CN115254038A - 重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于废水处理技术领域，公开了一种重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置，本发明重金属工业废水处理材料的制备原料由以下重量份组分组成：钢渣10～30份、陶瓷抛光废弃物粉末5～20份、粉煤灰15～40份、海藻酸钠1～5份；且本发明的处理装置包括破乳机构和吸附机构，吸附机构内部设置有吸附腔，且所述吸附腔内填充有本发明的重金属废水处理材料。本发明的处理装置操作简单，处理材料能够多次循环利用，处理效果好。

Description

重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置。

背景技术

随着社会的进步，近年来，我国化工、矿冶、机械制造和电子等行业也随之不断发展，然而化工、矿冶、机械制造和电子等行业在工业生产中均会产生含有重金属的废水，而重金属由于无法被微生物分解，导致其极具危害，严重威胁着生态环境，同时不利于废水资源化再利用，所以，如何有效处理重金属废水是当今工业废水资源化的重中之重。

为了避免废水中重金属对生态环境的污染，以及实现重金属废水的回收再利用，本领域技术人员主要通过转移重金属的存在位置或转变其物化形态实现将废水中的重金属去除，且现有技术中的废水处理装置通常采用化学沉淀法、离子交换法等方法进行处理，以使处理后的水中重金属含量达标排放或回收再利用。

然而，上述现有技术的废水处理技术虽然能够一定程度上实现对重金属的去除，但是费时费力且效果并不理想；并且，当重金属废水中含有油污时，处理效果更会大打折扣，进而大大降低废水处理进行二次处理后的效果，导致处理成本过高，不利于推广使用。

为此，本发明提供一种重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置。

本发明的一种重金属工业废水处理材料及其制备方法、废水处理装置是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种重金属工业废水处理材料，其制备原料由以下重量份组分组成：

钢渣10～30份、陶瓷抛光废弃物粉末5～20份、粉煤灰15～40份、海藻酸钠 1～5份。

进一步地，所述陶瓷抛光废弃物粉末通过以下方法制得：

将陶瓷抛光废弃物粉末经球磨处理后压制成型，随后于1200～1600℃的温度下烧结1～8h，然后粉碎至粒径≤100μm，即获得具有多孔结构的所述陶瓷抛光废弃物粉末。

进一步地，所述农业废弃物为玉米秸秆或麦秆。

本发明的第二个目的是提供一种重金属工业废水处理材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，按照权利要求1-3任意一项所述重金属废水处理材料的配比关系，分别称取各制备原料，备用；

步骤2，将钢渣浸于酸液中10min～1h，固液分离，获得第一固相和第一液相；

步骤3，将第一固相与粉煤灰均匀分散于碱液中，并于85～105℃的温度下超声搅拌8～24h，冷却至室温后，固液分离，用去离子水清洗固体产物后干燥，即获得第二固相；

步骤4，将所述第一固相与第二固相球磨混匀后，获得第三固相；

步骤5，将称取好的海藻酸钠均匀分散于所述第一液相中，随后加入获得的第三固相，搅拌混匀，获得混合浆料，将所述混合浆料固化后即获得所述重金属废水处理材料。

进一步地，所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水中的任意一种；

所述酸液为乙酸溶液。

进一步地，所述粉煤灰与所述碱液的用量比为1～6mg:10mL；

所述钢渣与酸液的用量比为1～5g:100mL。

本发明的第三个目的是提供一种废水处理装置，包括：

破乳机构，其上设置有破乳剂加入口、进水口以及排油口；且其内部设置有第一超声模块；

吸附机构，其进水端与所述破乳机构的出水端通过管道连通；且其内部设置有吸附腔，所述吸附腔一侧壁上设置有腔门，且所述吸附腔的其他侧壁上均开设有若干个第一过滤孔；所述过滤腔内填充有上述重金属废水处理材料；

