CN110015726A - 一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法，以铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂，充填式浮选柱为分离反应器，通过将微电解原料充填在浮选柱内部，通入含污染物水体，反应一段时间后，再向浮选柱内加入表面活性剂进行强化浮选分离水体中的污染物，其中，所述铁锰碳材料的质量份组成为：铁粉80~90份，锰粉8~15份、碳粉2~5份，膨润土15~20份、碳酸氢铵3~5份；表面活性剂的质量份组成为：十四烷基三甲基溴化铵20~40份，单链型N‑烷基苯并咪唑30~35份，羧酸型咪唑啉磷酸酯10~15份，腐植酸5~10份，海藻酸15~20份。本方法可同时有效去除水体中的有机和无机污染物，具有工程应用价值。

Description

一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法

技术领域

本发明属于废水治理领域，具体涉及一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法。

背景技术

基于矿物性质及生产工艺的不同，选矿废水主要呈现污染物形态不同、种类繁多、成分复杂、浓度范围广、毒性大等特点，具体体现在有机污染物难降解，且和无机污染物共存。其中，选矿废水中的难降解有机物主要包括黄药、黑药、氰化物等，无机污染物主要包括Cu²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺等，以及溶解态的各种金属离子及其与选矿药剂、无机酸根形成复杂的化合物。

目前，工业上废水的处理方法主要包括化学沉淀法、吸附法、氧化还原法、生物处理法及其他方法。而传统的处理方法只单一的针对水体中的金属离子或者是有机污染物，对处理金属离子和有机污染物共存的废水体系有很大的局限作用。例如，郑州大学提出了微泡柱沉淀浮选法去除水体中的金属离子，对离子的去除效率高达98.5%以上，但是处理选矿废水中有机污染物时效果较差。传统的微电解手段是依据金属的腐蚀电化学原理，利用形成的微型原电池，使水中的电解质污染物发生氧化还原反应被降解，且电化反应同时又会引发诸如吸附、絮凝和沉淀等协同反应效应，从而实现废水的净化，但是该工艺的不足之处也是只能应用于单一的废水系统。例如，钟芳华等在“一种改进的微电解方法及其应用”（CN105152423A）中提出了采用重氮化处理与铁碳微电解联用对含有机伯胺化合物废水进行处理，能够显著降低废水的色度、COD及NH₃-N值。邓辅商等在“一种糠醛废水的微电解处理工艺”（CN107879567A）中提出了利用微电解原理对废水进行预处理、生化处理、污泥处理工艺，提高难生化降解有机物的分解，有效降低COD负荷。王敏等在“微电解催化氧化、生化处理高浓度废水工艺”（CN109205954A）中将高浓废水引入酸化池进行酸化处理-催化微电解-生化处理，可有效去除废水中有机物、氨氮等污染物。针对传统处理工艺仅应用于单一的废水体系，不能同时对有机物和金属离子进行有效去除的问题，开发微电解强化浮选柱法分离水体中的污染物具有十分重要的工程应用价值。

发明内容

针对传统处理工艺仅适用于含单一的有机或无机污染物废水体系，不能同时对有机物和金属离子进行有效去除的问题，本发明的目的在于提供一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法，可以实现水体污染物（金属离子和有机污染物）的同时高效脱除。

基于上述目的，本发明采取了如下技术方案：

一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法，以铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂，充填式浮选柱为分离反应器，通过将微电解原料充填在浮选柱内部，通入含污染物的水体，反应一段时间后，再向浮选柱内加入表面活性剂进行强化浮选分离水体污染物；其中，所述的铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂，其质量份组成为：铁粉55~72份，锰粉8~15份、碳粉2~5份，膨润土15~20份、碳酸氢铵3~5份，其制备方法是将上述物质混匀，逐渐加入蒸馏水，进行造粒，氮气气氛下焙烧，焙烧温度600~1000℃，焙烧时间30min~120min；所述的表面活性剂的质量份组成为：十四烷基三甲基溴化铵20~40份，单链型N-烷基苯并咪唑（N₁₄BCS）30~35份，羧酸型咪唑啉磷酸酯（MP1006）10~15份，腐植酸5~10份，海藻酸15~20份，表面活性剂的添加量为10~300mg/L。

进一步地，所述的铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂的平均粒径为3~5mm，形状为球形或椭球型；所述的微电解原料及相态调整剂充填在浮选柱内，充填方式为塔板式，塔板数为6~10，充填率为6~10%。

进一步地，所述的微电解原料及相态调整剂在浮选柱通入含污染物水体时，自发微电场激发相态调整剂，激发时间为5~15min。

进一步地，所述的充填式浮选柱强化浮选分离水体污染物时，充气速率为4~9m³/min，气泡大小为20~50µm。

所述的水体污染物包括：金属离子和离子态有机质，其中金属离子包括Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺中至少一种，金属离子总浓度为0~500mg/L；离子态有机质包括氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基一种或几种，总含量为0~450mg/L；溶液pH为3~9，优选地，Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺各金属离子浓度范围均为5~40mg/L，氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基中各基团浓度范围均为10~60mg/L。

充填式浮选柱高度为1000mm，直径为400mm，所述微电解单层原料层的高度为10mm，直径为400mm。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

（1）本发明的方法可以大规模地对水体中金属离子和有机污染物同时有效去除，对金属离子的脱除效率达95%以上，对水中有机污染物的去除率达90%以上；

（2）本发明的技术方案操作简单、成本低、产品附加值高，有利于工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。需要说明的是，这些实施例仅为了更好的理解本发明，而不是限制本发明所保护的范围。

