CN105236522A

CN105236522A - 一种新型重金属废水预处理反应器和应用

Info

Publication number: CN105236522A
Application number: CN201510763824.9A
Authority: CN
Inventors: 韩正昌; 马军军; 高亚娟; 刘大才; 韩峰; 崔洪磊; 何建龙; 张寿兵; 柴慧丽; 朱家明
Original assignee: Nanjing Ge Luote Environmental Engineering Limited-Liability Co
Current assignee: Nanjing Ge Luote Environmental Engineering Limited-Liability Co
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开一种重金属废水预处理反应器，包括筒体和特种铁碳催化填料，所述筒体中心设有通道挡板，所述通道挡板为带有筛孔的圆柱形挡板，所述特种铁碳催化填料填装于通道挡板与筒体之间形成的填料区内；所述通道挡板内部设有循环管道，所述循环管道通过泵与筒体上端相连；所述筒体底端设有入水口，顶部设有出水口；所述入水口高度高于填料区底部，所述出水口高度高于整个循环管道。本发明所述重金属废水预处理反应器可以在重金属废水处理中的应用。

Description

一种新型重金属废水预处理反应器和应用

技术领域

本发明技术适用于重金属废水的预处理，属于环境保护领域。

背景技术

重金属在环境与健康领域主要是指汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）等生物毒性显著的元素，也泛指铜（Cu）、锌（Zn）、钴（Co）、镍（Ni）等一般重金属。水体重金属人为污染源主要是矿山开采，金属冶炼，金属加工及化工生产废水等。过量重金属在食物链中的生物富集，对自然环境、生态系统及人体健康造成危害，关系到食品安全、生物安全和生态安全。重金属给人类造成的危害诸如“痛痛病”、“水俣病”等，严重影响到人类的生存和发展。近年来，我国重金属矿业的飞速发展导致大量的重金属被排入环境中，尤其是因企业违法排污和事故而引发的重大水环境重金属污染事件也是接连发生。

综合国内外重金属的处理技术，主要分为物理法、化学法和生物法。对于电镀废水、冶炼废水、采矿废水等工业废水，其中含有的重金属浓度较高，其水质特点也不适合用微生物法处理。因此，对于此类工业废水只能采用化学法进行处理。化学法中，主要有碱沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等，其原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，通过过滤和沉淀等方法使沉淀物从水溶液中去除。现有的重金属处理流程如图1所示。

在现有的重金属废水处理技术中，没有对重金属废水的预处理措施。对于一些特殊的重金属废水，如果不经过预处理措施，则会造成处理效果较差、处理效率低、渣量大等你缺点，更严重的情况是对某些重金属废水没有任何去除效果。

铁碳微电解是通过铁和碳之间存在电位差，从而在水中形成无数个微小的原电池来对废水进行处理的方法。铁碳微电解工艺的电解材料一般采用铸铁屑和活性炭或者焦炭。铁和碳的颗粒均与溶液接触，同时铁和碳之间保持接触，可进行电子的转移。

微电解处理废水自诞生以来，便引起国内外环保研究学者的关注。最近几年，微电解处理工业废水发展十分迅速，现已广泛应用于印染、石油化工、制药、煤气洗涤、印刷电路板生产等工业废水，主要是去除COD，将废水中的有机物分解。微电解工艺对废水的脱色有良好处理的效果，因此微电解也常用于高色度的废水处理。

目前，国内外铁碳微电解设备没有再处理重金属离子的应用报道，现有的铁碳微电解反应器均是具有曝气性能的结构，对铁碳微电解的应用技术都集中于曝气使用，用于有机物和色度的氧化去除，无法实现铁碳还原的作用。此外，铁碳微电解在实际应用中也存在不少实用性问题，一是效率不高，反应速度不快；二是床体易板结，造成短路和死区；三是铁屑补充劳动强度大。

发明内容

本发明针对现有重金属处理技术存在的问题及铁碳微电解技术应用领域的狭隘，公开了一种新型重金属废水的预处理反应器和应用。

本发明所述公开的一种新型重金属废水预处理反应器，其特征在于，所述的反应器内含有特种铁碳催化填料和水力搅拌系统。

进一步地，所述新型重金属废水预处理反应器，包括筒体和特种铁碳催化填料，所述筒体中心设有通道挡板，所述通道挡板为带有筛孔的圆柱形挡板，所述特种铁碳催化填料填装于通道挡板与筒体之间形成的填料区内；所述通道挡板内部设有循环管道，所述循环管道通过泵与筒体上端相连；所述筒体底端设有入水口，顶部设有出水口；所述入水口高度高于填料区底部，所述出水口高度高于整个循环管道。通过泵的作用使水经过循环管道进行循环流通，从而形成水力搅拌系统。