其中，所述重金属废水处理材料的粒径大于所述第一过滤孔的孔径。

进一步地，所述吸附机构内还设置有：

第一搅拌组件，用于对所述吸附机构内的水进行搅拌，使得水与吸附腔内的重金属废水处理材料充分接触；

第一驱动模块，与所述第一搅拌组件传动连接，用于控制所述第一搅拌组件的工作状态；

第二超声模块，设置于所述第一搅拌组件上，用于辅助所述第一搅拌组件促进水与吸附腔内的重金属废水处理材料充分接触。

进一步地，所述破乳机构内设置有：

第二搅拌组件，用于对所述吸附机构内的水进行搅拌，使得水与吸附腔内的重金属废水处理材料充分接触；

第二驱动模块，与所述第二搅拌组件传动连接，用于控制所述第二搅拌组件的工作状态；

液位传感模块，设置于所述吸附机构的内壁上，且其与所述破乳机构底部之间的距离大于所述排油口与所述破乳机构底部之间的距离。

进一步地，所述废水处理装置还包括过滤机构，所述过滤机构的出水端与所述破乳机构的进水端通过管道连通，且所述过滤机构包括：

过滤箱，其一侧设置有排污口，所述排污口上设置有排污阀体；

过滤板，水平设置于所述过滤箱内，其一端与所述排污口的下端抵接，用于过滤除去水中大体积的杂质；且所述过滤板上开设有多个第二过滤孔；

排污组件，设置于所述过滤板上端，用于将所述过滤板上的杂质推向所述排污口处。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明的钢渣中不仅含有丰富的钙元素，通过酸液浸洗能够将其中一部分钙元素转移至酸液中，获得含有钙元素的酸液加入海藻酸钠后，海藻酸钠G机构上的Na⁺能够与酸液中Ca²⁺发生离子交换反应，G机构堆积形成交联网络结构，从而形成水凝胶，可以作为吸附剂的基质，同时具有非常好的粘合作用。

本发明的陶瓷抛光废弃物粉末通过高温烧结处理后，具有因碳化硅高温下氧化气泡形成的孔洞，具体多孔结构，从而能够增加材料的吸附有效表面积，进而提升本发明材料的对重金属的吸附效果。

本发明的一种重金属废水处理装置，包括吸附机构以及吸附机构上游设置的破乳机构，先将待处理的重金属废水通过破乳机构使得待处理重金属废水中的油水破乳分层，将油污去除后，通过第一管道将其倒入于吸附机构内，然后通过吸附机构内填充的本发明制得的重金属废水处理材料实现对待处理重金属废水中的重金属进行吸附，从而有效实现了对重金属废水中重金属的去除。且本发明的破乳机构内还设置有第一超声模块，通过第一超声模块产生超声波，从而提高破乳剂与废水的接触效果，进而提高废水的破乳效果和效率，从而使得废水中油污最大程度的分离，并分离后油污浮在液面上，再由排油口将浮在液面上的油污排出，从而避免油污对于后续吸附剂的吸附孔造成堵塞，进而提高了吸附剂对于废水中重金属的吸附效果。

附图说明

图1为本发明重金属废水处理装置的整体结构示意图；

图2为以本发明实施例1、实施例2、实施例3的重金属废水处理材料，以及普通活性炭分别作为吸附处理剂，以阳离子聚丙烯酰为破乳剂，经过本发明重金属废水处理装置处理后的废水中油类物质含量的测试结果；

图3为以本发明实施例1、实施例2、实施例3的重金属废水处理材料，以及普通活性炭分别作为吸附处理剂，以阳离子聚丙烯酰为破乳剂，经过本发明重金属废水处理装置处理后的废水中镉含量的测试结果。

