CN108328720B - 露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，包括如下步骤：(1)建造深度为0.5‑1m，长：宽＝2：1的处理池，坡度为0％～1％，在处理池末端底部设置出水孔；(2)在处理池高出0.3‑0.5m处设置进水管，出水区末端底部设置出水管与出水孔相连通；(3)处理池基质由两层组成，底层填充建筑碎石，上层为填充碳酸盐石子；(4)用研磨机研磨铁矿渣为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方，按进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比＝1：1‑2投加铁矿渣；(5)按照铁矿渣：过氧化氢的重量比＝1：1.5‑3投加过氧化氢；(6)完成以上步骤后，将盐度为2‑5mg/l的含铬污水从进水管注入，根据Q＝F/K得入水流速，根据Q＝Fqt/0.0365，HRT＝V/Q(h)得水力停留时间，污水从出水孔流出后Cr(VI)即可得到净化。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，尤其涉及一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用。
背景技术
高盐含铬废水主要来自于工业废水，如印染废水、电镀废水、钢铁冶金废水、制革废水以及化工生产中生成的大量废水等。这类废水具有水量大、水质水量波动大、污染负荷高、碱度大、色度高、悬浮物含量高、可生化性较好等特点。且污水中六价铬具有高毒性、高致癌性，并且在环境中易于迁移，将六价铬还原为低毒的三价铬是重金属铬污染治理的关键步骤。污水处理厂可以将污水中的盐和重金属去除，达到排放标准，但是这种处理方式运行费用和造价较高并且容易造成再生废水的二次污染，不符合现代社会生态理念的要求；若在人工湿地进行处理，去除的重金属离子的量有限，重金属离子去除率不高，而且去除时间长，一般需要一个季度或更长时间，整体效率较低。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，投资少、效果好，节能、生态环保。
为了实现上述目的，本发明提供的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，包括如下步骤：
（1）处理池的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池一个，深度为0.5-1m，长：宽=2：1，所述处理池的坡度为 0%~1%，在处理池末端底部设置孔径30-80cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：在处理池高出0.3-0.5m处设置进水管，出水区的末端底部设置出水管与出水孔相连通；
（3）基质填充：处理池基质由两层组成，底层填充粒径1.0-3.5cm的建筑碎石，上层为填充粒径2.0-5.0cm的碳酸盐石子，填充高度为60-200cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为60-90%的铁矿渣，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方，按进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：1-2投加铁矿渣；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：1.5-3投加过氧化氢；
（6）处理池运行：在以上步骤完成后，将盐度为2-5mg/l的高盐含铬污水从进水管注入，根据Q=F/K得出入水流速，式中:Q为设计废水流量m3/d，F为人工湿地占用的土地面积hm2，K为系数，6.57×10-3，水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q(h)得出，式中：Q，F同前，q为水力负荷m/w，t为运行时间(全年运行周数)，0.03565为换算系数，污水从出水孔池流出后Cr(VI)即可得到净化；
优选地，所述处理池表面积的预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)，其中As为湿地面积（m2），Q为流量（m3/d），Co为进水BOD（mg/l），Ce为出水BOD（mg/l），Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），d为基质床的深度，n为基质的孔隙度；
优选地，所述基质床的深度为60-200cm；
优选地，所述基质的孔隙度为10-40％；
优选地，所述进水废水的pH为2-5；
优选地，所述进水管为多孔进水管；
优选地，所述出水管为穿孔集水管；
优选地，所述出水管还设置有旋转弯头和控制阀门，用于调节床内的水位。
本发明提供的，具有如下有益效果：
1. 把人工湿地和光催化法相结合，其实质是过氧化氢在铁矿渣中Fe离子的催化作用下生成具有高反应活性的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解，即使在高盐的干扰下仍可使Cr(VI)还原为Cr(III)，使污水中的Cr(VI)得到净化，方便后续对高盐的处理，而且本发明在黑暗中也可以反应，而太阳光照射下可大大加快其还原效率，提高了对太阳光的利用率，节约了H2O2用量，有效避免了湿地处理时间长和效率低的问题，节约处理成本，节省处理时间，又能发挥湿地可以处理大量水的优点，且不影响湿地的正常运作。
2.采用将Fe3+、Fe2+或铁的络合物固定在固态物质的表面或内部的铁矿渣作为催化剂，可在可见光照射下进行非均相光Fenton反应，也可在黑暗条件下进行传统的Fenton反应，不需要引进紫外灯照射，提高了太阳能的利用率，节约了H2O2用量，节约设备投资，可用于处理高浓度有机废水，且铁矿渣可采用生产废料，废物利用，价格低廉，还原效率高，生态环保，符合生态废物利用的理念。
附图说明
图1为本发明体提供的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用的处理池的结构示意图。
图中：
1.处理池 2.进水管 3.基质 4. 铁矿渣 5.穿孔集水管 6.旋转弯头。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1：
