CN114804279A - 一种用于废水中重金属脱除的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于废水中重金属脱除的装置，属于废水处理技术领域。本发明在废水处理过程中可通过集成传感器实时监测废水指标，监控废水处理模块的重金属脱除效率，在脱除效率低于要求时，可及时进行更换，同时管道设有并联旁路，可以确保在更换废水处理模块过程中不会影响系统的正常运行，节约了时间成本。本发明提供的废水处理模块安装拆卸便捷，可按照燃煤电厂废水输运管道路径和重金属含量确定所需安装数量，在废水输运管道上多个串联布置，能够适应不同的废水情况，同时管道式模块化处理系统可实现快速检修与替换。有效提升废水中重金属的脱除效率，同时降低系统建造及处理成本。

Description

一种用于废水中重金属脱除的装置

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，更具体地，涉及一种用于废水中重金属脱除的装置。

背景技术

燃煤电厂在处理烟气减轻大气污染的同时会产生大量的废水，其中含有悬浮物、过饱和硫酸盐、硫酸盐、氟离子以及重金属等杂质，尤其重金属如As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Sb、Se等。直接排放对环境造成严重危害，若未能进行达标处理，将严重危害生态系统及人体健康。

近年来，国内外重金属废水处理的方法主要有三类：第一类是通过化学反应使废水中重金属得以去除，主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法及高分子重金属捕集剂法等；第二类是通过吸附、浓缩、分离的方法去除废水中的重金属；第三类是借助微生物或者植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中的重金属。研究表明，采用生物处理和其他物理化学方法由于成本高，反应条件苛刻等原因，在实际工程中难以推广使用。因此燃煤电厂废水中重金属的去除主要通过化学沉淀法得以实现，目前多采用中和沉淀法和硫化物沉淀法，使重金属以硫化物和氢氧化物的形式沉淀下来，该方法对废水中的重金属有较好的去除效果，但硫化物沉淀对反应环境要求严格，必须在碱性环境下进行，在酸性条件下会产生硫化氢气体，造成二次环境污染。因此需要开发更清洁高效便利的方法对废水中重金属进行有效处理，并且不会产生二次污染。

针对废水中重金属脱除系统的研究成果包括：(1)专利CN103011369.A公开了一种可用于处理含砷废水的装置，该发明提出在管式反应器的两端设有废水进口和废水出口，输送泵连接在管式反应器上，管式反应器的中段设有至少一个加药口，加药装置通过管道连接在加药口处，管式反应器的管道上安装有至少一个用于反映酸度以及进程节点的检测探头，但是该方法提出的装置结构复杂且体积较大，处理过程中需要额外药剂添加，且只能对单一重金属元素进行处理，局限性较大；(2)专利CN214829750U公开了一种工业废水处理用的管式循环过滤装置，该发明包括第一过滤盒过滤废水中的汞，循环水泵通过第一循环管使废水循环通过第一过滤盒过滤，第二过滤盒过滤污水中的重金属，循环水泵通过第二循环管使废水循环通过第一过滤盒过滤，第三过滤盒过滤污水中的化学物质，循环水泵通过第三循环管使废水循环通过第三过滤盒过滤，但是该方法需对废水进行循环输送，不适用于连续脱除，同时结构较为复杂。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于废水中重金属脱除的装置，其目的在于实现废水中重金属的连续脱除。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于废水中重金属脱除的装置，包括：至少两个串联布置的重金属脱除单元；所述重金属脱除单元包括换向阀、集成传感器、废水处理模块和并联旁路；

所述废水处理模块可拆卸地安装在废水输运管道上，用于脱除废水中的重金属；所述废水处理模块入水口处和出水口处分别安装有集成传感器；所述集成传感器用于监控废水处理模块的重金属脱除效率；所述并联旁路通过换向阀并联连接在废水处理模块上；所述换向阀用于控制废水输送路径，在更换废水处理模块时切换水流至并联旁路；所述并联旁路用于在更换废水处理模块时不间断的输运废水。

