CN108083517A

CN108083517A - 一种重金属废水一体化净化工艺

Info

Publication number: CN108083517A
Application number: CN201711184176.7A
Authority: CN
Inventors: 刘艳萍; 刘先勇; 刘丽娟; 陈庆国
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: CN108083517B

Abstract

本发明属于废水水处理技术领域。本发明公开了一种重金属废水一体化净化工艺，其包括过滤、渗透反应格栅反应、电絮凝处理和活性炭过滤等步骤，其中渗透反应格栅中的填充介质为改性微米零价铁颗粒，改性微米零价铁颗粒由水溶性高聚物包覆沸石负载微米零价铁颗粒制得。本发明中的重金属废水一体化净化工艺具有较好的去除废水中重金属离子的效果，同时还能除去废水中的有机污染物；对轻金属离子及有益离子的除去率较低，能够保证经处理后的水中仍具有一定的有益离子及有益矿物质；本发明中的重金属废水一体化净化工艺工艺简单，效果明显，易于推广。

Description

一种重金属废水一体化净化工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种重金属废水一体化净化工艺。

背景技术

随着全球经济的发展，水污染日趋严重，特别是水中的重金属污染。在这些重金属污染中，常见的有：铅、汞、镉、铬等。饮用重金属超标的地下水会导致慢性中毒，皮肤会起色斑，手脚的角质层会增厚，变色，疼痛，甚至是连路都走不了，重金属中毒一般很难治好，致癌率很高，很多村子都成了癌症村。从目前的技术来看，适用于去除重金属的技术，一是活性炭吸附，二是KDF（铜锌合金）的电化反应，三是RO反渗透膜的滤除。活性炭的吸附作用可去除水中部分重金属，但是重金属的去除率与活性炭的质量有很大关系，非专业人员很难甄别。KDF（铜锌合金）的电化反应可以去除重金属，但这里需要大家注意的是，这种处理水的电化反应会导致处理后的水铜锌离子的超标，在日本已经被明令禁止使用于饮用水的水处理领域。RO反渗透膜最大的特点就是可将水中所有的杂质去除，包括重金属和一切有益、有害的物质，也就是说从这种净水机中出来的水基本就是H₂O，其缺点是将有益矿物质一并去除，而且废水率较高，一般达到1：3到1：7，非常浪费水资源。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种有效去除井水中重金属，净化水质，保障用水安全的合理有效的重金属废水一体化净化工艺。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形池过滤；

b）渗透反应格栅反应：将经过球形滤池过滤的重金属废水经过渗透反应格栅；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；

d）活性炭过滤：将经过电絮凝处理后的重金属废水之后经过活性炭过滤。

整个废水净化工艺包括四部分，即两端的过滤和中间的渗透反应格栅处理及电絮凝处理。第一步的砂滤，目的是为了除去废水中存在的颗粒较大的固体颗粒物，一来是为了除杂，二来也是为了保证后续处理的正常进行和减轻后续工艺中的处理压力。第二步渗透反应格栅是一种处理废水的新技术，经济便捷；废水通过时，其中的污染物能够被降解和固定，其能够降解废水中的有机污染物，也能沉降废水中的重金属元素。第三步电絮凝处理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下阳极被溶蚀，产生Al、Fe等离子，经一系列水反应发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离；同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和而促使其脱稳聚沉；能够进一步除去第二步渗透反应格栅反应后遗留的重金属元素。最后一步是活性炭过滤，活性炭既起过滤作用，还能起到脱色、除臭的作用，进一步净化水质。

作为优选，步骤c电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1～1.5倍，采用直流电，电流40～50A/m²，同时将重金属废水的pH值调至6～8。

作为优选，步骤b中，渗透反应格栅中的填充介质为改性微米零价铁颗粒。

作为优选，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将微米零价铁颗粒重量0.2～0.6倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量2～6倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1～2倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒。

