CN109607855A - 多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置及方法 - Google Patents

多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置及方法，解决了现有技术中重金属废水吸附装置成本较高、占地面积大、流程复杂、不适宜农田低浓度含重金属污水处理的问题。本发明的处理装置，包括重金属污水输水管，三条吸附管路和处理水外排管，重金属污水输水管上设有水泵，三条吸附管路并联分布，并且处理水外排管分别与三条吸附管路连接；吸附管路包括顺着重金属污水流向依次管道连接的一级吸附管道、二级吸附管道和三级吸附管道，一级吸附管道中装填有石英砂，二级吸附管道中装填有阳离子交换树脂，三级吸附管道中装填有分子筛。本发明结构简单，装卸搬运便利，处理流程简洁，处理效果好，成本低廉。

Description

多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置及方法
技术领域
本发明涉及农田低浓度含重金属污水处理技术领域，具体涉及多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置及方法。
背景技术
随着工业发展和经济增长，土壤重金属污染逐渐成为了全球关注的重大问题，而农田土壤的重金属污染更是与人体健康、食品安全等问题直接相关。由于雨水淋溶、农业灌溉等原因，重金属污染土壤会产生大量的低浓度含重金属污水，对地下水、河流等产生污染。进入水体的重金属离子虽然浓度较低且本身毒性不强，但难以降解，并且可以在微生物等环境作用下产生毒性更强的有机化合物，如甲基汞等。这些重金属环境污染物在水体中会通过水中生物进入食物链进行富集，进而危害人体健康。目前对于农田低浓度含重金属污水的处理研究还鲜见报道，也并未有相关的处理工艺及设备。因此，亟需设计一种廉价、便携且高效的农田低浓度含重金属污水处理工艺及设备。
而农田低浓度含重金属污水又与普通的重金属废水不同，首先由于其较低的浓度，选择常用的工业处理手段会存在成本较高的问题。其次，由于农田田间运输条件的限制，其处理装置必须轻便，简洁。同时，农田低浓度含重金属污水由于在产生时混合了土壤，因此污水中固体悬浮物的含量较高，在处理时必须考虑悬浮颗粒物的去除。目前的重金属废水处理技术主要分为物理、化学和生物处理法三大类，包括化学沉淀法、电解法、膜分离技术、吸附法、植物修复等，而针对农田低浓度含重金属污水的特点，吸附法具有廉价、操作简单、处理速度快且能对SS进行处理等优势，是最为适宜且利于推广应用的处理技术。但现有的重金属废水吸附方法和装置，均存在成本较高、占地面积大、流程复杂等问题，因此，研究一种高效实惠且适用于农田低浓度含重金属污水处理的便携装置和方法为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，解决现有技术中重金属废水吸附装置成本较高、占地面积大、流程复杂、不适宜农田低浓度含重金属污水处理的问题。
本发明还提供了农田低浓度含重金属污水处理方法。
本发明采用的技术方案如下：
本发明的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，包括重金属污水输水管，分别与重金属污水输水管连接的三条吸附管路，以及处理水外排管，重金属污水输水管上设有用于将重金属污水输水管内的重金属污水分别泵入三条吸附管路内的水泵，三条吸附管路并联分布，并且处理水外排管分别与三条吸附管路连接用于将三条吸附管路处理后的处理水外排；吸附管路包括顺着重金属污水流向依次管道连接的一级吸附管道、二级吸附管道和三级吸附管道，一级吸附管道中装填有石英砂，二级吸附管道中装填有阳离子交换树脂，三级吸附管道中装填有分子筛。
进一步地，石英砂的粒径为6～8目，充填密度为0.25～0.3g/cm3。
进一步地，阳离子交换树脂为大孔强酸性阳离子交换树脂或大孔弱酸性阳离子交换树脂，充填密度为0.10～0.23g/cm3。
进一步地，分子筛的充填密度为0.18～0.42g/cm3。
进一步地，石英砂用滤膜包覆后再装填于一级吸附管道中；阳离子交换树脂用滤膜包覆后再装填于二级吸附管道中，分子筛用滤膜包覆后再装填于三级吸附管道中。
进一步地，滤膜的孔径大小为0.03～0.1mm。
进一步地，一级吸附管道和二级吸附管道经第一管道连接，二级吸附管道和三级吸附管道经第二管道连接，三级吸附管道与处理水外排管经第三管道连接，
重金属污水输水管的管径小于一级吸附管道的管径，
第一管道的管径小于一级吸附管道的管径，也小于二级吸附管道的管径；
第三管道管径小于二级吸附管道的管径，也小于三级吸附管道的管径。
本发明所述的农田低浓度含重金属污水处理方法，采用上述的装置进行，包括以下步骤：
步骤A.污水分流：农田低浓度重金属污水在水泵的作用由重金属污水输水管进入三条吸附管路；
步骤B.一级吸附处理：农田低浓度重金属污水进入吸附管路后，首先在一级吸附管道中的石英砂的作用下，去除污水中的土壤颗粒颗粒和悬浮物；