具体实施方式

下面将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。

实施例1

本实施例提供一种重金属废水处理材料，其制备原料由以下重量份组分组成：

钢渣20份、陶瓷抛光废弃物粉末15份、粉煤灰25份、海藻酸钠3份。

且本实施例的一种重金属废水处理材料的制备方法如下：

步骤1，按照上述重金属废水处理材料的配比关系，分别称取各制备原料，备用；

步骤2，将钢渣浸于酸液中30min，固液分离，获得第一固相和第一液相；

步骤3，将第一固相与粉煤灰均匀分散于碱液中，并于95℃的温度下超声搅拌16h，冷却至室温后，固液分离，用去离子水清洗固体产物后干燥，即获得第二固相；

步骤4，将第一固相与第二固相球磨混匀后，获得第三固相；

步骤5，将称取好的海藻酸钠均匀分散于第一液相中，随后加入获得的第三固相，搅拌混匀，获得混合浆料，将混合浆料固化后即获得重金属废水处理材料。

实施例2

本实施例提供一种重金属废水处理材料，其制备原料由以下重量份组分组成：

钢渣10份、陶瓷抛光废弃物粉末5份、粉煤灰15份、海藻酸钠1份。

且本实施例的一种重金属废水处理材料的制备方法如下：

步骤1，按照上述重金属废水处理材料的配比关系，分别称取各制备原料，备用；

步骤2，将钢渣浸于酸液中10，固液分离，获得第一固相和第一液相；

步骤3，将第一固相与粉煤灰均匀分散于碱液中，并于85℃的温度下超声搅拌8h，冷却至室温后，固液分离，用去离子水清洗固体产物后干燥，即获得第二固相；

步骤4，将第一固相与第二固相球磨混匀后，获得第三固相；

步骤5，将称取好的海藻酸钠均匀分散于第一液相中，随后加入获得的第三固相，搅拌混匀，获得混合浆料，将混合浆料固化后即获得重金属废水处理材料。

实施例3

本实施例提供一种重金属废水处理材料，其制备原料由以下重量份组分组成：

钢渣30份、陶瓷抛光废弃物粉末20份、粉煤灰40份、海藻酸钠5份。

且本实施例的一种重金属废水处理材料的制备方法如下：

步骤1，按照上述重金属废水处理材料的配比关系，分别称取各制备原料，备用；

步骤2，将钢渣浸于酸液中1h，固液分离，获得第一固相和第一液相；

步骤3，将第一固相与粉煤灰均匀分散于碱液中，并于105℃的温度下超声搅拌24h，冷却至室温后，固液分离，用去离子水清洗固体产物后干燥，即获得第二固相；

步骤4，将第一固相与第二固相球磨混匀后，获得第三固相；

步骤5，将称取好的海藻酸钠均匀分散于第一液相中，随后加入获得的第三固相，搅拌混匀，获得混合浆料，将混合浆料固化后即获得重金属废水处理材料。

实施例4

请参阅图1，本实施例提供一种重金属废水处理装置，发明人发现重金属废水中除了重金属，还会存在油污，而这些油污很容易附着在水处理材料表面，导致水处理材料的有效处理表面积大大降低，进而导致水处理材料的重金属去除效果大大降低。本发明为了避免这种情况，在本发明的吸附机构2上游设置有破乳机构1，即使破乳机构1的出水端与吸附机构2的进水端通过第一管道3连通，先将待处理的重金属废水经进水口12通入破乳机构1中，并且通过破乳剂加入口11向破乳机构1内加入破乳剂，使得待处理的重金属废水在破乳机构1内实现油水破乳分层，将油污由排油口13去除后，通过第一管道3将其倒入于吸附机构2内，重金属废水通过吸附腔21侧壁上的第一过滤孔22进入吸附腔21内，然后与吸附腔21内填充的上述实施例1-实施例3任一实施例所制得的重金属废水处理材料4充分接触，进而实现对待处理重金属废水中的重金属进行吸附，从而有效实现了对重金属废水中重金属的去除。

本实施例为了保证破乳剂对待处理重金属废水的破乳效果，本实施例在破乳机构1内还设置有第一超声模块14，通过第一超声模块14产生超声波，从而提高破乳剂与废水的接触效果，进而提高废水的破乳效果和效率，从而使得废水中油污最大程度的分离，并分离后油污浮在液面上，再由排油口13将浮在液面上的油污排出，从而避免油污对于后续重金属废水处理材料4表面的吸附位点造成堵塞，进而提高了重金属废水处理材料4对于废水中重金属的吸附效果。

