CN111992188A - 一种除铬填料、填料装置及其除铬方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除铬填料、填料装置及其除铬方法，除铬填料由棕榈仁壳和鹅卵石以体积比4：1混合组成，填料装置的罐体侧壁上下部分别设置有进水管和出水管，进水管和出水管处分别设有进水阀门和出水阀门，罐体内壁设有滤芯，除铬填料填充于滤芯中，使用该装置进行除铬时，将棕榈仁壳和鹅卵石按比例加入滤芯中，且鹅卵石铺设在棕榈壳上部，以防棕榈壳飘出，然后通过进水管通入含铬径流水进行接触处理，最后由出水管流出处理后水体，工艺简单，操作方便，棕榈壳作为过滤吸附材料，价廉易得，运行成本低，其包含不同官能团，可与重金属离子包括铬离子形成络合物和螯合物，除铬效率高，滤芯为可移动设计，方便清洗和更换滤料，环境友好。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种除铬填料、填料装置及其除铬方法。
背景技术
随着我国工业的迅速崛起，大量的含铬污水未经处理排入附近的河流和湖泊，严重影响了水体的水质安全和破坏了水体生态系统的平衡。由于大多数径流水体中都含有重金属铬，且重金属铬对人体危害极大，因此除铬是径流水体处理的一个必不可少的重要环节。现有对径流水体中铬的去除技术方法主要有物理法、化学法和生物法，最常见的是采用化学沉淀法和生物法去除重金属铬。法学沉淀法是通过投加化学沉淀剂与废水中的铬生成难溶沉淀物，可把铬分离出去，但是长期的运行结果表明，化学沉淀剂的投加会引起废水pH值上升，在池子及水管中形成坚硬的垢片，还会产生一定量的污泥。而生物法具有见效慢、径流水体中金属浓度低时效果不佳和可能造成二次污染等弊端，也不适合用来处理重金属。
在铬过滤吸附去除实验中，除铬装置、除铬填料、填料与含铬污水接触时间均是影响处理效果的关键因素。现有对径流水体除铬的装置、除铬填料及吸附时间设计的不佳，导致除铬效率不高，进而造成水处理难度增加及处理费用增加。因此，亟需一种可高效去除径流水体中铬的装置、调料及方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种去除径流水体中铬的装置及方法。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种除铬填料，由棕榈仁壳和鹅卵石以体积比4：1混合组成。
本发明海提供了一种用于含铬径流水处理的填料装置，包括罐体和除铬填料，罐体的侧壁上下部分别设置有进水管和出水管，进水管和出水管处分别安装有进水阀门和出水阀门，罐体内壁设有滤芯，除铬填料填充于滤芯中。
进一步地，所述罐体采用聚氯乙烯板制成圆筒状，所述滤芯采用不锈钢板制成圆筒状，所述滤芯套接在罐体中，与罐体内壁贴合连接。
进一步地，所述进水管和出水管异侧焊接于罐体侧壁，所述滤芯侧壁上下部分别开设有内进水口和内出水口，所述进水管穿入内进水口，与滤芯内部连通，所述出水口穿入内出水口，与滤芯内部连通。
进一步地，所述罐体的水平截面积A0通过如下公式计算得到：
Q＝CIA(a)
A0＝Q/V(b)
其中，Q为径流量，C为径流系数，A为径流水体的汇水区面积，I为当地降雨强度，根据当地设计标准确定，V为快速滤池的流速，A0为罐体的水平截面积。
进一步地，所述内进水口和内出水口处安装有过滤网，所述过滤网的孔径小于1mm，所述进水管和出水管的内端均位于过滤网外侧，由进水管通入的含铬径流水经过滤网流入滤芯内部，含铬径流水经除铬填料处理后通过过滤网由出水管流出。
本发明海提供了填料装置去除含铬径流水中铬的方法，包括以下步骤：
S1、将滤芯套接在罐体中，进水管和出水管分别插入内进水口和内出水口中，关闭进水阀门和出水阀门，向滤芯中加入一定量除铬填料，除铬填料上层高度位于进水阀门和出水阀门之间；
S2、打开进水阀门，将待处理的含铬径流水通过进水阀门通入滤芯中，含铬径流水自上而下通过除铬填料，最后由出水阀门流出。