步骤C.二级吸附处理：经一级吸附处理后的污水进入二级吸附管道中，在阳离子交换树脂作用下，脱除污水中的部分重金属离子；
步骤D.三级吸附处理：经二级吸附处理后的污水进入三级吸附管道中，在分子筛的作用下脱除污水中的重金属离子，并调节酸性污水的pH值，而后经第三管道排出。
进一步地，所述阳离子交换树脂吸附饱和后经过酸洗再生可重复利用。
进一步地，所述分子筛的型号为4A。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置设计科学，结构简单，使用过程中装卸搬运便利，处理流程简洁，针对农田低浓度含重金属污水有较好的处理效果，且成本低廉，具有广泛的实用性和较强的可推广性。
本发明采用了至少三条并联的吸附管路，使整个处理可以分线路并行，有效提高了相同吸附时长下的吸附效果和出水速度。
本发明通过在同一条吸附管路上设置三级吸附管道，首先通过一级吸附管道中的石英砂去除污水中的土壤颗粒颗粒和悬浮物；二级吸附管道和三级吸附管道重点在于重金属离子的吸附处理，同时，三级吸附管道还能针对酸性污水调节其pH值。
本发明中重金属污水输水管的管径小于一级吸附管道的管径；第一管道的管径小于一级吸附管道的管径，也小于二级吸附管道的管径；第三管道管径小于二级吸附管道(的管径，也小于三级吸附管道的管径；以防止填料随水位移。
本发明通过控制石英砂、阳离子交换树脂以及分子筛的充填密度，使其既能满足污水处理效果，又能满足进水和出水速度的要求。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-重金属污水输水管，2-吸附管路，3-处理水外排管，4-水泵，21-一级吸附管道，22-二级吸附管道，23-三级吸附管道，24-第一管道，25-第二管道，26-第三管道。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例1
如附图1所示，本实施例公开了本发明所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，该装置设计科学，结构简单，使用过程中装卸搬运便利，处理流程简洁，针对农田低浓度含重金属污水有较好的处理效果，且成本低廉，具有广泛的实用性和较强的可推广性。本发明的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置包括重金属污水输水管1，分别与所述重金属污水输水管1连接的三条吸附管路2，以及处理水外排管3，所述重金属污水输水管1上设有用于将所述重金属污水输水管1内的重金属污水分别泵入三条所述吸附管路2内的水泵4，三条所述吸附管路2并联分布，并且所述处理水外排管3分别与三条所述吸附管路2连接用于将三条所述吸附管路2处理后的处理水外排；所述吸附管路2包括顺着重金属污水流向依次管道连接的一级吸附管道21、二级吸附管道22和三级吸附管道23，所述一级吸附管道21中装填有石英砂，所述石英砂的粒径为6～8目，充填密度为0.25～0.3g/cm3；所述二级吸附管道22中装填有阳离子交换树脂，充填密度为0.10～0.23g/cm3；所述三级吸附管道23中装填有分子筛，充填密度为0.18～0.42g/cm3。
为了保证重金属离子的去除效果，所述阳离子交换树脂为大孔强酸性阳离子交换树脂或大孔弱酸性阳离子交换树脂，。
所述石英砂用滤膜包覆后再装填于一级吸附管道21中；所述阳离子交换树脂用滤膜包覆后再装填于二级吸附管道22中，所述分子筛用滤膜包覆后再装填于三级吸附管道23中，滤膜的孔径大小为0.03～0.1mm。
为了防止填料随水位移，所述一级吸附管道21和二级吸附管道22经第一管道24连接，所述二级吸附管道22和三级吸附管道23经第二管道25连接，所述三级吸附管道23与处理水外排管3经第三管道26连接，所述重金属污水输水管1的管径小于一级吸附管道21的管径，所述第一管道24的管径小于一级吸附管道21的管径，也小于二级吸附管道22的管径；所述第三管道26管径小于二级吸附管道22的管径，也小于三级吸附管道23的管径。
实施例2
本实施例公开了农田低浓度含重金属污水处理方法，采用实施例1所述的装置进行，包括以下步骤：
步骤A.污水分流：农田低浓度重金属污水在水泵的作用由重金属污水输水管进入三条吸附管路；
步骤B.一级吸附处理：农田低浓度重金属污水进入吸附管路后，首先在一级吸附管道中的石英砂的作用下，去除污水中的土壤颗粒颗粒和悬浮物；
步骤C.二级吸附处理：经一级吸附处理后的污水进入二级吸附管道中，在阳离子交换树脂作用下，脱除污水中的部分重金属离子；
步骤D.三级吸附处理：经二级吸附处理后的污水进入三级吸附管道中，在分子筛的作用下脱除污水中的重金属离子，并调节酸性污水的pH值，而后经第三管道排出。
其中，所述阳离子交换树脂吸附饱和后经过酸洗再生可重复利用。所述分子筛的型号为4A。
实施例3
本实施例公开了本发明的农田低浓度含重金属污水便携式吸附处理装置的吸附效果试验。
1.农田低浓度含重金属污水配制及其性质