进一步地，所述废水处理模块包括吸附组件、连接组件和固定组件；其中，吸附组件和固定组件设有内螺纹；连接组件设有外螺纹；

吸附组件一侧与作为废水处理模块进水管的废水输运管道外螺纹连接，另一侧与连接组件一侧连接；吸附组件内部铺设蛇形板块，板块间填充吸附材料；

连接组件另一侧与固定组件一侧连接；固定组件另一侧与作为废水处理模块出水管的废水输运管道外螺纹连接。

进一步地，作为废水处理模块进水管的废水输运管道外螺纹长度大于吸附组件内螺纹长度；作为废水处理模块出水管的废水输运管道外螺纹长度大于固定组件内螺纹长度。

进一步地，蛇形板块倾斜角度为30-60度，宽度最小的两个板块与吸附组件的管壁间留有1-5mm的间隙。

进一步地，吸附组件内顶部与连接组件顶部设置多孔板，多孔板铺设有水系滤膜，水系滤膜孔径为0.45-1μm。

进一步地，所述吸附材料为硫化改性纳米零价铁颗粒负载到多孔固相载体制备得到的复合型载铁环境材料。

进一步地，所述重金属脱除单元还包括截止阀，所述截止阀与废水处理模块出水管连接，用于防止切换水流时废水外溢。

进一步地，所述装置还包括澄清池；所述澄清池上方清液出水口与作为废水处理模块进水管的废水输运管道连接。

进一步地，所述装置还包括污泥泵机；所述污泥泵机与澄清池下方污泥出口连接，用于向外排出污泥。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。

本发明在废水处理过程中可通过集成传感器实时监测废水指标，监控废水处理模块的重金属脱除效率，在脱除效率低于要求时，可及时进行更换，同时管道设有并联旁路，可以确保在更换废水处理模块过程中不会影响系统的正常运行，节约了时间成本。

本发明提供的废水处理模块安装拆卸便捷，可按照燃煤电厂废水输运管道路径和重金属含量确定所需安装数量，在废水输运管道上多个串联布置，能够适应不同的废水情况，同时管道式模块化处理系统可实现快速检修与替换。

本发明废水处理模块的各部分连接方式设计为螺纹连接，固定组件的内螺纹及出水管侧设计的外螺纹能保证模块的移动以及密封性，吸附模块更换时可转动模块使其沿出水侧移动，吸附组件内顶部与连接组件顶部多孔板处设置的滤膜可保证废水正常进出时吸附材料不随水流出入，随后可再将固定组件、吸附组件依次取下，便于模块的更换。本发明吸附材料采用硫化改性纳米零价铁颗粒负载到多孔固相载体制备复合型载铁环境材料。制备方法具有方便快速，材料利用率高，成本低廉的特点，所得材料能够有效解决纳米零价铁颗粒的团聚沉淀及表面钝化失活问题，同时其结构疏松，对水流的阻碍作用较小，有效提升废水中重金属污染物的脱除效率。

本发明在吸附组件内部铺设蛇形板块，可以有效延长废水流经吸附材料的时间，同时增强水流的扰动，有利于增强吸附材料的吸附效果，提高对重金属的脱除率。

本发明将废水中的重金属最终固化在吸附材料晶格内部，吸附重金属后的吸附材料形成的污泥无浸出毒性，利用该吸附材料有效减少了污泥的生成量，且废水处理过程中无需添加大量化学药剂，降低了处理成本。

本发明通过设计管道式模块化处理系统，直接对接现有废水输送的管道系统，使废水在输送流动的过程中得到处理，无需搭建新的处理系统，减少占地面积，节约建造成本，废水中重金属脱除率可达95％-99.9％，达到废水排放要求。

本发明可推广应用于对重金属废水治理有迫切需求的其他行业，适用范围广。

附图说明

图1是本发明废水中重金属脱除装置示意图；

图2是废水处理模块结构示意图；

图3是吸附组件内部结构示意图；

图4是材料硫化处理流程示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-污泥泵机、2-澄清池、3-集成传感器、4-废水处理模块、401-进水管、402-吸附组件、403-连接组件、404-固定组件、405-出水管、406-蛇形板块、5-换向阀、6-截止阀、7-并联旁路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-3所示的一种用于废水中重金属脱除的装置，该系统包括污泥泵机1、澄清池2、集成传感器3、废水处理模块4、换向阀5、截止阀6、并联旁路7。废水首先送入澄清池2进行处理，澄清池下方污泥出口连接污泥泵机1，经由污泥泵机1向外排出污泥，澄清池2上方清液出水口连接废水输运管道，在废水输运管道上安装可拆卸的废水处理模块4。废水输运管道与废水处理模块4入水口相连，所述废水处理模块4入水口处安装有集成传感器3，可以监测废水的pH、COD和重金属的浓度；所述废水处理模块4由吸附组件402、连接组件403、固定组件404三个组件组装而成，所述吸附组件402与作为废水处理模块4进水管401的废水输运管道通过螺纹相连，吸附组件402内部铺设蛇形板块406，板块间填充吸附材料，连接组件403连接吸附组件402与固定组件404，固定组件404连接作为废水处理模块4出水管405的废水输运管道；废水处理模块4出水口处同样安装有集成传感器3，监测处理后废水的pH、COD和重金属的浓度。所述废水处理模块4可实现整体替换，为保证废水处理连续不间断，在废水处理模块处开设并联旁路7，通过管道前端的换向阀5控制废水输送路径，同时废水处理模块4出水管405处设置截止阀6，防止废水外溢。

