CN110745931A - 一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废水处理领域，提供了一种混凝‑化学沉淀处理复合重金属废水的方法，包括以下步骤：(1)检测废水中重金属种类和浓度；(2)向废水中投加FeSO4，将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)；(3)调节pH值至最佳范围；(4)投加PFS进行第一阶段混凝‑化学沉淀反应；(5)向上清液中投加Na2S，与Hg反应生成HgS沉淀；(6)再次调节pH值至最佳范围；(7)再次投加PFS，进行第二阶段混凝‑化学沉淀反应。本发明的优点是：采用分段投加方式，使不同重金属在最佳pH条件下进行去除，处理效果好，水中多种重金属能同时达标，并且操作简便、成本低，无二次污染问题。

Description

一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体是一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法。
背景技术
近年来，随着我国工业的快速发展，金属冶炼、机械加工、化工处理、矿山开采等行业在生产过程中产生的重金属废水日益增多，并且多数情况下废水中同时含有Pb、Cu、Zn、Cd、Hg、Cr(Ⅵ)等多种重金属，即为复合重金属废水。这些复合重金属废水如果不经处理就直接排放到水环境中，不仅会对水中的动植物产生直接危害，更会对人类健康乃至整个生态系统造成巨大的不良影响。因此，亟需对复合重金属废水进行净化处理，使其中多种重金属浓度同时降至国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值以下。
常见的复合重金属废水处理方法有物理化学法和生物法，其中生物法是利用微生物或微生物产生的代谢产物去除重金属，该方法筛选菌种周期较长，尚处于探索阶段。因此，目前主要采用物理化学法处理复合重金属废水。如公开号为CN109569530A的发明专利中提出一种吸附废水中重金属铅的复合吸附剂，通过改性海藻酸钙、活性炭、硅藻土、啤酒酵母泥和壳聚糖组合成的吸附剂去除水中的铅离子。虽然吸附方法对重金属的去除效果好，但吸附剂成本较高，且吸附饱和后需要另行处理。公开号为CN103936105A的发明专利中提出一种用于处理工业废水的电化学方法，该方法以镁或镁合金为阳极，在电化学作用下产生高活性氢氧化镁，能同时吸附去除废水中的Zn、Cd、Cu、As等重金属。虽然镁阳极电化学装置具有极板不易钝化、废渣量少的优点，但电化学方法耗电量大，成本较高，且我国发电主要依靠大量煤炭及其他化石燃料的火力发电方式，在发电过程中不可避免会造成一定的环境污染。因此，寻找一种能同时去除多种重金属、成本低廉、效果较好的复合重金属废水处理方法是目前亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于处理复合重金属废水的混凝-化学沉淀方法。该方法能同时有效去除废水中的多种重金属，且操作简便、成本低，无二次污染问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，具体步骤为：
(1)检测复合重金属废水中的重金属种类和浓度；
(2)向废水中投加FeSO4，将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)；
(3)检测废水pH值，投加无机酸或碱调节pH值至最佳范围内；
(4)向废水中投加混凝剂PFS进行第一阶段混凝-化学沉淀反应，用于去除水中的Pb、Cu、Zn、Cr(Ⅵ)重金属，沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置；
(5)向沉淀后的上清液中投加Na2S，与水中的Hg反应生成HgS沉淀；
(6)向废水中投加无机碱，调节pH值至最佳范围内；
(7)向废水中投加混凝剂PFS进行第二阶段混凝-化学沉淀反应，用于去除水中的Cd、Hg重金属，沉淀后的沉渣进行一定的安全处置，上清液满足重金属排放标准，能够达标排放。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中，重金属主要以Pb、Cu、Zn、Cd、Hg、Cr(Ⅵ)为典型代表，其为工业废水中常见的重金属种类。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(2)中，按照FeSO4与Cr(Ⅵ)质量比为14:1的份量来投加FeSO4。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(3)中，将pH值调节至7。其具体原因如下：通过试验研究得出，混凝-化学沉淀法去除重金属的最佳pH值范围是：Pb、Cu的最佳pH值范围均为6～7，Zn、Cr(Ⅵ)的最佳pH值范围均为7～8，Cd的最佳pH值范围为9～10，Hg的最佳pH值为9。因此，该步骤中将pH值调至7，用于去除废水中的Pb、Cu、Zn、Cr(Ⅵ)重金属。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中，选择混凝剂PFS的原因为：通过重金属混凝-化学沉淀处理试验研究得出，PFS为最佳混凝剂种类。该技术方案中所投加PFS的浓度由重金属浓度确定，第一阶段PFS投加量公式为：
