CN107459121A - 一种生物反应和化学淋洗结合的工业废水重金属污染的处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物反应和化学淋洗相结合的重金属污染工业废水的处理系统，包括集水槽、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、重金属离子螯合反应塔、离心分离器、二次沉淀池、净水池。本系统创造性的利用了一种附着有半胱氨酸(Cys)牛血清白蛋白的球形担体作为表面接触反应介质，当含有重金属的废水以细化水雾的状态与其表面接触时，并且与化学淋洗液的组成物质产生协同作用，通过金属结合肽的诱导作用使废水中的重金属离子与半胱氨酸(Cys)牛血清白蛋白发生螯合反应，可与铜、锌、铅、铬、镉、铂、银、金等多种重金属离子产生螯合作用，生成金属络合物，该络合物不溶于水，通过离心分离操作加以去除。其重金属去除效率可达99.2%。

Description

一种生物反应和化学淋洗结合的工业废水重金属污染的处理 系统

技术领域

本发明涉及一种化学淋洗和生物反应结合的工业废水重金属污染的处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。

背景技术

重金属污染是指由重金属及其化合物所造成的环境污染和生态破坏，其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分在大气和固体废物中。重金属污染与其他有机化合物的污染不同，不少有机化合物可以通过自然界本身的物理、化学或生物效应得以净化，使危害性降低或消除；而重金属具有富集性，很难在环境中降解。

从环境污染方面来看，重金属污染最具代表性的是汞、镉、铅以及“类金属”——砷等生物毒性显著的重金属，这些重金属在水环境中不能被分解，人类饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合会生成毒性更大的有机化合物。

目前，现有的工业废水重金属处理方法包括：化学沉淀法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法等。

（1）化学沉淀法：在工业废水中投加某种化学物质，使其与废水中某些溶解性物质发生反应，生成难溶盐而沉淀下来，这种方法称为化学沉淀法。传统的化学沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法和钡盐沉淀法等。

（2）电解法：应用电解的基本原理，使废水中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应，使重金属富集，从而使废水中重金属得以去除，并可回收重金属。电解法处理重金属废水具有运行可靠、重金属去除率高，可回收利用等特点。但由于重金属浓度低时电耗大、投资成本高，电解法只适合处理高浓度重金属废水。

（3）吸附法：吸附法是利用吸附剂吸附废水中重金属的一种方法，传统的吸附剂有活性炭、沸石、粘土矿物等天然物质。活性炭的吸附能力强，对重金属去除率高，但价格昂贵，使用寿命短。近些年来发现矿物材料具有很强的吸附能力，其中天然沸石吸附能力最强，也是最早用于重金属废水处理的矿物材料。

（4）膜分离法：膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液的化学形态使溶质和溶剂进行分离和浓缩的方法。膜分离技术在反应过程中不发生相变化，分离效率高，操作及维护方便，分离和浓缩同时进行，可回收有价值的重金属。常见的膜技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、液膜等。

（5）离子交换法：离子交换法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的可交换离子与重金属离子发生交换反应，从而去除废水中重金属离子的方法。离子交换技术去除废水中的重金属，净化后出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后出水中重金属离子的浓度，通过回收再生后的溶液，可以实现重金属的回收。离子交换树脂性能对重金属离子的去除效果有较大影响。

由于上述传统处理方法存在成本高、技术复杂、处理效果不稳定等缺点，因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理工业废水重金属的新途径，进而开发一种全新形式的工业废水重金属处理技术。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种化学淋洗和生物反应结合的重金属污染工业废水的处理系统，该系统包括集水槽、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、重金属离子螯合反应塔、离心分离器、曝气硝化池、生物脱氮池、二次沉淀池、净水池等；其中，含重金属的工业废水通过废水管线进入集水槽，集水槽的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接重金属离子螯合反应塔，重金属离子螯合反应塔的出口通过废水管线连接离心分离器，离心分离操作中排出的重金属污泥外运处理，离心分离器的出口通过废水管线连接连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将处理后的净化出水外排；其中，重金属离子螯合反应塔顶部装有化学淋洗液进液阀门，并连接有分流导管，分流导管将水流分为五条支路，其末端连接有五支喷淋头，反应塔中部填筑有11层蛋白质担体球，蛋白质担体球上附着有半胱氨酸和牛血清白蛋白的混合物，反应塔右上部装有入水阀门，反应塔底部装有出水阀门；经过pH值调节处理后的工业废水通过重金属离子螯合反应塔右上部的入水阀门进入反应塔内部，通过雾化喷头后以细水雾的状态喷洒到蛋白质担体球上，同时化学淋洗液也以水滴的状态喷洒到蛋白质担体球上，废水和化学淋洗液与蛋白质担体球表面上附着的半胱氨酸和牛血清白蛋白发生接触，通过金属结合肽的诱导作用使废水中的重金属离子与半胱氨酸牛血清白蛋白发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水，以悬浊物的形式分散于废水中，并随废水通过反应塔底部的出水阀门排出反应塔，进入离心分离器，经过离心处理后最终以含重金属污泥的形式从废水中加以去除；其中，重金属离子螯合反应塔的左下部设有一扇检修窗口，工作人员可通过该窗口对反应塔中填筑的11层蛋白质担体球、分流导管及喷淋头进行检修操作；其中化学淋洗液包括以下按重量份计的组分：

