CN110713303A - 一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，包括：纳米吸附：将污水的pH值调整至6～8，然后向污水中投加水合金属氧化物纳米颗粒和FeCl3，使污水中污染物吸附于水合金属氧化物纳米颗粒上；电聚结：将纳米吸附后污水通入电聚结反应器，并在低压直流电场条件下进行电聚结，使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团；沉淀：将电聚结后污水通入沉淀反应器，使所述水合金属氧化物纳米颗粒团沉淀，从而实现污水中污染物的分离去除。本发明能够使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒易于沉淀分离，实现水中污染物的高效去除，而且药剂投加量小、处理效率高、污泥产生量小、反应速度快。

Description

一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法。
背景技术
水合金属氧化物纳米颗粒对水中多种类型的污染物具有强烈的吸附作用。现有研究表明，纳米水合氧化铁、纳米水合氧化锰、纳米铁锰复合金属氧化物等金属氧化物的纳米颗粒对水中砷、磷、汞、铊等多种污染物具有较高的吸附容量，具有较高的污染物深度去除应用潜力。但是水合金属氧化物纳米颗粒却难以直接应用于污水处理，这主要存在如下问题：①水合金属氧化物纳米颗粒的粒径较小，在污水处理过程中，容易随水流失，这使得吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒不易沉淀分离，达不到污染物中水中分离去除的目的。②污水处理过程中投加的水合金属氧化物纳米颗粒易堵塞后端的过滤系统，快速增大水头损失，导致过滤系统频繁反洗再生。③处理出水中可能会残余少量的纳米粒子，其排放后可能会影响生态安全。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，能够使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒易于沉淀分离，实现水中污染物的高效去除，而且药剂投加量小、处理效率高、污泥产生量小、反应速度快，能够去除污水中磷、砷、锑、铊、镉、铅等多种污染物，具有较高的推广应用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，包括以下步骤：
步骤A、纳米吸附：将污水的pH值调整至6～8，然后向污水中投加水合金属氧化物纳米颗粒和FeCl3，使污水中污染物吸附于水合金属氧化物纳米颗粒上；
步骤B、电聚结：将纳米吸附后污水通入电聚结反应器，并在低压直流电场条件下进行电聚结，使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团；
步骤C、沉淀：将电聚结后污水通入沉淀反应器，使所述聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团沉淀，从而实现污水中污染物的分离去除。
优选地，还包括以下步骤：
步骤D、倒极再生：电聚结运行一定时间后，更换电聚结反应器的电流方向，进行倒极再生，将电聚结反应器的极板上富集的金属氧化物脱附；
步骤E、化学清洗再生：倒极再生后，将再生液排出电聚结反应器，然后向电聚结反应器中加入稀酸溶液，对电聚结反应器的极板进行化学清洗再生，实现所述极板的再生循环使用。
优选地，所述稀酸溶液是采用盐酸和/或硫酸配制成的pH值为2.5～3.5的酸溶液；所述稀酸溶液在电聚结反应器中的停留时间为60～120min。
优选地，在步骤D中，更换电聚结反应器的电流方向，使电流方向与电聚结时的电流方向相反，工作电流为直流，工作电压为10～15V，工作时间为10～20min。
优选地，在步骤A中，所述水合金属氧化物纳米颗粒的粒径在200纳米以下；所述水合金属氧化物纳米颗粒的投加量小于250mg/L。
优选地，在步骤A中，所述水合金属氧化物纳米颗粒为水合氧化铁纳米颗粒、水合氧化锰纳米颗粒或水合氧化铁锰纳米颗粒中的至少一种。
优选地，在步骤A中，FeCl3的投加量小于50mg/L。
优选地，在步骤A中，纳米吸附的反应时间为15～30min。
优选地，在步骤B中，电聚结反应器的阳极板和阴极板均采用金属钛电极，工作电流为直流，工作电压5～10V，反应时间为5～10min。
优选地，在步骤C中，沉淀反应器采用斜板沉淀的方式，水力停留时间为1～2h。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法将水合金属氧化物纳米颗粒作为投加型吸附剂直接应用于污水处理，并利用电聚结反应使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团，从而有效克服了水合金属氧化物纳米颗粒易流失、易堵塞后端的过滤系统、快速增大水头损失、导致过滤系统频繁反洗再生等缺点，使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒易于沉淀分离，实现了水中污染物的高效去除。本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法药剂投加量小、处理效率高、污泥产生量小、反应速度快，能够去除污水中磷、砷、锑、铊、镉、铅等多种污染物，具有较高的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1所示，一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，包括如下步骤：