（1）处理池1的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池1一个，深度为0.5m，长为12m,宽为6m，根据地形来考虑，底面坡度为0。处理池1表面积为436.8m2。表面积预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)（m2），Q进水流量为126（m3/d），Co为进水BOD为200（mg/l），Ce为出水BOD为20（mg/l），Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），T为26。d为基质床的深度为60cm，n为基质的孔隙度为10％，在处理池1末端底部设置孔径30cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：进水管2应比处理池1高出0.3m，进水管2一般采用多孔进水管；出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管5与出水孔相连通，并设置旋转弯头6和控制阀门以调节床内的水位；
（3）基质填充：处理池基质3由两层组成，底层填充粒径1.0cm的建筑碎石，上层为填充粒径2.0cm的碳酸盐石子，填充高度为60cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为60%的铁矿渣4，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池1基质层3上方。根据进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：1；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣4的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：1.5投加过氧化氢；
（6）处理池1运行：在以上步骤完成后，将经过处理pH为2、盐度为3mg/l、六价铬浓度为1.5mg/l的高盐含铬污水从进水管注入，入水流速Q=F/K，式中:Q为设计废水流量126(m3/d)，F为人工湿地占用的土地面积72m2，K为系数，6.57×10-3。水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q=6.8(h)式中：Q，F同前，q为水力负荷m/d，q取2m/d，t为运行时间(全年运行周数)，t取32周，0.03565为换算系数。
污水从出水孔流出的六价铬浓度为0.06mg/l，废水中六价铬的转化率可达96%。
实施例2：
（1）处理池1的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池1一个，深度为0.8m，长为8m,宽为4m，根据地形来考虑，底坡降0.5%。处理池1表面积为228.8m2。表面积的预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)（m2），Q进水流量为56.1（m3/d），Co进水BOD为250（mg/l），Ce出水BOD为25（mg/l），Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），T为25。d为基质床的深度，该例为120cm，n为基质的孔隙度，该例设置为从25％。在处理池末端底部设置孔径50cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：进水管2应比处理池1高出0.4m，进水管2一般采用多孔进水管；出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管5与出水孔相连通，并设置旋转弯头6和控制阀门以调节床内的水位；
（3）基质填充：处理池基质3由两层组成，底层填充粒径2.0cm的建筑碎石，上层为填充粒径3.0cm的碳酸盐石子，填充高度为120cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为75%的铁矿渣4，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方。根据进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：1.5；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：2.12投加过氧化氢；
（6）处理池运行：在以上步骤完成后，将经过处理pH为3、盐度为3mg/l、六价铬浓度为1.5mg/l的高盐含铬污水从进水管2注入，入水流速Q=F/K，式中:Q为设计废水流量56.1(m3/d)，F为人工湿地占用的土地面积32m2，K为系数，6.57×10-3。水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q=10.9(h)式中：Q，F同前，q为水力负荷m/d，q取2m/d，t为运行时间(全年运行周数)，t取32周，0.03565为换算系数；
污水从出水孔流出的六价铬浓度为0.02mg/l，废水中六价铬的转化率可达98.6%。
实施例3：
（1）处理池1的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池一个，深度为1m，长为10m,宽为5m，根据地形来考虑，底坡降1%。处理池1表面积为328.4m2。表面积的预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)（m2），Q进水流量为87.7（m3/d），Co进水BOD为300（mg/l），Ce出水BOD为20（mg/l），Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），T为27。d为基质床的深度，该例为200cm，n为基质的孔隙度，该例设置为从40％。在处理池末端底部设置孔径50cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：进水管2应比处理池1高出0.5m，进水管2一般采用多孔进水管；出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管5与出水孔相连通，并设置旋转弯头6和控制阀门以调节床内的水位；
（3）基质填充：处理池基质3由两层组成，底层填充粒径3.5cm的建筑碎石，上层为填充粒径5.0cm的碳酸盐石子，填充高度为200cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为90%的铁矿渣4，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方。根据进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：2；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：3投加过氧化氢；