癸二酸二辛酯 5-8

4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 12-15

1,4-二甲基哌嗪 9-15

水杨苷 9-15

4-氨基异喹啉 0.5-2

去离子水 约60-80。

进一步，pH值调节池的作用是将经过一次沉淀的废水pH值调节至6.5~8.0，以满足重金属离子螯合反应塔的入水pH值要求。

进一步，重金属离子螯合反应塔采用硬质不锈钢材质，外层包裹有防水保温材料，其塔体有效容积为75m³，喷淋头的喷淋角度约为45~90°

进一步，牛血清白蛋白的分子由583个氨基酸构成，分子量约为66000，其分子结构中包含17对二硫键。

本发明的优点在于：

（1）本系统摆脱了现有的工业废水重金属净化处理原理，创造性的利用了一种附着有半胱氨酸(Cys)牛血清白蛋白的球形担体作为表面接触反应介质，当含有重金属的废水以细化水雾的状态与其表面接触时，并且与癸二酸二辛酯、4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮、1,4-二甲基哌嗪、水杨苷、4-氨基异喹啉五种物质产生协同作用，通过金属结合肽的诱导作用使废水中的重金属离子与半胱氨酸(Cys)牛血清白蛋白发生螯合反应，可与铜、锌、铅、铬、镉、铂、银、金等多种重金属离子产生螯合作用，生成金属络合物，该络合物不溶于水，可通过离心分离操作加以去除。其重金属去除效率可达99.2%。

（2）本系统采用了球形蛋白质担体的设计，提高了聚合反应效率，提升了整个系统的处理能力；同时，蛋白质担体球作为一种低值易耗品，可根据使用消耗情况进行替换，替换成本低。