进一步地，所述特种铁碳催化填料，是将氯化稀土材料负载到常规的铁碳填料上。所形成的特种铁碳催化填料，催化效果好，反应速度快。

所述的氯化稀土优选为氯化镧、氯化铈稀土。

本发明还提供所述重金属废水预处理反应器在含重金属废水处理中的应用。

优选的，用于含重金属废水预处理工艺中，含重金属废水的最佳pH为2-6。

所述反应器在重金属中的具体应用方法为：将含有重金属的废水的pH调节至2-4之间，为了增强还原效果，可以在废水中添加一定量的铁粉，整个反应在10-40°C下进行，采用水力搅拌1-3h。所述铁粉的添加量为：0.1-10g/L。

本发明所述的新型重金属废水预处理反应器，其中的铁碳材料每12个月人工更换一次即可。相对于现有技术，本发明专利主要是对重金属废水进行预处理，主要有以下技术优势：

1、简化重金属废水的处理流程。对于重金属废水的处理，大部分含重金属的废水为酸性的，在现有的处理工艺先将酸性废水调节为强碱性，去除沉淀后在调节为中性排放，操作流程复杂，且容易造成现场的混乱。本发明专利直接利用废水为酸性的特性进入催化反应器，反应完全之后进入沉淀装置，最终在酸性或中性条件下将其去除，澄清排放，简化了其处理流程，便于操作和管理。

2、提高反应速率。反应器中含有特种铁碳材料，其中负载了稀土元素，稀土元素具有特殊性能，能够对废水中的反应进行催化，提高其反应速率，从而缩短水力停留时间，减少设备的建设费用，提高废水的处理效率。

3、材料使用时间长，水处理费用低。特种铁碳材料是一种性能优良的材料，其在水中的消耗速率很低，在使用过程中可以根据使用情况每年更换一次，使用率高。因此，大大降低了废水处理的运行成本。

4、降低了废水处理成本。在重金属去除流程中，减少了反复调酸和调碱工序中的酸碱使用量，降低了药剂使用成本。而且，本发明中的新型重金属废水预处理反应器可以改变重金属的存在形态，可节省后续处理中的药剂消耗，简化后续处理工艺，最大程度的降低重金属废水的处理成本。

5、反应器中的铁碳填料不易出现短路和死区现象。反应器中铁碳填料负载了氯化稀土化合物，能够优化铁碳填料的性质，增强其催化能力，减少铁碳填料的短路和堵塞现象。此外，在重金属预处理反应器中，进水的pH控制在酸性条件下，所以不易出现死区，反应器中填料的性能均一。

附图说明

图1为重金属处理的一般工艺；

图2为本发明所述新型重金属废水的预处理反应器的结构示意图；

其中：1筒体，2通道挡板，3填料区，4循环管道，5泵，6入水口，7出水口。

具体实施方式

实施例1

如图2所示一种新型重金属废水预处理反应器，包括筒体1和特种铁碳催化填料，所述筒体中心设有通道挡板2，所述通道挡板2为带有筛孔的圆柱形挡板，所述特种铁碳催化填料填装于通道挡板2与筒体1之间形成的填料区3内；所述通道挡板2内部设有循环管道4，所述循环管道4通过泵5与筒体1上端相连；所述筒体1底端设有入水口6，顶部设有出水口7；所述入水口6高度高于填料区3底部，所述出水口7高度高于整个循环管道4。

实施例2

采用实施例1所述的设备，取电镀行业的废水，其中重金属Cd、Ni元素超标，溶液pH调节至2左右，将废水通入新型重金属废水预处理反应器中，其中反应器中含有特种铁碳填料（铁碳填料中负载了氯化镧稀土），反应在常温下进行（温度大约为20°C），通过水利搅拌1h后，取样进行测定。再将废水通入下一阶段的沉淀工艺，加入沉淀剂后反应1h，固液分离后取样测定。重金属测定采用ICP-MS进行测定，其数据测定结果如表1所示。

表1数据测定结果

样品	Cd（ug/L）	Ni（mg/L）
			废水初始浓度	173.60	1532
预处理反应器出水	5.22	55.23
			沉淀之后出水	2.39	2.46