ρ(PFS)＝(0.3±0.05)×ρ(Pb)+(0.12±0.02)×ρ(Cu)+(1±0.02)×ρ(Zn)+(0.8±0.15)×ρ(Cr)
其中，浓度ρ的单位是mg/L。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(4)中，投加混凝剂PFS后的搅拌速度为200～300r/min，混凝时间为20～30min，沉淀时间为30～40min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(5)中，按照Na2S与Hg质量比为16:5的份量来投加Na2S。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(6)中，将pH值调节至9，其为混凝-化学沉淀法去除Cd、Hg重金属的最佳pH值。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(7)中，PFS的投加量依旧由重金属浓度确定，第二阶段PFS投加量公式为：
ρ(PFS)＝(6±1)ρ(Cd)+(44±7)ρ(Hg)
其中，浓度ρ的单位是mg/L。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(7)中的搅拌速度、混凝时间与沉淀时间和步骤(4)基本一致。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明选择了效果最优的混凝剂种类，并且根据重金属浓度，确定了最佳混凝剂投加量，不仅能达到较好的重金属去除效果，还能降低药剂用量，节省运行成本。
2.本发明提供了混凝剂投加量公式，可以根据水体不同重金属种类和浓度，迅速得出所需混凝剂量，适用于处理多种重金属污染废水，对水厂调控运行具有一定的指导意义。
3.本发明采用分段投加混凝剂方式，通过在不同阶段调节水体pH值，使不同重金属分别在其最佳pH条件下进行去除，从而提高处理速率，增强处理效果。
4.本发明能同时去除多种重金属，出水完全满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求。
5.本发明操作简便、成本低廉，无二次污染问题，易于工程应用。
附图说明
图1为混凝-化学沉淀方法处理复合重金属废水的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
实施例1
天津某工业带重金属事故废水中含有多种重金属，为使处理出水满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求，现采取混凝-化学沉淀处理方法，其具体步骤如下：
(1)检测重金属事故废水的重金属种类和浓度，结果见表1所示；
(2)根据水中Cr(Ⅵ)浓度，按照FeSO4与Cr(Ⅵ)质量比为14:1的份量核算FeSO4，即向水中投加350mg/L的FeSO4，将水中的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)；
(3)检测废水初始pH值为7.5，投加无机酸，将pH值调节至7；
(4)根据水中Pb、Cu、Zn、Cr(Ⅵ)浓度，按照PFS投加量公式：
ρ(PFS)＝(0.3±0.05)×ρ(Pb)+(0.12±0.02)×ρ(Cu)+(1±0.02)×ρ(Zn)+(0.8±0.15)×ρ(Cr)
计算得出第一阶段混凝-化学沉淀反应的最佳PFS投加量为138mg/L，投加混凝剂后的搅拌速度为250r/min，混凝时间为30min，沉淀时间为40min。沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置；
(5)根据水中Hg浓度，按照Na2S与Hg质量比为16:5的份量核算Na2S，即向沉淀后的上清液中投加8mg/L的Na2S，与水中的Hg反应生成HgS沉淀；
(6)向废水中投加无机碱，调节pH值至9；
(7)根据水中Cd、Hg浓度，按照PFS投加量公式：
ρ(PFS)＝(6±1)ρ(Cd)+(44±7)ρ(Hg)
计算得出第二阶段混凝-化学沉淀反应的最佳PFS投加量为140mg/L，投加混凝剂后的搅拌速度为250r/min，混凝时间为30min，沉淀时间为40min。沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置，上清液中残留的重金属浓度见表1所示，满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，能够达标排放。
表1
Figure BDA0002244455810000051
实施例2
某重金属污染废水中同时含有Cu、Zn、Cr(Ⅵ)和Hg四种超标重金属，为使处理出水满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求，现采取混凝-化学沉淀处理方法，其具体步骤如下：
(1)检测废水中重金属种类和浓度，结果见表2所示；
(2)根据水中Cr(Ⅵ)浓度，按照FeSO4与Cr(Ⅵ)质量比为14:1的份量核算FeSO4，即向水中投加210mg/L的FeSO4，将水中的Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)；
(3)检测废水初始pH值为7.3，投加无机酸，将pH值调节至7；