零价铁是一种典型的渗透反应格栅活性材料，其具有很高的还原电势，高达-440mV，在本发明的渗透反应格栅中充当还原剂，还原废水中的有机污染物和重金属离子，是大分子的有机污染物分解为小分子的有机物，重金属离子则还原为重金属颗粒。由于零价铁是一种具有极高还原性的材料，其在制备完成后容易在与外界接触时被氧化，进而失效，因此需要将零价铁先包覆起来，阻隔其与外界特别是空气的接触；同时还需要在废水处理时能够及时参与反应，采用水溶性高聚物包覆零价铁颗粒，使其在不需要使用时能够后不与外界接触，不发生失效，在需要其发挥作用时，即在处理废水时能够及时参与反应。此外，还将沸石与零价铁进行复合，一来是可以更好的固定零价铁颗粒，二来是也能作为有机污染物降解和重金属离子还原后的吸附剂，吸附降解后的有机污染物和重金属颗粒。

作为优选，微米零价铁颗粒的粒径为50～75μm。

零价铁颗粒选用微米级的零价铁，同时沸石选用毫米级的沸石为最佳。

作为优选，水溶性高聚物为聚氧化乙烯、聚丙烯酸钙或聚乙烯醇中的一种。

作为优选，步骤a中的球形滤池由球形过滤器、进水管、净水出水管和脏水出水管组成；球形过滤器由上半球过滤器和下半球过滤器组成，上半球过滤器和下半球过滤器通过可拆卸固定装置固定在一起；上半球过滤器顶部设有水管连接口，上半球过滤器内部设有圆形的滤板、滤板托架和滤板清洁器，滤板置于滤板托架内，滤板托架的高度大于滤板的厚度，滤板清洁器由支架、滤板刷、桨叶和转动轴组成，转动轴固定在支架上，桨叶设于转动轴的中部，桨叶的数量至少为3个且均匀分布，滤板刷水平设置且一段固定于转动轴的顶端；下半球过滤器内部结构与上半球过滤器相同，并且下半球过滤器的内部结构沿水平接合面与上半球过滤器内部结构对称；进水管设于在球形过滤器的顶部，净水出水管设于球形过滤器的中部，脏水出水管设于球形过滤器的下；进水管和脏水出水管与球形过滤器滑动连接，净水出水管与球形过滤器转动连接。

通常的过滤器/过滤装置中，经过一点时间的使用后，需要更换过滤介质，或者对过滤介质进行清洗，以保证过滤后沉积在过滤介质表面的颗粒物阻塞过滤介质降低过滤的效率，但是频繁的更换过滤介质，十分不方便而且会大大影响过滤的效率。本发明中的球形过滤器具有自清洁过滤介质的功能；本发明主要由球形过滤器构成，球形过滤器分为两个半球过滤器，即上半球过滤器和下半球过滤器，这两个半球过滤器完全相同（上半球过滤器和下半球过滤器名称的不同只是根据使用时位置不同为了方便描述起的名称），两个半球过滤器组装在一起后，内部结构关于结合面镜像对称；上半球过滤器中包含过滤用的滤板，固定滤板用的滤板托架、清洁用的滤板清洁器、滤板托架由上下两部分组成且上下两部分的间距稍大于滤板的厚度，即滤板置于滤板托架后能够在垂直于滤板方向上进行小范围的移动，滤板清洁器由用于将滤板清洁器固定在上半球过滤器内壁的支架、与支架转动连接的转动轴、固定在转动轴中部的若干片桨叶、用于清洁滤板并固定在转动轴顶端的滤板刷组成，水流流过桨叶后能够带动转动轴转动，进而带动滤板刷进行转动。运转时，处理一段时间后将球形过滤器沿水平轴转动180度，即转动前的上下半球过滤器交换位置，需要处理的水从进水管进入上半球过滤器，经过滤后大部分水从净水出水管流出进入下一工序，小部分过滤后的水进入下半球过滤器，由于下半球过滤器在之前进行过过滤处理，因此其滤板表面沉积了颗粒物，球形过滤器经过旋转，滤板沉积颗粒的表面变为下表面，由于滤板托架的高度大于滤板的厚度，由于重力的原因，下半球过滤器中的滤板离滤板刷更近（甚至由于颗粒沉积厚度问题两者紧贴），流入下半球过滤器的净水冲击滤板清洁器上的桨叶，带动转动轴转动，进而带动桨叶滤板刷转动，清理滤板沉积的颗粒物，当沉积物减少后，净水流经滤板时也能带走滤板下表面的颗粒，进而起到对滤板自清洁的效果。该球形过滤器中的滤板由此可以做到减少更换滤板的效果，增加过滤的连续效率。进水管、净水出水管、脏水出水管相对于自然空间都是固定不动的。