步骤A、纳米吸附：将污水的pH值调整至6～8，然后向污水中投加水合金属氧化物纳米颗粒和FeCl3，使污水中污染物吸附于水合金属氧化物纳米颗粒上。
步骤B、电聚结：将纳米吸附后污水通入电聚结反应器，并在低压直流电场条件下进行电聚结，使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团。
步骤C、沉淀：将电聚结后污水通入沉淀反应器，使所述聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团沉淀，从而实现污水中污染物的分离去除。
步骤D、倒极再生：电聚结运行一定时间后，更换电聚结反应器的电流方向，使电流方向与电聚结时的电流方向相反，进行倒极再生，将电聚结反应器的极板上富集的金属氧化物脱附。
步骤E、化学清洗再生：倒极再生后，将再生液排出电聚结反应器，然后向电聚结反应器中加入稀酸溶液，对电聚结反应器的极板进行化学清洗再生，实现所述极板的再生循环使用。
具体地，该电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法包括以下实施方案：
(1)在步骤A中，所述水合金属氧化物纳米颗粒为水合氧化铁纳米颗粒、水合氧化锰纳米颗粒或水合氧化铁锰纳米颗粒中的至少一种。所述水合金属氧化物纳米颗粒的粒径在200纳米以下；所述水合金属氧化物纳米颗粒的投加量小于250mg/L。FeCl3的投加量小于50mg/L。纳米吸附的反应时间为15～30min。
(2)在步骤B中，电聚结反应器的阳极板和阴极板均采用金属钛电极，工作电流为直流，工作电压5～10V，反应时间为5～10min。
(3)在步骤C中，沉淀反应器采用斜板沉淀的方式，水力停留时间为1～2h。
(4)在步骤D中，电聚结运行一定时间通常是指电聚结连续运行10天。工作电流为直流，工作电压为10～15V，工作时间为10～20min。
(5)在步骤E中，所述稀酸溶液是采用盐酸和/或硫酸配制成的pH值为2.5～3.5的酸溶液；所述稀酸溶液在电聚结反应器中的停留时间为60～120min。
与现有技术相比，本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法至少具备以下优点：
(1)本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法中，将水合金属氧化物纳米颗粒作为投加型吸附剂直接应用于污水处理，具有吸附效率高、污泥产量低、反应速度快的优点。
(2)本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法中，利用电聚结反应使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团，从而有效克服了水合金属氧化物纳米颗粒易流失的缺点，使得其易于被沉淀分离，扩展了纳米吸附的应用方式。
(3)本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法工艺流程短，投资及运行成本低，提高了该技术的经济性。
(4)本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法能用于含磷、砷、锑、铊、镉等污水的处理，应用领域广泛，是一种低成本、高效的污水处理工艺，具有较高的推广应用价值。
综上可见，本发明实施例能够使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒易于沉淀分离，实现水中污染物的高效去除，而且药剂投加量小、处理效率高、污泥产生量小、反应速度快，能够去除污水中磷、砷、锑、铊、镉、铅等多种污染物，具有较高的推广应用价值。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法进行详细描述。
实施例1
某含砷污水水质如下表1所示：
表1
序号 指标 数值
1 pH值 4～5
2 总含盐量(mg/L) 2300～3000
3 砷(mg/L) 0.53
采用本发明所提供的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法对该含砷污水进行处理，具体可以包括以下步骤：
