一種重金屬廢水生物質反應器的製造方法
2023-09-21 22:57:25
一種重金屬廢水生物質反應器的製造方法
【專利摘要】本發明涉及環保汙水處理設備【技術領域】，尤其是一種重金屬廢水生物質反應器，本發明提供了一種利用改性玉米芯作為填料吸附廢水中重金屬粒子的設備和方法，重金屬廢水進出吸附柱的流量均由閥門、轉子流量計控制，經厚度不同的填料層吸附過濾後的水體分別取樣監測，實時把握廢水處理效果。本發明所述的設備，採用動態連續吸附法對含重金屬離子的廢水進行處理，基於重力式自上而下導流法和固定床吸附系統，整體結構穩定可靠，水處理效率可控，淨化效果好，吸附劑利用率高，具有極佳的推廣應用價值。
【專利說明】一種重金屬廢水生物質反應器
【技術領域】
[0001]本發明涉及環保汙水處理設備【技術領域】，尤其是一種重金屬廢水生物質反應器。【背景技術】
[0002]在工業生產過程中，富含重金屬離子的廢水在進入排汙管道之前必須進行離子吸附處理，以避免對環境造成嚴重汙染。廢水吸附處理法是常用的廢水物理化學處理法的一種，尤其適用於處理重金屬廢水，根據吸附過程一般可以物理吸附和化學吸附兩種方式，吸附過程是溶劑、溶質和固體吸附劑綜合體系中的界面現象。吸附現象的第一種推動力是溶劑對溶質的排斥作用，決定這種作用強度的重要因素是溶質的溶解度，溶質同溶劑的化學特性越相近，溶解度就越大，被多孔性固體吸附的趨勢就越小；反之，溶質同溶劑的化學特性相差越大，溶解度越小，被吸附的趨勢就越大。在水溶液中，溶劑水具有強極性，一些非極性的有機物就容易受到水的排斥，而被吸附在非極性的吸附劑表面上。吸附現象的第二種推動力是多孔性固體對溶質的親和吸引作用，包括範德瓦耳斯力、靜電引力以及化學鍵或氫鍵作用力。在範德瓦耳斯力或靜電吸引力作用下進行的吸附稱為物理吸附。這兩種力是沒有選擇性的，因而物理吸附可以發生在固體吸附劑與任何溶質之間，但吸附強度則因吸附對象的不同而有很大差別。範德瓦耳斯力的作用強度較小，作用範圍也小，因而吸附不牢固，具有可逆性，並可以形成多分子層的吸附。物理吸附過程是放熱過程，溫度降低有利於吸附，溫度升高有利於解吸。在化學鍵力或氫鍵力作用下進行的吸附稱為化學吸附。化學鍵力只存在於特定的各原子之間，所以化學吸附是有選擇性的。化學鍵力的強度較大，其作用力範圍不超過分子大小，因而化學吸附可逆性較差，只形成單分子層吸附。化學吸附是吸熱過程，溫度升高有利於吸附。物理吸附和化學吸附往往並存在吸附過程中。
[0003]吸附操作可分為靜態間歇吸附法和動態連續吸附法兩種。吸附法單元操作通常包括三個步驟。首先是使廢水和固體吸附劑接觸，廢水中的汙染物被吸附劑吸附；第二步將吸附有汙染物的吸附劑與廢水分離；最後進行吸附劑的再生或更新。按接觸、分離的方式，吸附操作可分為靜態間歇吸附法和動態連續吸附法兩種。
[0004]動態連續吸附 法是在流動條件下進行吸附，相當於連續進行多次吸附，即在廢水連續通過吸附劑填料層時，吸附去除其中的汙染物，其吸附裝置有固定床、膨脹床和移動床等型式。各種吸附裝置可單獨、並聯或串聯運行，按水流方向可分為上向流式和下向流式兩種，按承受的壓力可分為重力式和壓力式兩種。得到廣泛使用的是固定床吸附系統。