下述实施例中充填式浮选柱高度为1000mm，直径为400mm，电解单层原料层的高度为10mm，直径为400mm。

【实施例1】

一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法，废水中Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺，总浓度为45mg/L，离子态有机质为氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总含量为40mg/L，pH为4.0。

具体步骤如下：将质量份组成为铁粉72份、锰粉8份、碳粉2份、膨润土15份、碳酸氢铵3份混匀，逐渐加入蒸馏水，进行造粒，氮气气氛下焙烧，焙烧温度600℃，焙烧时间50min、平均粒径为3mm、形状为椭球型的铁锰碳材料充填至浮选柱内；其充填方式为塔板式，塔板数为6，充填率为6%；向该浮选柱中通入含污染物水体，利用水体内自发微电场激发相态调整剂，激发时间为5min；激发完毕后，向水体中加入质量份组成为十四烷基三甲基溴化铵20份、单链型N-烷基苯并咪唑（N₁₄BCS）35份、羧酸型咪唑啉磷酸酯（MP1006）15份、腐植酸10份、海藻酸20份的表面活性剂15mg/L进行充气，充气速率为5m³/min，气泡大小为25μm，然后进行浮选分离，浮选时间为30min，水体中金属离子的去除率和离子态有机质的脱除率见表1。

表1实施例1实验参数及结果

【实施例2】

一种微电解强化浮选柱去除水体污染物的方法，废水中Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺，总浓度为180mg/L，离子态有机质为氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总含量为160mg/L，pH为6.0。

具体步骤如下：将质量份组成为铁粉70份，锰粉9份、碳粉2份，膨润土15份、碳酸氢铵4份混匀，逐渐加入蒸馏水，进行造粒，氮气气氛下焙烧，焙烧温度750℃，焙烧时间70min、平均粒径为3.5mm、形状为椭球型的铁锰碳材料充填至浮选柱内；其充填方式为塔板式，塔板数为7，充填率为7%；向该浮选柱中通入含污染物水体，利用水体内自发微电场激发相态调整剂，激发时间为10min；激发完毕后，向水体中加入质量份组成为十四烷基三甲基溴化铵24份、单链型N-烷基苯并咪唑（N₁₄BCS）33份、羧酸型咪唑啉磷酸酯（MP1006）15份、腐植酸8份、海藻酸20份的表面活性剂50mg/L进行充气，充气速率为6m³/min，气泡大小为25μm，然后进行浮选分离，浮选时间为30min，水体中金属离子的去除率和离子态有机质的脱除率见表2。

表2实施例2实验参数及结果

【实施例3】

一种微电解强化浮选柱去除水体污染物的方法，废水中Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺，总浓度为360mg/L，离子态有机质为氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基，总含量为240mg/L，pH为8.0。

具体步骤如下：将质量份组成为铁粉65份，锰粉12份、碳粉4份，膨润土16份、碳酸氢铵3份混匀，逐渐加入蒸馏水，进行造粒，氮气气氛下焙烧，焙烧温度900℃，焙烧时间90min、平均粒径为4mm、形状为球型的铁锰碳材料充填至浮选柱内；其充填方式为塔板式，塔板数为8，充填率为8%；向该浮选柱中通入含污染物水体，利用水体内自发微电场激发相态调整剂，激发时间为8min；激发完毕后，向水体中加入质量份组成为十四烷基三甲基溴化铵27份、单链型N-烷基苯并咪唑（N₁₄BCS）32份、羧酸型咪唑啉磷酸酯（MP1006）14份、腐植酸8份、海藻酸19份的表面活性剂100mg/L进行充气，充气速率为6.5m³/min，气泡大小为20μm，然后进行浮选分离，浮选时间为30min，水体中金属离子的去除率为98.6%，离子态有机质的脱除率为91%，详见表3。

表3实施例3实验参数及结果

Claims (6)

1.一种微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于：以铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂，充填式浮选柱为分离反应器，通过将微电解原料充填在浮选柱内部，通入含污染物水体，反应一段时间后，再向浮选柱内加入表面活性剂强化浮选分离水体中的污染物，其中，所述的铁锰碳材料为微电解原料和相态调整剂，其质量份组成为：铁粉55~72份，锰粉8~15份、碳粉2~5份，膨润土15~20份、碳酸氢铵3~5份，所述的表面活性剂的质量份组成为：十四烷基三甲基溴化铵20~40份，单链型N-烷基苯并咪唑30~35份，羧酸型咪唑啉磷酸酯10~15份，腐植酸5~10份，海藻酸15~20份，表面活性剂的添加量为10~300mg/L。

2.根据权利要求1所述的微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于，所述的铁锰碳材料为微电解原料及相态调整剂的平均粒径为3~5mm，形状为球形或椭球型；所述的微电解原料及相态调整剂充填在浮选柱内，充填方式为塔板式，塔板数为6~10，充填率为6~10%。

3.根据权利要求1所述的微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于，所述的微电解原料及相态调整剂在浮选柱通入含污染物水体时，自发微电场激发相态调整剂，激发时间为5~15min。

4.根据权利要求1所述的微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于，所述的充填式浮选柱强化浮选分离水体污染物时，充气速率为4~9m³/min。

5.根据权利要求1所述的微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于，所述的水体污染物包括：金属离子和离子态有机质，其中金属离子包括Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺、As³⁺、As⁵⁺、Cr⁶⁺中至少一种，金属离子总浓度为0~500mg/L；离子态有机质包括氨氮基团、黄原酸基团、氰根、苯酚基一种或几种，总含量为0~450mg/L；溶液pH为3~9。

6.根据权利要求1所述的微电解强化浮选去除水体污染物的方法，其特征在于，充填式浮选柱高度为1000mm，直径为400mm，所述微电解单层原料层的高度为10mm，直径为400mm。