进一步地，所述除铬填料填充于滤芯中时鹅卵石铺设在棕榈壳上部，棕榈壳使用前粉碎至粒径1～2mm，鹅卵石规格为8～16mm。
进一步地，所述除铬填料与含铬径流水以1：4体积比混合进行除铬处理，混合处理时间为20～100min。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种除铬填料，除铬填料由棕榈壳和鹅卵石组成，其中鹅卵石用来防治破碎的棕榈壳上浮，可保证良好吸附效果，棕榈壳作为过滤吸附材料，包含不同官能团，如酚基、羰基、羟基、氨基、乙酰氨基和巯基等，可以与重金属离子形成络合物和螯合物；通过傅立叶变换红外光谱仪分别对吸附前后棕榈壳进行了红外光谱分析，结果发现，吸附后的棕榈壳在2328cm-1和2279cm-1处显示新的双峰，而吸附前的棕榈壳不存在这些红外波段，由此分析得出重金属铬离子在棕榈壳的羰基上发生了化学吸附，即棕榈壳可吸附径流水中重金属铬离子，且对铬离子的去除效果良好，可高达99％，而且棕榈壳成本低、来源广、易于获得，作为农业废物，将其变废为宝具有良好的环境效益和社会效益；
(2)棕榈壳作为过滤吸附材料具有比表面积大的特点，为重金属的吸附提供了大量的吸附位点，通过扫描电镜分析发现棕榈壳吸附前的形态是粗糙的、层状的、相互堆叠的，吸附后棕榈壳的形态变为光滑，形态孔径有所变化，结合吸附反应后的径流水中铬离子浓度降低，说明棕榈壳与铬离子发生了螯合作用、表面吸附和生物吸附；
(3)本发明提供了一种用于含铬径流水处理的填料装置，该填料装置采用可拆卸的滤芯，方便进行除铬填料的清洗和更换，避免了当除铬填料达到吸附饱和后发生二次污染。
附图说明
图1是本发明的用于含铬径流水处理的填料装置结构示意图；
图2是本发明实施例2～6的除铬效率图，其中，横坐标为除铬填料与含铬径流水接触时间，纵坐标分别为铬吸附量和除铬效率；
图3是实施例7的红外光谱图，其中，PKS为吸附前棕榈壳的红外光谱图，PKS-Cr6+为吸附后棕榈壳的红外光谱图；
图4是实施例8的扫描电镜图，其中，A为吸附前棕榈壳的扫描电镜图，B为吸附后棕榈壳的扫描电镜图。
其中的附图标记为：罐体1、进水管2、出水管3、进水阀门4、出水阀门5、滤芯6。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
如图1所示，本发明的用于含铬径流水处理的填料装置，包括罐体1和除铬填料，罐体1采用聚氯乙烯板制成圆筒状，罐体1的侧壁上下部异侧焊接有进水管2和出水管3，进水管2和出水管3处分别安装有进水阀门4和出水阀门5，滤芯6采用不锈钢板制成圆筒状，滤芯6套接在罐体1中，与罐体1内壁贴合连接，滤芯6侧壁上下部分别开设有内进水口和内出水口，进水管2穿入内进水口，与滤芯6内部连通，出水口3穿入内出水口，与滤芯6内部连通，除铬填料填充于滤芯6中，除铬填料由棕榈仁壳和鹅卵石以体积比4：1混合组成。
进一步地，棕榈仁壳的棕榈仁壳粒径1～2mm，鹅卵石规格为8～16mm，内进水口和内出水口处可安装过滤网，过滤网的孔径小于1mm，进水管2和出水管3的内端均位于过滤网外侧，由进水管2通入的含铬径流水经过滤网流入滤芯6内部，含铬径流水经除铬填料处理后通过过滤网由出水管3流出，可避免棕榈仁壳流出罐体1或堵塞内进水口和内出水口。
优化地，不同径流量的径流水对于填料装置的冲击不同，为减轻径流水对填料装置的损坏，填料装置的尺寸根据当地不同的降雨强度来设计的，具体计算公式如下：
Q＝CIA (a)
A0＝Q/V (b)
其中，Q为径流量，C为径流系数(一般为0.25～0.9)，A为径流水体的汇水区面积，I为当地降雨强度，根据当地设计标准确定，V为快速滤池的流速(参考《给排水设计手册》，快速滤池流速12～16m/h)，A0为罐体1的水平截面积。
进一步地，还可针对罐体1配设一个罐盖，罐盖通过锁紧件可拆卸盖设在罐体1的上端口，并通过密封圈密封。
使用上述填料装置去除含铬径流水中铬的方法，包括以下步骤：