还需要说明的是，为了便于进行排油，本实施例在排油口13上还设置有排油阀体15。

实施例5

本实施例提供一种重金属废水处理装置，且本实施例在实施例4的基础上，为了提高吸附腔21内的重金属废水处理材料对重金属的吸附效果，本实施例的吸附机构2内还设置有第一搅拌组件23、与第一搅拌组件23传动连接的第一驱动模块24、以及设置于第一搅拌组件23上的第二超声模块25。通过第一驱动模块24驱动第一搅拌组件23工作，实现对吸附机构2内的水进行搅拌，使得水与吸附腔21内的重金属废水处理材料4充分接触；在搅拌同时，通过第二超声模块25辅助第一搅拌组件23促进水与吸附腔21内的重金属废水处理材料充分接触。从而实现通过搅拌协同超声作用，极大程度实现废水与重金属废水处理材料的接触效果，进而提高重金属的去除效果。

本实施例中，为了便于对吸附腔21内的重金属废水处理材料4进行回收利用，在吸附腔21一侧壁上还可拆卸设置有腔门26，本实施例不限制腔门26与在吸附机构2上的具体连接方式，只要使得在吸附处理过程中，腔门26能够与吸附机构2之间形成密闭的空间，保证吸附处理的顺利进行即可；同时在吸附处理完成后，能够打开腔门26，进而能够对吸附腔21内的重金属废水处理材料4进行更换，并将取出的重金属废水处理材料4进行回收利用。

需要说明的是，本实施例不限制第一搅拌组件23的具体结构，只要能够实现对动吸附机构2内的废水进行搅拌即可。本实施例中，请参阅图1，可选的采用的第一搅拌组件23包括第一搅拌杆231，以及第一搅拌杆231上设置的第一搅拌叶片232。本实施例的第一搅拌杆231竖直设置于吸附机构2的底端，第一搅拌杆231的底端与第一驱动模块24的输出轴传动连接，且第一超声模块 14设置于第一搅拌杆231上端。

还需要说明的是，本实施例不限制第一驱动模块24的具体结构，只要能够实现带动第一搅拌杆231转动即可。本实施例中，可选的采用驱动电机作为第一驱动模块24，且设置于吸附机构2底部。

实施例6

本实施例提供一种重金属废水处理装置，且本实施例在实施例4或实施例 5的基础上，为了提高破乳机构1的破乳效果，本实施例的破乳机构1内设置有第二搅拌组件15、与第二搅拌组件15传动连接的第二驱动模块16以及液位传感模块17。通过第二驱动模块16驱动第二搅拌组件15工作，实现对破乳机构1内的水进行搅拌，使得水与破乳机构1内的破乳剂充分接触；在搅拌同时，通过第二超声模块25辅助第二搅拌组件15促进水与破乳剂充分接触。从而实现通过搅拌协同超声作用，极大程度实现废水与破乳剂的接触效果，进而最大程度实现对废水的破乳，极大程度降低油污对后续重金属去除的影响，进而提高重金属的去除效果。

且本实施例的液位传感模块17设置于破乳机构1的内壁上，且其与破乳机构1底部之间的距离大于排油口13与破乳机构1底部之间的距离，从而能够保证加入的废水位于排油口13上方，进而能够确保破乳后的油污能够有排污口排出。

需要说明的是，本实施例不限制第二搅拌组件15的具体结构，只要能够实现对动吸附机构2内的废水进行搅拌即可。本实施例中，请参阅图1，可选的采用的第二搅拌组件15包括第二搅拌杆151，以及第二搅拌杆151上设置的第二搅拌叶片152。本实施例的第二搅拌杆151水平穿设于破乳机构1内，第二搅拌杆151的底端与第二驱动模块16的输出轴传动连接，且第二超声模块25 设置于第二搅拌杆151中间。