步骤A、纳米吸附：向污水中投加浓度为5％的NaOH溶液，将污水的pH值调整至7，然后向污水中投加水合氧化铁纳米颗粒(HFO)和FeCl3，水合氧化铁纳米颗粒的平均粒径为173nm，水合氧化铁纳米颗粒的投加量为65mg/L，FeCl3的投加量为20～50mg/L，再搅拌反应15min，使污水中污染物吸附于水合金属氧化物纳米颗粒上。
步骤B、电聚结：将纳米吸附后污水通入电聚结反应器，并在低压直流电场条件下进行电聚结，电聚结反应器的阳极板和阴极板均采用金属钛电极，工作电流为直流，工作电压10V，反应时间为7min，使吸附有污染物的水合氧化铁纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合氧化铁纳米颗粒团。
步骤C、沉淀：将电聚结后污水通入沉淀反应器，沉淀反应器采用斜板沉淀的方式，水力停留时间为1.5h，使所述聚结增大的水合氧化铁纳米颗粒团沉淀，从而实现污水中污染物的分离去除。
步骤D、倒极再生：电聚结连续运行10天后，更换电聚结反应器的电流方向，使电流方向与电聚结时的电流方向相反，进行一次倒极再生，将电聚结反应器的极板上富集的金属氧化物脱附，工作电流为直流，工作电压为15V，工作时间为15min。
步骤E、化学清洗再生：倒极再生后，将再生液排出电聚结反应器，然后向电聚结反应器中加入pH值为3的稀盐酸溶液，该稀盐酸溶液在电聚结反应器中的停留时间为60min，对电聚结反应器的极板进行化学清洗再生，实现所述极板的再生循环使用。
处理后出水的水质如下表2所示：
表2
Figure BDA0002246172180000051
综上可见，本发明实施例能够使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒易于沉淀分离，实现水中污染物的高效去除，而且药剂投加量小、处理效率高、污泥产生量小、反应速度快，能够去除污水中磷、砷、锑、铊、镉、铅等多种污染物，具有较高的推广应用价值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、纳米吸附：将污水的pH值调整至6～8，然后向污水中投加水合金属氧化物纳米颗粒和FeCl3，使污水中污染物吸附于水合金属氧化物纳米颗粒上；
步骤B、电聚结：将纳米吸附后污水通入电聚结反应器，并在低压直流电场条件下进行电聚结，使吸附有污染物的水合金属氧化物纳米颗粒相互团聚，形成聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团；
步骤C、沉淀：将电聚结后污水通入沉淀反应器，使所述聚结增大的水合金属氧化物纳米颗粒团沉淀，从而实现污水中污染物的分离去除。
2.根据权利要求1所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤D、倒极再生：电聚结运行一定时间后，更换电聚结反应器的电流方向，进行倒极再生，将电聚结反应器的极板上富集的金属氧化物脱附；
步骤E、化学清洗再生：倒极再生后，将再生液排出电聚结反应器，然后向电聚结反应器中加入稀酸溶液，对电聚结反应器的极板进行化学清洗再生，实现所述极板的再生循环使用。
3.根据权利要求2所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，所述稀酸溶液是采用盐酸和/或硫酸配制成的pH值为2.5～3.5的酸溶液；所述稀酸溶液在电聚结反应器中的停留时间为60～120min。
4.根据权利要求2所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤D中，更换电聚结反应器的电流方向，使电流方向与电聚结时的电流方向相反，工作电流为直流，工作电压为10～15V，工作时间为10～20min。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤A中，所述水合金属氧化物纳米颗粒的粒径在200纳米以下；所述水合金属氧化物纳米颗粒的投加量小于250mg/L。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤A中，所述水合金属氧化物纳米颗粒为水合氧化铁纳米颗粒、水合氧化锰纳米颗粒或水合氧化铁锰纳米颗粒中的至少一种。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤A中，FeCl3的投加量小于50mg/L。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤A中，纳米吸附的反应时间为15～30min。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤B中，电聚结反应器的阳极板和阴极板均采用金属钛电极，工作电流为直流，工作电压5～10V，反应时间为5～10min。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的电聚结强化纳米吸附沉淀污水处理方法，其特征在于，在步骤C中，沉淀反应器采用斜板沉淀的方式，水力停留时间为1～2h。
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