优选地，废水处理模块4入水口与出水口处安装的集成传感器3可实时监测废水多项指标，通过处理前后数据对比监控废水处理模块的重金属脱除效率，在脱除效率低于更换要求时，及时对可拆卸废水处理模块进行更换，本实施例中，废水处理模块4的更换要求为重金属脱除效率低于20％。

优选地，废水处理模块4吸附组件402通过设有的内螺纹与作为进水管401的废水输运管道的外螺纹进行螺纹连接，考虑配合问题，进水管401外螺纹长度可略大于吸附组件402内螺纹长度，吸附组件402通过后侧内螺纹与连接组件403外螺纹连接，连接组件403通过后侧外螺纹与固定组件404内螺纹连接，固定组件404通过后侧内螺纹与作为出水管405的废水输运管道外螺纹连接，考虑整个废水处理模块4的移动与拆卸，出水管405外螺纹应大于固定组件404的长度，且安装固定组件404应留有一定的余隙来保证模块的可拆卸性，考虑所述废水处理模块4的维护问题，将其设计成三部分更方便进行清洗。

优选地，废水处理模块4在安装时，先将固定组件404整体旋入作为出水管405的废水输运管道的外螺纹，再将吸附材料填充入吸附组件402并组装连接组件403，组装完成后与作为进水管401的废水输运管道进行连接，最后将固定组件404反向旋转至连接组件403外螺纹完全旋入固定组件404内，完成安装。

优选地，吸附组件402内部铺设蛇形板块406，蛇形板块406根据吸附组件402大小进行设置，其形状有一定的起伏，有效对水流方向进行扰动，过小的倾角将造成较大压差，过大的倾角对水流扰动效果有限，因此蛇形板块406倾斜角度设置在30-60度；宽度最小的两个板块与吸附组件402的管壁间留有1-5mm的间隙，确保流路畅通。本实施例中，蛇形板块406倾斜角度为45度，宽度最小的两个板块与吸附组件402的管壁间留有2mm的间隙。

优选地，吸附组件402内顶部与连接组件403顶部(即管内吸附材料的顶部与底部)铺设有水系滤膜，孔径为0.45-1μm，能够在有效过滤细小固体颗粒物的同时，不会造成过大压差，影响废水输送。本实施例中，水系滤膜孔径为0.45μm。

优选地，吸附材料为硫化改性纳米零价铁颗粒负载到多孔固相载体制备得到的复合型载铁环境材料。将负载了纳米零价铁的多孔固相载体从低温等离子体处理器入口处通过氩气喷入，处理器内连续通入二氧化硫气体，通过高压放电处理，材料在经过处理器的5秒内完成硫化改性，随气流从处理器出口流出后被收集，具体流程图如图4所示。该方法相较于传统球磨硫化与液相还原硫化的方法，制备方便快速，材料利用率高，成本低廉，无有毒的还原性试剂添加，更为环保，所得材料能够有效解决纳米零价铁颗粒的团聚沉淀及表面钝化失活问题，同时相较于球磨硫化法制备的材料其结构更为疏松，相较于液相还原硫化法制备的材料其活性更高。本实施例中，多孔固相载体为粒径为300目的活性炭。

优选地，换向阀5控制废水输送路径，可在需要更换废水处理模块4时切换水流至并联旁路7，不会间断废水的输运，废水处理模块4出水管所处管路设有截止阀6，有效防止在替换废水处理模块4变更水路时废水外溢。

优选地，废水处理模块4可在废水输运管道上多个串联布置，按照燃煤电厂废水输运管道路径和重金属含量确定安装数量，为实现不间断废水处理，废水处理模块安装至少不少于2组。本实施例中，废水处理模块4在废水输运管道上间隔串联布置2组。