还需要说明的是，本实施例不限制第二驱动模块16的具体结构，只要能够实现带动第二搅拌杆151转动即可。本实施例中，可选的采用驱动电机作为第二驱动模块16，且驱动电机设置于吸附机构2底部。

实施例7

为了避免重金属废水中杂质对处理效果的影响，本实施例在实施例4-6任意一个实施例的基础上，在破乳机构1的上游还设置有过滤机构5。本实施例将过滤机构5的出水端与破乳机构1的进水端通过第二管道6连通，且本实施例的过滤机构5包括过滤箱51、过滤板52以及排污组件53。过滤箱51的一侧设置有排污口511，排污口511上设置有排污阀体512，通过开关排污阀体512 实现开始或停止对排污口511的抽取。过滤板52上开设有多个第二过滤孔 521，且水平设置于过滤箱51内，其一端与排污口511的下端抵接，废水由第二过滤孔521流入过滤箱51的底部，而杂质被阻挡在过滤板52上，从而实现除去水中大体积的杂质。排污组件53设置于过滤板52上端，用于将过滤板52 上的杂质推向排污口511处，从而避免了过滤板52上堆积的杂质过多影响过滤效率的情况发生。

需要说明的是，本实施例不限制排污组件53的具体结构，只要能够将过滤板52上的杂质推向排污口511处即可。本实施例可选的，采用的排污组件53 包括推送板531、以及与推送板531固定连接的伸缩模块532；推送板531设置于过滤板52上，且推送板531的底部与过滤板52上端抵接，从而能够保证在伸缩模块532的带动下将过滤板52上的杂质最大程度推向排污口511处进行排出。伸缩模块532与推送板531固定连接，用于驱动推送板531沿水平方向上移动。

本实施例不具体限制伸缩模块532的结构或类型，只要能够驱动推送板 531沿水平方向上移动，将过滤板52上的杂质最大程度推向排污口511处，并且能够回到推送前的位置即可。本实施例可选的，采用电动伸缩杆作为伸缩模块532，且电动伸缩杆设置于过滤箱51远离排污口511一侧与推送板531之间。

需要说明的是，为了便于控制导入破乳机构1以及吸附机构2中待处理废水的用量，本发明在第一管道3上设置有第一阀体7，在第二管道6上设置有第二阀体8，通过第一阀体7和第二阀体8即可实现对导入待处理废水的用量的控制。

试验部分

(一)试验材料

1.1待处理废水

本发明以某玻璃工厂的工业废水作为待处理废水，经检测，待处理废水中油类物质的含量为58mg/L，镉含量为76mg/L。

1.2吸附处理剂

本发明以实施例1、实施例2、实施例3的重金属废水处理材料、以及普通活性炭分别作为吸附处理剂，并且按照2mg吸附处理剂/1mL待处理废水的用量关系，将重金属废水处理材料置于吸附腔内。

1.3破乳剂

本发明采用阳离子聚丙烯酰为破乳剂，并且按照1mg破乳剂/1L待处理废水的用量关系，由破乳剂加入口加入至破乳机构中。

(二)试验条件

2.1破乳处理

处理温度为室温，超声功率为100W，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为 20min；

在进行破乳处理时，在破乳机构的底部还设置有过滤网，以避免可能形成的杂质堵塞破乳机构的出口的情况发生。

2.2吸附处理

处理温度为室温，超声功率为100W，搅拌速率为300r/min，搅拌时间为 60min。

对经过上述处理后的废水中油类物质和镉的含量分别进行测试，结果分别如图2和图3所示。

可以看出，经过本发明的上述方法处理后，有效去除了废水中的油类物质以及重金属离子，油类物质去除率可以高达97.8％，且镉离子去除率高达 100％，相比于普通活性炭而言，取得了明显的进步。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