由表1中的数据可以看出，相对于废水中重金属的初始浓度均较高，其中镉（Cd）元素超标1倍多，镍（Ni）元素超标1500多倍，废水具有很强的毒性。在经过新型重金属废水预处理反应器后，重金属的浓度显著的降低，其中镍（Ni）元素的去除率达到了96.4%，但是还未达到排放标准中规定的5ug/L，镉（Cd）元素元素的去除率达到了96.9%，达到排放标准。在经过沉淀工艺后，其所有的重金属元素均达到排放标准。

由此可以说明，本发明中的新型重金属预处理反应器对重金属的去除有很大作用，一方面可以直接去除重金属元素，另一方面可以改变重金属的形态，促进下一工艺中的去除效率和去除效果。本发明在重金属废水处理方面具有巨大的创新性，并且取得了意想不到的效果，为重金属的处理技术做出了重大突破。

实施例3

采用实施例1所述的设备，取钢铁行业脱硫喷淋液废水，其中含有重金属Cd、Pb等重金属元素，溶液pH调节至4左右，将废水通入新型重金属废水预处理反应器中，其中反应器中含有特种铁碳填料（铁碳填料中负载了氯化镧稀土），反应在常温下进行（温度大约为15°C）通过水利搅拌1h后，取样进行测定。再将废水通入下一阶段的沉淀工艺，加入沉淀剂后反应1h，固液分离后取样测定。重金属测定采用ICP-MS进行测定，其数据测定结果如表2所示。

表2数据测定结果

样品	111Cd（ug/L）	208Pb（ug/L）
			废水初始浓度	173.60	58.00
预处理反应器出水	2.42	0.04
			沉淀之后出水	0.99	-0.73

由表2中的数据可以看出，当含重金属废水的pH至4左右时，进入新型重金属反应器反应后，重金属离子的浓度与初始浓度相比均有较大程度的下降，其中Cd的去除率为98.6%、Pb的去除率为99.9%，效果十分显著。在经过后续沉淀处理后，重金属离子的浓度均降低到了排放标准值以下，取得了良好的去除效果。

实施例4

采用实施例1所述的设备，取某公司的电镀废水，其中重金属超标的元素有铬（Cr）、铜（Cu），溶液的初始pH=1.85，因此重金属废水直接进入重金属预处理反应器，其中反应器中含有特种铁碳填料（铁碳填料中负载了氯化镧稀土），水利搅拌1h，取样进行测定。再将废水通入下一阶段的沉淀工艺，加入沉淀剂后反应1h，固液分离后取样测定。重金属测定采用ICP-MS进行测定，其数据测定结果如表3所示。

表3数据测定结果

样品	52Cr（mg/L）	64Cu（mg/L）
			原水数据	951.30	2119
预处理反应器出水	30.69	171.60
			沉淀出水	1.055	0.809

由表3中的数据可以看出，电镀废水中重金属的浓度严重超标，在经过本发明技术中的新型重金属预处理反应器后，重金属的浓度显著下降，其中，铬的去除率达到了96.8%，铜的去除率达到了91.9%，去除效果十分显著。在进行沉淀工艺之后，重金属的浓度均达到了排放标准值以下。重金属预处理反应器在重金属的去除过程中起到了非常重要的作用。此外，本次试验中所用的铁碳填料反复使用了100次，累计处理废水量达到了10000吨，均没有出现短路和死区的问题。

Claims

1.一种新型重金属废水预处理反应器，其特征在于，所述的反应器内含有特种铁碳催化填料和水力搅拌系统。

2.根据权利要求1所述的新型重金属废水预处理反应器，其特征在于，所述新型重金属废水预处理反应器，包括筒体和特种铁碳催化填料，所述筒体中心设有通道挡板，所述通道挡板为带有筛孔的圆柱形挡板，所述特种铁碳催化填料填装于通道挡板与筒体之间形成的填料区内；所述通道挡板内部设有循环管道，所述循环管道通过泵与筒体上端相连；所述筒体底端设有入水口，顶部设有出水口；所述入水口高度高于填料区底部，所述出水口高度高于整个循环管道。

3.根据权利要求1或2所述的新型重金属废水预处理反应器，其特征在于，所述特种铁碳催化填料，是将氯化稀土材料负载到常规的铁碳填料上。

4.根据权利要求3所述的新型重金属废水预处理反应器，其特征在于，所述的氯化稀土优选为氯化镧、氯化铈稀土。

5.权利要求1或2所述的新型重金属废水预处理反应器在重金属废水处理中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，含重金属废水的pH为2-6。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，具体应用方法为：将含有重金属的废水的pH调节至2-4之间，在10-40°C下进行，水力搅拌1-3h。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，含有重金属的废水中添加铁粉。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，铁粉的添加量为：0.1-10g/L。