（6）处理池运行：在以上步骤完成后，将经过处理pH为5、盐度为4mg/l、六价铬浓度为1.5mg/l的高盐含铬污水从进水管2注入，入水流速Q=F/K，式中:Q为设计废水流量87.7(m3/d)，F为人工湿地占用的土地面积50m2，K为系数，6.57×10-3。水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q=13.7(h)式中：Q，F同前，q为水力负荷m/d，q取2m/d，t为运行时间(全年运行周数)，t取32周，0.03565为换算系数；
污水从出水孔流出的六价铬浓度为0.10mg/l，废水中六价铬的转化率可达93.3%。
实施例4：
（1）处理池的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池一个，深度为0.5m，长为6m,宽为3m，根据地形来考虑，底坡降1%。处理池表面积为109.7m2。表面积的预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)（m2），Q进水流量为31.6（m3/d），Co进水BOD为200（mg/l），Ce出水BOD为20（mg/l），Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），T为27。d为基质床的深度，该例为100cm，n为基质的孔隙度，该例设置为从30％。在处理池末端底部设置孔径50cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：进水管2应比处理池1高出0.5m，进水管2一般采用多孔进水管；出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管5与出水孔相连通，并设置旋转弯头6和控制阀门以调节床内的水位；
（3）基质填充：处理池1基质由两层组成，底层填充粒径3.5cm的建筑碎石，上层为填充粒径4.0cm的碳酸盐石子，填充高度为150cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为80%的铁矿渣，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方。根据进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：2；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：3投加过氧化氢；
（6）处理池1运行：在以上步骤完成后，将经过处理pH为4、盐度为5mg/l，六价铬浓度为1.5mg/l的高盐含铬污水从进水管2注入，入水流速Q=F/K，式中:Q为设计废水流量31.6(m3/d)，F为人工湿地占用的土地面积18m2，K为系数，6.57×10-3。水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q=6.9(h)式中：Q，F同前，q为水力负荷m/d，q取2m/d，t为运行时间(全年运行周数)，t取32周，0.03565为换算系数；
污水从出水孔流出的六价铬浓度为0.13mg/l，废水中六价铬的转化率可达91.3%。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，包括如下步骤：
（1）处理池的建造：在靠近污染水源的位置挖掘处理池一个，深度为0.5-1m，长：宽=2：1，所述处理池的坡度为 0%~1%，在处理池末端底部设置孔径30-80cm的出水孔；
（2）进出水系统的布置：在处理池高出0.3-0.5m处设置进水管，出水区的末端底部设置出水管与出水孔相连通；
（3）基质填充：处理池基质由两层组成，底层填充粒径1.0-3.5cm的建筑碎石，上层为填充粒径2.0-5.0cm的碳酸盐石子，填充高度为60-200cm；
（4）催化剂的制备：含铁量为60-90%的铁矿渣，用研磨机研磨为粉末状均匀的撒入处理池基质层上方，按进水水质中Cr(VI)：铁矿渣的重量比=1：1-2投加铁矿渣；
（5）过氧化氢的投加：根据步骤（4）铁矿渣的重量，按照铁矿渣：过氧化氢的重量比=1：1.5-3投加过氧化氢；
（6）处理池运行：在以上步骤完成后，将盐度为2-5mg/L 的高盐含铬污水从进水管注入，根据Q=F/K得出入水流速，式中:Q为设计废水流量m3/d，F为人工湿地占用的土地面积hm2，K为系数，6.57×10-3，水力停留时间根据Q=Fqt/0.0365，HRT=V/Q(h)得出，式中：Q，F同前，q为水力负荷m/w，t为运行时间全年运行周数，0.03565为换算系数，污水从出水孔池流出后Cr(VI)即可得到净化。
2.根据权利要求1所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述处理池表面积的预计计算公式：As=(Q×（lnCo－lnCe）)/(Kt×d×n)，其中As为湿地面积m2，Q为流量m3/d，Co为进水BODmg/L ，Ce为出水BODmg/L ，Kt为与温度相关的速率常数，Kt＝1.014×（1.06）（T-20），d为基质床的深度，n为基质的孔隙度。
3.根据权利要求2所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述基质床的深度为60-200cm。
4.根据权利要求3所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述基质的孔隙度为10-40％。
5.根据权利要求1所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述进水废水的pH为2-5。
6.根据权利要求1所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述进水管为多孔进水管。
7.根据权利要求1所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述出水管为穿孔集水管。
8.根据权利要求1所述的一种露天湿地中光催化法去除高盐废水中重金属铬的应用，其特征在于，所述出水管还设置有旋转弯头和控制阀门，用于调节床内的水位。
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