显然，上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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种重金属废水处理材料，其特征在于，其制备原料由以下重量份组分组成：

钢渣10～30份、陶瓷抛光废弃物粉末5～20份、粉煤灰15～40份、海藻酸钠1～5份。

2.如权利要求1所述的重金属废水处理材料，其特征在于，所述陶瓷抛光废弃物粉末通过以下方法制得：

将陶瓷抛光废弃物粉末经球磨处理后压制成型，随后于1200～1600℃的温度下烧结1～8h，然后粉碎至粒径≤100μm，即获得具有多孔结构的所述陶瓷抛光废弃物粉末。

3.一种重金属废水处理材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，按照权利要求1或2所述重金属废水处理材料的配比关系，分别称取各制备原料，备用；

步骤2，将钢渣浸于酸液中10min～1h，固液分离，获得第一固相和第一液相；

步骤3，将第一固相与粉煤灰均匀分散于碱液中，并于85～105℃的温度下超声搅拌8～24h，冷却至室温后，固液分离，用去离子水清洗固体产物后干燥，即获得第二固相；

步骤4，将所述第一固相与第二固相球磨混匀后，获得第三固相；

步骤5，将称取好的海藻酸钠均匀分散于所述第一液相中，随后加入获得的第三固相，搅拌混匀，获得混合浆料，将所述混合浆料固化后即获得所述重金属废水处理材料。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱液为氢氧化钾、氢氧化钠或氨水中的任意一种；

所述酸液为乙酸溶液。

5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述粉煤灰与所述碱液的用量比为1～6mg:10mL；

所述钢渣与酸液的用量比为1～5g:100mL。

6.一种重金属废水处理装置，其特征在于，包括：

破乳机构(1)，其上设置有破乳剂加入口(11)、进水口(12)以及排油口(13)；且其内部设置有第一超声模块(14)；

吸附机构(2)，其进水端与所述破乳机构(1)的出水端通过管道连通；且其内部设置有吸附腔(21)，且所述吸附腔(21)的其他侧壁上均开设有若干个第一过滤孔(22)；所述吸附腔(21)内填充有权利要求1或2所述的重金属废水处理材料；

其中，所述重金属废水处理材料的粒径大于所述第一过滤孔(22)的孔径。

7.如权利要求6所述的重金属废水处理装置，其特征在于，所述吸附机构(2)内还设置有第一搅拌组件(23)、以及所述第一搅拌组件(23)传动连接的第一驱动模块(24)；所述第一搅拌组件(23)上还设置有第二超声模块(25)。

8.如权利要求6所述的重金属废水处理装置，其特征在于，所述破乳机构(1)内设置有第二搅拌组件(15)、第二驱动模块(16)以及液位传感模块(17)；

所述第二驱动模块(16)与所述第二搅拌组件(15)传动连接；

所述液位传感模块(17)与所述破乳机构(1)底部之间的距离大于所述排油口(13)与所述破乳机构(1)底部之间的距离。

9.如权利要求6所述的重金属废水处理装置，其特征在于，还包括过滤机构(5)，所述过滤机构(5)的出水端与所述破乳机构(1)的进水端通过管道连通，且所述过滤机构(5)包括：

过滤箱(51)，其一侧设置有排污口(511)，所述排污口(511)上设置有排污阀体(512)；

过滤板(52)，水平设置于所述过滤箱(51)内，其一端与所述排污口(511)的下端抵接，用于过滤除去水中大体积的杂质；且所述过滤板(52)上开设有多个第二过滤孔(521)；

排污组件(53)，设置于所述过滤板(52)上端，用于将所述过滤板(52)上的杂质推向所述排污口(511)处。

10.如权利要求9所述的重金属废水处理装置，其特征在于，所述排污组件(53)包括：

推送板(531)，设置于所述过滤板(52)上，且其底部与所述过滤板(52)上端抵接；

伸缩模块(532)，与所述推送板(531)固定连接，用于驱动所述推送板(531)沿水平方向上移动。

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