使用硝酸铅、硝酸镉、氯化锌等药品以及少量土壤配制模拟农田低浓度含重金属污水，使重金属污水中镉、铅、锌浓度分别为1mg/L，20mg/L，100mg/L，SS浓度为100mg/L，温度约为25℃，pH为4，污水进入管道时额定流量为2t/h，每级吸附管道长度为70cm。
2.吸附材料
第一级吸附处理选用粒径为6～8目的石英砂，充填密度为0.3g/cm3；第二级吸附处理选用大孔型强酸性阳离子交换树脂，该吸附剂充填密度为0.12g/cm3；第三级吸附处理选用4A分子筛选用，充填密度为0.18g/cm3。
3.吸附流程
重金属污水在水泵的作用由重金属污水输水管进入三条吸附管路；而后经过三级吸附后排出，在当前进水流量和吸附剂充填密度下，污水通过三级吸附的吸附时长总共在5s～10s。
4.处理效果
吸附完成后重金属含量由原子吸收分光光度计测定重金属含量。表1中重金属污水中重金属的去除率为3次重复的平均值。
表1吸附处理后重金属含量及去除率
由表1可见，经三级吸附后，污水中镉、铅、锌去除率分别可达85％、91.5％、82.61％，同时测定吸附完成后SS浓度，为32mg/L，pH为6.2。表明本发明具有良好的去除低浓度重金属的效果，并能调节酸性污水的pH值。且操作简单、成本低廉、携带及转移方便、填料易于更换、处理速度快。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，包括重金属污水输水管(1)，分别与所述重金属污水输水管(1)连接的三条吸附管路(2)，以及处理水外排管(3)，所述重金属污水输水管(1)上设有用于将所述重金属污水输水管(1)内的重金属污水分别泵入三条所述吸附管路(2)内的水泵(4)，三条所述吸附管路(2)并联分布，并且所述处理水外排管(3)分别与三条所述吸附管路(2)连接用于将三条所述吸附管路(2)处理后的处理水外排；所述吸附管路(2)包括顺着重金属污水流向依次管道连接的一级吸附管道(21)、二级吸附管道(22)和三级吸附管道(23)，所述一级吸附管道(21)中装填有石英砂，所述二级吸附管道(22)中装填有阳离子交换树脂，所述三级吸附管道(23)中装填有分子筛。
2.根据权利要求1所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述石英砂的粒径为6～8目，充填密度为0.25～0.3g/cm3。
3.根据权利要求2所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述阳离子交换树脂为大孔强酸性阳离子交换树脂或大孔弱酸性阳离子交换树脂，充填密度为0.10～0.23g/cm3。
4.根据权利要求3所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述分子筛的充填密度为0.18～0.42g/cm3。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述石英砂用滤膜包覆后再装填于一级吸附管道(21)中；所述阳离子交换树脂用滤膜包覆后再装填于二级吸附管道(22)中，所述分子筛用滤膜包覆后再装填于三级吸附管道(23)中。
6.根据权利要求5所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述滤膜的孔径大小为0.03～0.1mm。
7.根据权利要求1所述的多路式农田低浓度含重金属污水便携吸附处理装置，其特征在于，所述一级吸附管道(21)和二级吸附管道(22)经第一管道(24)连接，所述二级吸附管道(22)和三级吸附管道(23)经第二管道(25)连接，所述三级吸附管道(23)与处理水外排管(3)经第三管道(26)连接，
所述重金属污水输水管(1)的管径小于一级吸附管道(21)的管径，
所述第一管道(24)的管径小于一级吸附管道(21)的管径，也小于二级吸附管道(22)的管径；
所述第三管道(26)管径小于二级吸附管道(22)的管径，也小于三级吸附管道(23)的管径。
8.农田低浓度含重金属污水处理方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的装置进行，包括以下步骤：
步骤A.污水分流：农田低浓度重金属污水在水泵的作用由重金属污水输水管进入三条吸附管路；
步骤B.一级吸附处理：农田低浓度重金属污水进入吸附管路后，首先在一级吸附管道中的石英砂的作用下，去除污水中的土壤颗粒颗粒和悬浮物；
步骤C.二级吸附处理：经一级吸附处理后的污水进入二级吸附管道中，在阳离子交换树脂作用下，脱除污水中的部分重金属离子；
步骤D.三级吸附处理：经二级吸附处理后的污水进入三级吸附管道中，在分子筛的作用下脱除污水中的重金属离子，并调节酸性污水的pH值，而后经第三管道排出。
9.根据权利要求7所述的农田低浓度含重金属污水处理方法，其特征在于，所述阳离子交换树脂吸附饱和后经过酸洗再生可重复利用。
10.根据权利要求8所述的农田低浓度含重金属污水处理方法，其特征在于，所述分子筛的型号为4A。
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