上半球过滤器与下半球过滤器之间连接采用的可拆卸固定装置可以为卡箍或法兰等可拆卸固定装置。净水出水管设于球形过滤器的中部，净水出水管的轴线与球形过滤器的水平轴线为同一直线，球形过滤器轴线方向开有净水出水的开孔。

对与本发明中未提及的实现球形过滤器转动的装置，进水管、脏水出水管与球形过滤器之间滑动连接的具体实现方式，净水出水管与球形过滤器之间转动连接的具体实现方式，本领域普通技术人员有能力利用其掌握的本领域或相关领域普通常识/现有技术手段选用合适的装置和方式。

因此，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明中的重金属废水一体化净化工艺具有较好的去除废水中重金属离子的效果，同时还能除去废水中的有机污染物；

（2）本发明中的重金属废水一体化净化工艺对轻金属离子及有益离子的除去率较低，能够保证经处理后的水中仍具有一定的有益离子及有益矿物质；

（3）本发明中的重金属废水一体化净化工艺工艺简单，效果明显，易于推广。

附图说明

图1为本发明中的球形滤池的一种示意图；

图2为本发明中球形滤池中滤板清洁器的一种示意图；

图中：球形过滤器1，进水管2，净水出水管3，脏水出水管4，上半球过滤器5，下半球过滤器6，水管连接口51，滤板52，滤板托架53，滤板清洁器54，支架55，滤板刷56，桨叶57，转动轴58。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。

显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。

实施例1

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

b）渗透反应格栅反应：将经过球形滤池过滤的重金属废水经过渗透反应格栅；渗透反应格栅中的填充介质为改性微米零价铁颗粒；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1倍，采用直流电，电流40A/m²，同时将重金属废水的pH值调至6；

d）活性炭过滤：将经过电絮凝处理后的重金属废水之后经过活性炭过滤；

其中，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将粒径为50μm的微米零价铁颗粒重量0.2倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量2倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒；水溶性高聚物为聚氧化乙烯。

另外，如图1～2所示，球形滤池由球形过滤器1、进水管2、净水出水管3和脏水出水管4组成；球形过滤器由上半球过滤器5和下半球过滤器6组成，上半球过滤器和下半球过滤器通过可拆卸固定装置固定在一起；上半球过滤器顶部设有水管连接口51，上半球过滤器内部设有圆形的滤板52、滤板托架53和滤板清洁器54，滤板置于滤板托架内，滤板托架的高度大于滤板的厚度，滤板清洁器由支架55、滤板刷56、桨叶57和转动轴58组成，转动轴固定在支架上，桨叶设于转动轴的中部，滤板刷水平设置且一段固定于转动轴的顶端；下半球过滤器内部结构与上半球过滤器相同，并且下半球过滤器的内部结构沿水平接合面与上半球过滤器内部结构对称；进水管设于在球形过滤器的顶部，净水出水管设于球形过滤器的中部，脏水出水管设于球形过滤器的下部；进水管和脏水出水管与球形过滤器滑动连接，净水出水管与球形过滤器转动连接。

实施例2

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1.2倍，采用直流电，电流42A/m²，同时将重金属废水的pH值调至6.5；

其中，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将粒径为57μm的微米零价铁颗粒重量0.3倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量3倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1.2倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒；水溶性高聚物为聚氧化乙烯。

