CN109205905A - 一种重金属废水的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种重金属废水的处理方法。包括以下步骤：1）过滤、2）蒸馏、3）混凝沉降、4）絮凝、5）冶炼、6）吸附灭菌：本发明处理后得到的水体重金属含量达标，并且通过采用太阳能加热的方式减少以往蒸馏所消耗的能源问题，利用活性污泥粉末混凝沉降后再经冶炼的方式实现重金属的回收利用。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种重金属废水的处理方法。
背景技术
重金属废水指的是汞、镍、铬、铅等含有生物毒性的金属元素，这些金属元素在自然界中均以化学形态或者物理形态存在于水中，并且慢慢聚集，重金属废水主要是因为金属的加工，电镀厂以及化工厂生产过程产生的废水排放，造成水体污染，重金属在生态环境当中不能自然降解也不能通过生理代谢的方式将重金属排出体外，因此重金属会被生物吸收、富集，并且沿着生物圈中的食物链进行传递，重金属会造成蛋白质及活性酶失去作用，从而引发生物体代谢功能的紊乱，并且进入人体后会对大脑、神经、视力、肾脏器官等造成损伤，因此重金属废水亟待处理。目前常用处理重金属废水的方法包括化学沉淀法、电解还原法、电渗析法及离子交换法等。
（1）电解还原法是指用直流电电解的方式，将正电的重金属离子还原生成金属单质并吸附在电极表面或者沉淀到电解液底部，从而实现废水中重金属的回收，但是电解还原法存在着电量消耗巨大、电极板消耗严重、从而造成电解还原法所需成本高的问题。
（2）化学沉淀法是指向重金属废水中加入硫化物、氢氧化物、钡盐、氨基甲酸盐等沉淀剂，重金属与沉淀剂形成沉淀,从而将重金属离子去除，此方法工艺过程简单、处理成本低，操作简便，但其处理速度较慢，处理完成后会产生大量杂质，造成重金属回收难度大的弊端。
（3）电渗析法是利用重金属废水通入直流电引起溶液中阴阳离子定向移动，并利用阴、阳离子选择透过性薄膜将电解质聚集在一侧，另一侧便可得到较为洁净的水资源，该种方法对重金属废水中重金属离子浓度要求较高，并且所用的阴、阳离子选择性透过性膜在使用过程中容易堵塞，从而影响其可使用的时间。
发明内容
为了改善以往重金属废水处理方法中电耗量巨大、水资源浪费、重金属无法利用、二次污染等问题，本发明通过采用太阳能加热的方式减少以往蒸馏所消耗的能源问题，通过利用活性污泥粉末混凝沉降后再经冶炼的方式实现重金属的利用，本发明的技术方案是：
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：1）过滤、2）蒸馏、3）混凝沉降、4）絮凝、5）冶炼、6）吸附灭菌，其特征在于：
1）过滤：在温度为25℃-30℃条件下，将重金属废水通过孔径为0.8nm-0.2μm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水用太阳能蒸馏的方法导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏,蒸馏温度为100℃-105℃，得到水蒸气及浓度较高的重金属废水，将残留的浓度较高的重金属废水重复蒸馏3-5次，得到重金属质量浓度为15%-45%的高浓度重金属废水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降30min-40min，加入的活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入60mg-110mg,且使用的活性污泥粉末中硫化钠与活性污泥粉末混合均匀，每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为15g-45g；
4）絮凝：在温度为25℃-30℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为20mg-30mg、20mg-25mg,将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度小于50℃，PH范围为1-8的条件下，将水以15m/h-25m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水利用污水紫外线杀菌器进行灭菌处理，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1min-1.5min，从而获得达到排放标准的水。
有益效果
本发明的有益效果是：
1、步骤1）中采用的平板陶瓷膜具有分离效率高，抗污染、耐高温、化学性能稳定、操作维护简便、效果稳定的优点。
2、步骤2）中通过重复蒸馏，提高污水中重金属所占的比例，并得到纯净的水蒸气，加热的方式，采用太阳能加热，在一定程度上避免了能源的消耗及对环境所造成的污染。
3、步骤3）所用的硫化钠可以与重金属产生络合物，所用的活性污泥粉末，呈负电性，有较为优良的混凝作用，对重金属络合物有较好的吸附能力并且在一定程度上有助于混凝处理，且用活性污泥粉末代替常用的油基混凝剂，可以减少油基混凝剂的使用，不仅可以节约成本，而且活性污泥可以得到充分应用。
4、步骤4）加入絮凝剂，使络合物絮凝速度加快，从而得到重金属含量较高的污泥；步骤5）重金属冶炼回收利用，对活性污泥的处理成本有所降低；步骤6）吸附树脂以苯乙烯、二苯乙烯为原料，是一种多孔性树脂，具有较好的吸附性能，利用其良好的吸附能力除去水中残留的重金属离子。
附图说明
图1是本发明提供的一种重金属废水的处理方法流程示意图，其中污泥为含有重金属的活性污泥。
具体实施方式
下面结合实施的例子及实施的方式对本发明的实施方案进行详细描述，以下实施例仅用于详细说明本发明，并不能视为限制本发明的范围。
实施例1
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：
1）过滤：在温度为25℃条件下，将重金属废水通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水用太阳能蒸馏的方法导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏,蒸馏温度为100℃，得到水蒸气及浓度较高的重金属废水，将残留的浓度较高的重金属污水重复蒸馏3次，得到重金属质量浓度为15%-45%的高浓度重金属废水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降35min，加入的活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入80mg,且使用的活性污泥粉末中硫化钠与活性污泥粉末混合均匀，每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为30g；