S1、将滤芯6套接在罐体1中，进水管2和出水管3分别插入内进水口和内出水口中，关闭进水阀门4和出水阀门5，向滤芯6中加入一定量除铬填料，其中，棕榈壳使用前通过QE-200g高速粉碎机粉碎至粒径1～2mm，鹅卵石铺设在棕榈壳上部，以防止棕榈壳随着水流量增大而上浮而影响吸附效果，除铬填料上层高度位于进水阀门4和出水阀门5之间；
S2、打开进水阀门4，将待处理的含铬径流水通过进水阀门4通入滤芯6中，含铬径流水自上而下通过除铬填料，最后由出水阀门5流出。
其中，经除铬填料处理后的径流水可由抽水泵连接出水阀门5抽出。
实施例1
填料装置的横截面尺寸根据各地区的降雨情况确定，以2014年南京为例，南京市降雨强度设计标准为I取98.106(L/s·ha)，径流系数C取0.45，某地区的径流汇水面积A为1.5ha，将C、I和A带入公式Q＝CIA(a)可得：径流量Q＝CIA＝0.45×98.106×1.5＝66.2(L/s)；快速滤池的流速V取14m/h，将径流量Q和V带入公式A0＝Q/V(b)中得到罐体1的水平截面积A0＝Q/V＝66.2(L/s)/14(m/h)＝17m2，罐体1高度选择1.2m，罐体1尺寸确定后，滤芯6套接在罐体1中，与罐体1内壁贴合连接，确定滤芯6尺寸，将罐体1、进水管2、出水管3、进水阀门4、出水阀门5、滤芯6按图1所示组装即可，拆装方便；而且本填料装置采用了可拆卸滤芯6，可以方便的进行填料清洗和更换；避免了当填料达到吸附饱和后发生二次污染。
采用实施例1的填料装置进行除铬填料对含铬径流水除铬效率验证(实施例2～6)，其中，选择除铬填料高度为20cm，由此换算出棕榈仁壳用量和鹅卵石用量(棕榈壳和鹅卵石高度约分别为16cm和4cm)，然后通过QE-200g高速粉碎机将棕榈仁壳粉碎至粒径1～2mm后倒入滤芯6中，再将定量的鹅卵石(规格为8～16mm)铺设在棕榈壳上部。
实施例2
将浓度为10mg/L的含Cr6+径流水通过进水管2流进除铬填料高度为20cm的填料装置中，在装置停留20min后，从出水管3取水样，用等离子体发射光谱仪(ICP-OEX)测其浓度为0.5mg/L，铬的去除率为95％。
实施例3
将浓度为10mg/L的Cr6+径流水通过进水管2流进滤芯填料高度为20cm的装置中，在装置停留40min后，从出水管3取水样，用等离子体发射光谱仪(ICP-OEX)测其浓度为0.32mg/L，铬的去除率为96.8％。
实施例4
将浓度为10mg/L的Cr6+径流水通过进水管2流进滤芯填料高度为20cm的装置中，在装置停留60min后，从出水管3取水样，用等离子体发射光谱仪(ICP-OEX)测其浓度为0.2mg/L，铬的去除率为98％。
实施例5
将浓度为10mg/L的Cr6+径流水通过进水管2流进滤芯填料高度为20cm的装置中，在装置停留80min后，从出水管3取水样，用等离子体发射光谱仪(ICP-OEX)测其浓度为0.2mg/L，铬的去除率为98％。
实施例6
将浓度为10mg/L的Cr6+径流水通过进水管2流进滤芯填料高度为20cm的装置中，在装置停留100min后，从出水管3取水样，用等离子体发射光谱仪(ICP-OEX)测其浓度为0.2mg/L，铬的去除率为98％。
由附图2所示的实施例2～6除铬效率结果图可见，含铬径流水随着与除铬填料接触时间的增加，铬离子的去除效率也越高；当接触时间为60min的时候，铬的去除效率最高为98％，随着接触时间的增加，铬离子的去除效率不变，说明在60min时达到了吸附饱和；由图2还可发现当接触时间为40min时，对铬离子的去除效率为96.8％和接触时间为60min时的去除效率相差无几，也能满足径流水体铬离子的排放标准；从而确定实施例4～8除铬填料处理含铬径流水的最佳处理时间为40min。
实施例7
通过傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)分别对实施例2中吸附前后的棕榈壳进行了红外光谱分析，结果如图3所示，吸附后的棕榈壳在2328cm-1和2279cm-1处显示新的双峰，而吸附前的棕榈壳不存在这些红外波段，由此得出重金属铬离子在棕榈壳的羰基上发生了化学吸附。
实施例8