另外，球形滤池的具体结构同实施例1。

实施例3

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1.25倍，采用直流电，电流45A/m²，同时将重金属废水的pH值调至7；

其中，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将粒径为62.5μm的微米零价铁颗粒重量0.4倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量4倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1.5倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒；水溶性高聚物为聚丙烯酸钙。

另外，球形滤池的具体结构同实施例1。

实施例4

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1.3倍，采用直流电，电流47A/m²，同时将重金属废水的pH值调至7.5；

其中，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将粒径为67μm的微米零价铁颗粒重量0.5倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量5倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1.7倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒；水溶性高聚物为聚乙烯醇。

另外，球形滤池的具体结构同实施例1。

实施例5

一种重金属废水一体化净化工艺，包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

c）电絮凝处理：将经过渗透反应格栅后的重金属废水进行电絮凝处理；电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1.5倍，采用直流电，电流50A/m²，同时将重金属废水的pH值调至8；

其中，改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将粒径为75μm的微米零价铁颗粒重量0.6倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量6倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量2倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒；水溶性高聚物为聚乙烯醇。

另外，球形滤池的具体结构同实施例1。

技术指标：

采用GB8978中记载的测试方法测试处理后废水的重金属含量和COD：

1. 总铅：≤0.8mg/L；

2. 总镉：≤0.75mg/L；

3. 总汞：≤0.02mg/L；

4. 总铬：≤1.0mg/L；

5. 化学需氧量COD：≤110mg/L。

应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于包括以下步骤：

a）过滤：将重金属废水先经过球形滤池过滤；

2.根据权利要求1所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述步骤c电絮凝处理时，阳极由铝丝和铁丝缠绕而成，铝丝的重量为铁丝的1～1.5倍，采用直流电，电流40～50A/m2，同时将重金属废水的pH值调至6～8。

3.根据权利要求1所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述步骤b中，渗透反应格栅中的填充介质为改性微米零价铁颗粒。

4.根据权利要求3所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述的改性微米零价铁颗粒由以下方法制得，将微米零价铁颗粒重量0.2～0.6倍的水溶性高聚物溶解于微米零价铁颗粒重量2～6倍的去离子水中制得高聚物溶液，溶解后将微米零价铁颗粒加入到高聚物溶液中混合均匀，然后再加入微米零价铁颗粒重量1～2倍的沸石混合均匀并干燥后制得改性微米零价铁颗粒。

5.根据权利要求4所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述的微米零价铁颗粒的粒径为50～75μm。

6.根据权利要求4所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述的水溶性高聚物为聚氧化乙烯、聚丙烯酸钙或聚乙烯醇中的一种。

7.根据权利要求1所述的一种重金属废水一体化净化工艺，其特征在于：

所述步骤a中的球形滤池由球形过滤器、进水管、净水出水管和脏水出水管组成；

所述的球形过滤器由上半球过滤器和下半球过滤器组成，上半球过滤器和下半球过滤器通过可拆卸固定装置固定在一起；

所述的上半球过滤器顶部设有水管连接口，所述的上半球过滤器内部设有圆形的滤板、滤板托架和滤板清洁器，滤板置于滤板托架内，滤板托架的高度大于滤板的厚度，所述的滤板清洁器由支架、滤板刷、桨叶和转动轴组成，所述的转动轴固定在支架上，所述的桨叶设于转动轴的中部，所述的滤板刷水平设置且固定于转动轴的顶端；

所述的下半球过滤器内部结构与上半球过滤器相同，并且下半球过滤器的内部结构沿水平接合面与上半球过滤器内部结构对称；

所述的进水管设于在球形过滤器的顶部，所述的净水出水管设于球形过滤器的中部，所述的脏水出水管设于球形过滤器的下；所述的进水管和脏水出水管与球形过滤器滑动连接，所述的净水出水管与球形过滤器转动连接；

所述的球形过滤器能够沿水平轴进行转动。