（3）本系统采用了蛋白质螯合重金属离子的手段，不使用任何有毒化学物质，从而消除了引入新的、危害更大的污染物的风险。

（4）本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。

附图说明

图1是本发明的设备示意图。

图中：1-集水槽、2-粗格栅、3-一次沉淀池、4-pH值调节池、5-重金属离子螯合反应塔、6-离心分离器、7-二次沉淀池、8-净水池

图2是蛋白质-重金属离子螯合反应塔的示意图。

51-化学淋洗液进液阀门、52-分流导管、53-喷淋头、54-蛋白质担体球、55-检修窗口、56-出水阀门、57-雾化喷头。

具体实施方式

如图1所示的去除工业废水中重金属的处理系统，该系统包括集水槽1、粗格栅2、一次沉淀池3、pH值调节池4、重金属离子螯合反应塔5、离心分离器6、二次沉淀池7、净水池8；其中，含重金属的工业废水通过废水管线进入集水槽1，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水槽1的出口通过废水管线连接粗格栅2，在此去除工业废水中的大直径固体物质，粗格栅2的出口通过废水管线连接一次沉淀池3，在此进一步去除废水中的不溶物质，一次沉淀池3的出口通过废水管线连接pH值调节池4，废水在此进行中和处理并进行pH值的精确调节，pH值调节池4出水的pH值范围为6.5~8.0，以满足蛋白质-重金属离子螯合反应塔5的入水pH值要求，pH值调节池4的出口通过废水管线连接重金属离子螯合反应塔5，重金属离子螯合反应塔5的出口通过废水管线连接离心分离器6，废水在此进行离心分离处理，以实现悬浊物与废水的分离，离心分离操作中排出的重金属污泥外运处理，分离完成后的废水经离心分离器6的出口通过废水管线连接二次沉淀池7，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池7的出口通过废水管线连接净水池8，净水池8的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排；其中，重金属离子螯合反应塔5采用硬质不锈钢材质，其塔体有效容积为75m³，外层包裹有防水保温材料，反应塔顶部装有化学淋洗液进液阀门51，并连接有分流导管52，分流导管52将水流分为五条支路，其末端连接有五支喷淋头53，喷淋头53的喷雾角度为45~90°，反应塔中部填筑有11层蛋白质担体球54，蛋白质担体球54上的附着物为半胱氨酸(Cys)合牛血清白蛋白的混合物，牛血清白蛋白的分子由583个氨基酸构成，分子量约为66000，其分子结构中包含17对二硫键，其类球状高级结构可以分为3个结构域，反应塔底部装有出水阀门56，反应塔右上部设有入水阀门；经过pH值调节处理后（处理后pH值为6.5~8.0）的工业废水通过蛋白质-重金属离子螯合反应塔5的入水阀门进入反应塔内部，通过雾化喷头57后以细水雾的状态喷洒到蛋白质担体球上，同时化学淋洗液也以水滴的状态喷洒到蛋白质担体球上，废水和化学淋洗液与蛋白质担体球54表面上附着的半胱氨酸和牛血清白蛋白发生接触，通过金属结合肽的诱导作用使废水中的重金属离子与半胱氨酸、牛血清白蛋白以及化学淋洗液发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水，以悬浊物的形式分散于废水中，并随废水通过反应塔底部的出水阀门56排出反应塔，进入离心分离器6，经过离心处理后最终以含重金属污泥的形式从废水中加以去除；其中，重金属离子螯合反应塔5的左下部设有一扇检修窗口55，工作人员可通过该窗口对反应塔中填筑的11层蛋白质担体球54、喷淋头53进行检修操作。其中化学淋洗液包括以下按重量份计的组分：

癸二酸二辛酯 5-8

4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 12-15

1,4-二甲基哌嗪 9-15

水杨苷 9-15

4-氨基异喹啉 0.5-2

去离子水 60-80。

通过本系统处理后的工业废水，其重金属去除效率可达99.2%。

Claims (2)

1.一种生物反应和化学淋洗结合的重金属污染工业废水的处理系统，其特征在于，该系统包括集水槽、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、重金属离子螯合反应塔、离心分离器、二次沉淀池、净水池；其中，含重金属的工业废水通过废水管线进入集水槽，集水槽的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，将经过一次沉淀池的废水pH值调节至6.5~8.0，pH值调节池的出口通过废水管线连接重金属离子螯合反应塔，塔体有效容积为75m³，重金属离子螯合反应塔的出口通过废水管线连接离心分离器，离心分离操作中排出的重金属污泥外运处理，离心分离器的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水池，净水池的出口通过废水管线将处理后的净化出水外排；其中，重金属离子螯合反应塔顶部装有化学淋洗液进液阀门，并连接有分流导管，分流导管将水流分为五条支路，其末端连接有五支喷淋头，喷淋头的喷淋角度为45~90°，反应塔中部填筑有11层蛋白质担体球，蛋白质担体球上附着有半胱氨酸和牛血清白蛋白的混合物，反应塔右上部装有入水阀门，反应塔底部装有出水阀门；经过pH值调节处理后的工业废水通过重金属离子螯合反应塔右上部的入水阀门进入反应塔内部，通过雾化喷头后以细水雾的状态喷洒到蛋白质担体球上，同时化学淋洗液也以水滴的状态喷洒到蛋白质担体球上，废水和化学淋洗液与蛋白质担体球表面上附着的半胱氨酸和牛血清白蛋白发生接触，通过金属结合肽的诱导作用使废水中的重金属离子与半胱氨酸、牛血清白蛋白以及化学淋洗液发生螯合反应，生成金属络合物，该络合物不溶于水，以悬浊物的形式分散于废水中，并随废水通过反应塔底部的出水阀门排出反应塔，进入离心分离器，经过离心处理后最终以含重金属污泥的形式从废水中加以去除；其中，重金属离子螯合反应塔的左下部设有一扇检修窗口，工作人员通过该窗口对反应塔中填筑的11层蛋白质担体球、分流导管及喷淋头进行检修操作；其中化学淋洗液包括以下按重量份计的组分：

癸二酸二辛酯 5-8

4-(2,6,6-三甲基-2-环辛烯-1-基)-3-丁烯-2-酮 12-15

1,4-二甲基哌嗪 9-15

水杨苷 9-15

4-氨基异喹啉 0.5-2

去离子水 约60-80。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，重金属离子螯合反应塔采用硬质不锈钢材质，外层包裹有防水保温材料。