4）絮凝：在温度为25℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为25mg、20mg,将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度为45℃，PH为7的条件下，将水以20m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水利用污水紫外线杀菌器进行灭菌处理，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1.5min，从而获得达到排放标准的水。
实施例2
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：
1）过滤：在温度为25℃条件下，将重金属废水通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水用太阳能蒸馏的方法导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏,蒸馏温度为100℃，得到水蒸气及浓度较高的重金属废水，将残留的浓度较高的重金属污水重复蒸馏3次，得到重金属质量浓度为15%-45%的高浓度重金属废水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降35min，加入的活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入80mg,且使用的活性污泥粉末中硫化钠与活性污泥粉末混合均匀，每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为Ag；
4）絮凝：在温度为25℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为25mg、20mg,将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度为45℃，PH范围为7的条件下，将水以20m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水利用污水紫外线杀菌器进行灭菌处理，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1.5min，从而获得达到排放标准的水。
在实施例1的基础上只改变每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为Ag，排放的处理水分别进行Pb、Zn、Cu、Cr含量测试，所测含量如下表：
表1所添加硫化钠质量Ag,测得排放的处理水中重金属含量
由上表可知：随着活性污泥粉末中所含硫化钠质量增加，排放的处理水中重金属Pb、Zn、Cu、Cr含量有所降低，当每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量从30g增加到40g时，测得排放的处理水中重金属含量除Cu外，其他重金属含量不再减少，且Cu含量减小相对较少，而Zn含量有所增加，故每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠最佳质量为30g。
实施例3
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：
1）过滤：在温度为25℃条件下，将重金属废水通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水用太阳能蒸馏的方法导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏,蒸馏温度为100℃，得到水蒸气及浓度较高的重金属废水，将残留的浓度较高的重金属污水重复蒸馏3次，得到重金属质量浓度为15%-45%的高浓度重金属废水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降35min，加入的活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入Bmg,且使用的活性污泥粉末中硫化钠与活性污泥粉末混合均匀，每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为30g；
4）絮凝：在温度为25℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为25mg、20mg,将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度为45℃，PH为7的条件下，将水以20m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水利用污水紫外线杀菌器进行灭菌处理，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1.5min，从而获得达到排放标准的水。
在实施例1的基础上只改变每升高浓度重金属废水中加入活性污泥粉末Bmg，排放的处理水分别进行Pb、Zn、Cu、Cr含量测试，所测含量如下表：
表2所添加活性污泥粉末质量Bmg,测得排放的处理水中重金属含量
| 重金属含量 Bmg (mg/L) | Pb | Zn | Cu | Cr |
| 60 | 0.22 | 0.31 | 0.24 | 0.19 |
| 80 | 0.14 | 0.22 | 0.20 | 0.11 |
| 100 | 0.11 | 0.17 | 0.20 | 0.1 |
| 110 | 0.19 | 0.28 | 0.3 | 0.21 |
由上表可知：随着每升高浓度重金属废水中加入活性污泥粉末从60mg增加到100mg时,测得排放的处理水中重金属含量均有所降低，但活性污泥粉末从100mg增加到110mg时，重金属含量增加，故每升高浓度重金属废水中加入活性污泥粉末最佳质量为100mg。
实施例4
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：
1）过滤：在温度为25℃条件下，将重金属废水通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水用太阳能蒸馏的方法导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏,蒸馏温度为100℃，得到水蒸气及浓度较高的重金属废水，将残留的浓度较高的重金属废水重复蒸馏3次，得到重金属质量浓度为15%-45%的高浓度重金属污水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降35min，加入的活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入80mg,且使用的活性污泥粉末中硫化钠与活性污泥粉末混合均匀，每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为30g；