通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别对实施例2中吸附前后的棕榈壳进行了扫描电镜分析，结果如图4所示，可以看到吸附前棕榈壳的形态是粗糙的、层状的、相互堆叠的，吸附后棕榈壳的形态变为光滑，形态孔径有所变化，结合吸附后的径流水中铬离子浓度降低(吸附前为10mg/L，吸附后为0.5mg/L)，推测是棕榈壳与铬离子发生了螯合作用、表面吸附和生物吸附。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种除铬填料，其特征在于，由棕榈仁壳和鹅卵石组成。
2.根据权利要求1所述的除铬填料，其特征在于：所述棕榈仁壳与鹅卵石的体积比为4：1。
3.一种用于含铬径流水处理的填料装置，包括罐体(1)和权利要求1-2任一项所述的除铬填料，其特征在于，所述罐体(1)的侧壁上下部分别设置有进水管(2)和出水管(3)，所述进水管(2)和出水管(3)处分别安装有进水阀门(4)和出水阀门(5)，所述罐体(1)内壁设有滤芯(6)，所述除铬填料填充于滤芯(6)中。
4.根据权利要求3所述的填料装置，其特征在于：所述罐体(1)采用聚氯乙烯板制成圆筒状，所述滤芯(6)采用不锈钢板制成圆筒状，所述滤芯(6)套接在罐体(1)中，与罐体(1)内壁贴合连接。
5.根据权利要求4所述的填料装置，其特征在于：所述进水管(2)和出水管(3)异侧焊接于罐体(1)侧壁，所述滤芯(6)侧壁上下部分别开设有内进水口和内出水口，所述进水管(2)穿入内进水口，与滤芯(6)内部连通，所述出水口(3)穿入内出水口，与滤芯(6)内部连通。
6.根据权利要求5所述的填料装置，其特征在于：所述罐体(1)的水平截面积A0通过如下公式计算得到：
Q＝CIA (a)
A0＝Q/V (b)
其中，Q为径流量，C为径流系数，A为径流水体的汇水区面积，I为当地降雨强度，根据当地设计标准确定，V为快速滤池的流速，A0为罐体(1)的水平截面积。
7.根据权利要求6所述的填料装置，其特征在于：所述内进水口和内出水口处安装有过滤网，所述过滤网的孔径小于1mm，所述进水管(2)和出水管(3)的内端均位于过滤网外侧，由进水管(2)通入的含铬径流水经过滤网流入滤芯(6)内部，含铬径流水经除铬填料处理后通过过滤网由出水管(3)流出。
8.权利要求3-7任一项所述的填料装置去除含铬径流水中铬的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将滤芯(6)套接在罐体(1)中，进水管(2)和出水管(3)分别插入内进水口和内出水口中，关闭进水阀门(4)和出水阀门(5)，向滤芯(6)中加入一定量除铬填料，所述除铬填料上层高度位于进水阀门(4)和出水阀门(5)之间；
S2、打开进水阀门(4)，将待处理的含铬径流水通过进水阀门(4)通入滤芯(6)中，含铬径流水自上而下通过除铬填料，最后由出水阀门(5)流出。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述除铬填料填充于滤芯(6)中时鹅卵石铺设在棕榈壳上部，棕榈壳使用前粉碎至粒径1～2mm，鹅卵石规格为8～16mm。
10.根据权利要求9所述的填料装置，其特征在于：所述除铬填料与含铬径流水以1：4体积比混合进行除铬处理，混合处理时间为20～100min。
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|---|---|---|---|---|
| CN204224335U (zh) * | 2014-10-13 | 2015-03-25 | 潍坊一诺环保科技有限公司 | 多功能富硒净水宝 |
| CN109095728A (zh) * | 2018-09-30 | 2018-12-28 | 环境保护部南京环境科学研究所 | 一种雨水径流净化装置及净化方法 |
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