漏斗下端开口的半径。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述导渣装置为锥体。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述加药箱与反应腔室的上端连通，进水箱与反应腔室的下端连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述反应腔室内设置液位计，加药箱和反应腔室之间连接有计量泵。
7.一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将γ-聚谷氨酸溶液和含铜废液加入到反应装置的反应腔室中，搅拌，反应；
2)铜离子絮凝物沿着排渣漏斗进入贮渣排渣腔室中，并在导渣装置的引导作用下，下落到贮渣排渣腔室的边缘；
3)废水中铜离子絮凝完毕后，打开排水阀，将净化水排出，一个处理周期完成；
4)当完成设定个处理周期后，将贮渣排渣腔室中的铜离子絮凝物排出。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤1)中，γ-聚谷氨酸溶液的浓度为10-12g/L，γ-聚谷氨酸溶液与含铜废液的体积比为1:40-1:30。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤1)中，反应的温度为15-30℃，反应的时间为8-10min。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤4)中，当装置连续运行8-12小时，进行清渣。
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| 姚俊: ""生物絮凝剂γ-聚谷氨酸合成、性能与应用研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（基础科学辑）》 * |
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