利用某燃煤电厂废水进行本发明的废水中重金属脱除装置重金属脱除性能测试。试验废水pH范围为6.0-7.0，呈弱酸性。为测试处理效果，向废水中额外添加多种重金属。废水处理过程中通过集成传感器3测试入水口和出水口处废水的重金属浓度，将数据进行对比，得到系统对多种重金属的脱除效果：汞95.3％、砷97.7％、硒98.4％、铅99.9％、铬99.9％、镉99.7％、铜99.9％，结果表明该系统可以有效脱除废水中的重金属，经该系统处理后能够达到相应的废水排放要求。系统连续运行至废水处理模块4对任一种重金属脱除效率低于20％时，进行模块更换。此时，调节换向阀5改变废水流动路径，使废水通过并联旁路7向后输送，随后关闭废水处理模块4后的截止阀6。向出水管405方向移动固定组件404，随后向下拆除吸附组件402与连接组件403，取出吸附组件内的吸附材料，重新装填后将废水处理模块4安装回废水输运管道。依据国标GB5085.3-2007，对取出的吸附材料进行浸出毒性测试，浸出液中汞、砷、硒、铅、铬、镉、铜等重金属均未检出，因此吸附重金属后的吸附材料无浸出毒性，属于一般固体废弃物，不需要按照危险废弃物进行处理，降低了固废的处理成本。经验证本发明管道式废水重金属稳定化脱除系统在燃煤电厂废水处理领域具有推广价值。该系统直接对接废水输运管道，无需搭建新的处理系统，能够减少占地面积，节约建造成本，且该技术适应性强，可以广泛应用于冶金、电镀等其他废水中含重金属的领域，具有广阔的市场前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，包括：至少两个串联布置的重金属脱除单元；所述重金属脱除单元包括换向阀(5)、集成传感器(3)、废水处理模块(4)和并联旁路(7)；

所述废水处理模块(4)可拆卸地安装在废水输运管道上，用于脱除废水中的重金属；所述废水处理模块(4)入水口处和出水口处分别安装有集成传感器(3)；所述集成传感器(3)用于监控废水处理模块(4)的重金属脱除效率；所述并联旁路(7)通过换向阀(5)并联连接在废水处理模块(4)上；所述换向阀(5)用于控制废水输送路径，在更换废水处理模块(4)时切换水流至并联旁路(7)；所述并联旁路(7)用于在更换废水处理模块(4)时不间断的输运废水。

2.根据权利要求1所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，所述废水处理模块(4)包括吸附组件(402)、连接组件(403)和固定组件(404)；其中，吸附组件(402)和固定组件(404)设有内螺纹；连接组件(403)设有外螺纹；

吸附组件(402)一侧与作为废水处理模块进水管(401)的废水输运管道外螺纹连接，另一侧与连接组件一侧连接；吸附组件(402)内部铺设蛇形板块(406)，板块间填充吸附材料；

连接组件(403)另一侧与固定组件(404)一侧连接；固定组件(404)另一侧与作为废水处理模块出水管(405)的废水输运管道外螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，作为废水处理模块进水管(401)的废水输运管道外螺纹长度大于吸附组件(402)内螺纹长度；作为废水处理模块出水管(405)的废水输运管道外螺纹长度大于固定组件(404)内螺纹长度。

4.根据权利要求2所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，蛇形板块(406)倾斜角度为30-60度，宽度最小的两个板块与吸附组件(402)的管壁间留有1-5mm的间隙。

5.根据权利要求2所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，吸附组件(402)内顶部与连接组件(403)顶部设置多孔板，多孔板铺设有水系滤膜，水系滤膜孔径为0.45-1μm。

6.根据权利要求2所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，所述吸附材料为硫化改性纳米零价铁颗粒负载到多孔固相载体制备得到的复合型载铁环境材料。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，所述重金属脱除单元还包括截止阀(6)，所述截止阀(6)与废水处理模块出水管(405)连接，用于防止切换水流时废水外溢。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，所述装置还包括澄清池(2)；所述澄清池(2)上方清液出水口与作为废水处理模块进水管(401)的废水输运管道连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于废水中重金属脱除的装置，其特征在于，所述装置还包括污泥泵机(1)；所述污泥泵机(1)与澄清池(2)下方污泥出口连接，用于向外排出污泥。

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