(4)根据水中Cu、Zn、Cr(Ⅵ)浓度，按照PFS投加量公式：
ρ(PFS)＝(0.3±0.05)×ρ(Pb)+(0.12±0.02)×ρ(Cu)+(1±0.02)×ρ(Zn)+(0.8±0.15)×ρ(Cr)
计算得出第一阶段混凝-化学沉淀反应的最佳PFS投加量为44.4mg/L，投加混凝剂后的搅拌速度为250r/min，混凝时间为30min，沉淀时间为40min。沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置；
(5)根据水中Hg浓度，按照Na2S与Hg质量比为16:5的份量核算Na2S，即向沉淀后的上清液中投加3.2mg/L的Na2S，与水中的Hg反应生成HgS沉淀；
(6)向废水中投加无机碱，调节pH值至9；
(7)根据水中Hg浓度，按照PFS投加量公式：
ρ(PFS)＝(6±0.08)×ρ(Cd)+(44±0.25)×ρ(Hg)
计算得出第二阶段混凝-化学沉淀反应的最佳PFS投加量为44mg/L，投加混凝剂后的搅拌速度为250r/min，混凝时间为30min，沉淀时间为40min。沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置，上清液中残留的重金属浓度见表2所示，满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，能够达标排放。
表2
本发明的技术方案针对金属冶炼、机械加工、化工处理、矿山开采等不同行业产生的复合重金属废水，将重金属混凝-化学沉淀处理分成两个阶段，每个阶段内pH值均调节至最佳范围，并根据重金属浓度投加PFS最适剂量，从而将废水中的重金属全部去除，使出水达标排放。
以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些也将视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)检测复合重金属废水中的重金属种类和浓度；
(2)向废水中投加FeSO4，将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)；
(3)检测废水pH值，投加无机酸或碱调节pH值至最佳范围内；
(4)向废水中投加混凝剂PFS进行第一阶段混凝-化学沉淀反应，用于去除水中的Pb、Cu、Zn、Cr(Ⅵ)重金属，沉淀后排出的沉渣进行一定的安全处置；
(5)向沉淀后的上清液中投加Na2S，与水中的Hg反应生成HgS沉淀；
(6)向废水中投加无机碱，调节pH值至最佳范围内；
(7)向废水中投加混凝剂PFS进行第二阶段混凝-化学沉淀反应，用于去除水中的Cd、Hg重金属，沉淀后的沉渣进行一定的安全处置，上清液满足重金属排放标准，能够达标排放。
2.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(1)中，重金属主要以Pb、Cu、Zn、Cd、Hg、Cr(Ⅵ)为典型代表，其为工业废水中常见的重金属种类。
3.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(2)中，按照FeSO4与Cr(Ⅵ)质量比为14:1的份量来投加FeSO4。
4.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(3)中，将pH值调节至7。其具体原因如下：通过试验研究得出，混凝-化学沉淀法去除重金属的最佳pH值范围是：Pb、Cu的最佳pH值范围均为6～7，Zn、Cr(Ⅵ)的最佳pH值范围均为7～8，Cd的最佳pH值范围为9～10，Hg的最佳pH值为9。因此，该步骤中将pH值调至7，用于去除废水中的Pb、Cu、Zn、Cr(Ⅵ)重金属。
5.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(4)中，选择混凝剂PFS的原因为：通过重金属混凝-化学沉淀处理试验研究得出，PFS为最佳混凝剂种类。该技术方案中所投加PFS的浓度由重金属浓度确定，第一阶段PFS投加量公式为：
ρ(PFS)＝(0.3±0.05)×ρ(Pb)+(0.12±0.02)×ρ(Cu)+(1±0.02)×ρ(Zn)+(0.8±0.15)×ρ(Cr)
其中，浓度ρ的单位是mg/L。
投加混凝剂PFS后的搅拌速度为200～300r/min，混凝时间为20～30min，沉淀时间为30～40min。
6.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(5)中，按照Na2S与Hg质量比为16:5的来投加Na2S。
7.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(6)中，将pH值调节至9，为混凝-化学沉淀法去除Cd、Hg重金属的最佳pH值。
8.如权利要求1所述的一种混凝-化学沉淀处理复合重金属废水的方法，其特征在于：步骤(7)中，PFS的投加量依旧由重金属浓度确定，第二阶段PFS投加量公式为：
ρ(PFS)＝(6±1)ρ(Cd)+(44±7)ρ(Hg)
其中，浓度ρ的单位是mg/L。
投加混凝剂PFS后的搅拌速度、混凝时间与沉淀时间和步骤(4)基本一致。
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