4）絮凝：在温度为25℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为Cmg、20mg,将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度为45℃，PH为7的条件下，将水以20m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水利用污水紫外线杀菌器进行灭菌处理，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1.5min，从而获得达到排放标准的水。
在实施例1的基础上只改变每升重金属废水中加入絮凝剂聚合氯化铝铁Cmg，排放的处理水分别进行Pb、Zn、Cu、Cr含量测试，所测含量如下表：
表3所添加聚合氯化铝铁质量Cmg,测得排放的处理水中重金属含量
| 重金属含量 Cmg (mg/L) | Pb | Zn | Cu | Cr |
| 20 | 0.19 | 0.27 | 0.26 | 0.14 |
| 25 | 0.14 | 0.22 | 0.20 | 0.11 |
| 28 | 0.13 | 0.22 | 0.2 | 0.11 |
| 30 | 0.11 | 0.21 | 0.19 | 0.11 |
由上表可知：随着每升重金属废水中加入絮凝剂聚合氯化铝铁的增加，得排放的处理水中重金属含量均有所降低，但当每升重金属废水中加入絮凝剂聚合氯化铝铁由25mg增加到30mg时，Pb、Zn、Cu含量只略微降低，且Cr含量没有降低，故每升重金属废水中加入絮凝剂聚合氯化铝铁的最佳质量为25mg。
对比例1
一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：
1）过滤：在温度为25℃条件下，将重金属废水通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物，缓慢加入氢氧化钾溶液，直至重金属废水的PH为10.5时，停止加入氢氧化钾溶液，将其静置2h,静置温度为0℃；
2）在温度为25℃-30℃条件下，将过滤后的重金属污水加入絮凝剂聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为25mg、20mg,的重金属废水使用离心分离器，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
3）将经过离心分离后废水内加入先后经过质量百分比为3%的硝酸沉浸20h,之后经过质量百分比为2%的硫代乙醇酸中沉浸10h,最后沉浸在质量百分比为4%乙二胺四乙酸钾盐中13h得到的稻壳，加入稻壳的量占重金属废水的0.4%，进行超声波剪切30min;
4)将步骤3）中所得到的重金属废水，在温度为25℃条件下，通过孔径为1nm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中稻壳、悬浮物、以及其他不溶于水的异物，即可。
将实施例1-4和对比例1排放的处理水分别进行Pb、Zn、Cu、Cr含量测试，所测含量如下表：
表4测得排放的处理水中重金属含量
| Pb | Zn | Cu | Cr | |
| 实施例1 | 0.14 | 0.22 | 0.20 | 0.11 |
| 实施例2 | 0.21 | 0.35 | 0.27 | 0.14 |
| 实施例3 | 0.19 | 0.28 | 0.3 | 0.21 |
| 实施例4 | 0.19 | 0.27 | 0.26 | 0.14 |
| 对比例1 | 1.31 | 1.92 | 2.01 | 1.1 |
由上表可知：本发明实施例1-4排放的处理水中Pb、Zn、Cu、Cr含量明显低于对比例1，且均符合重金属排放标准，据此可以说明，本发明处理后得到的水体重金属含量达标，并且通过采用太阳能加热的方式减少以往蒸馏所消耗的能源问题，利用活性污泥粉末混凝沉降后再经冶炼的方式实现重金属的回收利用。
Claims (5)
1.一种重金属废水的处理方法，依次包括以下步骤：1）过滤、2）蒸馏、3）混凝沉降、4）絮凝、5）冶炼、6）吸附灭菌，其特征在于：
1）过滤：在温度为25℃-30℃条件下，将重金属废水通过孔径为0.8nm-0.2μm的平板陶瓷膜进行过滤，以水流压力为驱动力并根据平板陶瓷膜孔径的要求，除去废水中悬浮物、胶以及其他不溶于水的异物；
2）蒸馏：将经过过滤后的重金属废水导入到太阳能蒸馏器中进行蒸馏处理,得到水蒸气及浓度较高的重金属污水；
3）混凝沉降：将重复蒸馏后得到的高浓度重金属废水加入含硫化钠的活性污泥粉末，进行混凝沉降；
4）絮凝：在温度为25℃-30℃条件下，将混凝沉降后的重金属废水加入絮凝剂，将絮凝后的重金属输入到离心分离器中，依据离心力的不同，将含有重金属的活性污泥与水分离，获得含有重金属的活性污泥及水；
5）冶炼：将分离出的含有重金属的活性污泥，装入压滤机中，通过压滤机间接的向活性污泥施加压力，直至没有纯净的液体流出为止，从而实现液、固分离的目的，将经过压滤机处理得到的活性污泥输送到冶炼厂，使得重金属通过冶炼回收利用；
6）吸附灭菌：经过离心分离器分离后的水，在温度小于50℃，PH范围为1-8的条件下，将水以15m/h-25m/h的速度流经吸附树脂，将流经吸附树脂得到的水进行灭菌处理，从而获得达到排放标准的水。
2.权利要求1所述的一种重金属废水的处理方法，其特征在于：步骤2）中所采用的蒸馏的方式为太阳能重复蒸馏3-5次，蒸馏温度为100℃-105℃。
3.权利要求1所述的一种重金属废水的处理方法，其特征在于：步骤3）中每千克的活性污泥粉末中所含硫化钠质量为15g-45g，加入的含硫活性污泥粉末的量为每升高浓度重金属废水中加入60mg-110mg,混凝沉时间为30min-40min。
4.权利要求1所述的一种重金属废水的处理方法，其特征在于：步骤4）中絮凝剂为聚合氯化铝铁以及氯化钙，加入絮凝剂的量为每升重金属废水中加入聚合氯化铝铁以及氯化钙的量分别为20mg-30mg、20mg-25mg。
5.权利要求1所述的一种重金属废水的处理方法，其特征在于：步骤6）中所采用的灭菌处理装置为污水紫外线杀菌器，灭菌过程紫外灯功率为450瓦，灭菌时间为1min-1.5min。
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