[0005]動態連續吸附法可以利用吸附柱試驗繪製穿透曲線來確定最佳的操作參數。穿透曲線是出水中殘留汙染物濃度C與吸附柱過水量V之間的關係曲線，在通水初期，出水中汙染物含量Cl低於允許數值，水質良好，隨著處理水量的增加，出水中汙染物的濃度逐漸增高，當出水中汙染物濃度達到允許數值C2的那一點C稱為穿透點，越過穿透點後繼續通水，出水中汙染物的濃度急劇增加，直至接近於廢水濃度CO。曲線ABCD為吸附柱在特定接觸時間下的穿透曲線，曲線CD越陡，表明吸附作用越好，吸附劑的利用率越高。
[0006]生物質對廢水中的重金屬的去除是典型的生物質吸附現象，它不同於簡單的吸附、沉積或者離子交換，是典型的物化過程與生化過程的複合體，因生物質的細胞壁化學組分不同及表面結構不同而具有明顯的區別。生物質屬於多孔性吸附劑，對重金屬的吸附過程一般分為三個階段:
[0007]1、顆粒外部擴散階段:即吸附質從溶液中擴散到吸附劑表面。主要決定因素是重金屬離子的外部擴散速度，一般與重金屬離子濃度和生物質吸附劑的比表面積成正比，增加溶液與顆粒間的相對運動速度，也可以在一定程度上提高外部擴散速度，因此選用較小的粒徑、採用攪拌混合方法在理論上具有提高吸附速度的作用。
[0008]2、孔隙擴散階段:即重金屬離子在吸附劑孔隙中繼續向吸附點擴散階段，這一階段的主要決定因素是孔隙擴散速度，孔隙擴散速度與吸附質顆粒的大小和結構等因素有關，一般，吸附劑顆粒越小，孔隙擴散速度越快。外部擴散速度與孔隙擴散速度一起決定吸附速度。
[0009]3、吸附反應階段:在該階段重金屬離子被吸附在吸附劑孔隙內的吸附點表面，形成吸附固定。
[0010]生物質對廢水中重金屬離子的吸附主要包含表面絡合、氧化還原、還原吸附和離子交換。一方面，生物質的具有高孔隙度的物理結構和高比表面積的形態，可以與重金屬離子直接發生物理吸附，另一方面，生物質所具有的活性基團是提高生物質吸附性能的關鍵，一般通過化學改性的方法增加其活性基團的種類和數量，從而提高其吸附性能。重金屬離子通過多種途徑進入生物質的細胞壁表面，並在細胞壁中進行積累，與細胞壁中的多糖官能團進行配位吸附。重金屬離子在生物質中的吸附多為物理吸附、化學吸附和離子交換的綜合過程，哪一過程為主導主要由生物質不同的木質素、纖維、半纖維蛋白質結構和由於改性方法不同而引入的低分子組分決定，同時受到反應條件的影響，從而使生物質對重金屬的吸附呈現出複雜性和多樣性。另一方面，重金屬離子的存在形式是生物質處理重金屬廢水時反應條件的決定性因素。目前對其動力學的研究認為，生物質對重金屬離子的吸附同時存在物理吸附和靜電吸附。
[0011]本發明所述的重金屬廢水生物質反應器及淨水處理方法，是基於重力式的下向流動態連續吸附法，生物質採用改性玉米芯作為填料，玉米芯根據待處理重金屬廢水所含的重金屬離子，分別採用Κ0Η、磷酸、檸檬酸、丁二酸酐進行改性處理，為提高處理效率，可將分別採用Κ0Η、磷酸、檸檬酸、丁二酸酐進行改性處理過的玉米芯填料按一定比例混合後作為填料。
【發明內容】
[0012]本發明的目的是為了克服上述技術缺點提供一種重金屬廢水生物質反應器。
[0013]本發明解決技術問題採用的技術方案為:一種重金屬廢水生物質反應器，包括高位水箱、吸附柱和集水箱，所述高位水箱經進水管連通吸附柱的入水口，集水箱經出水管連通吸附柱的排水口，進水管上安裝有閥門A、流量計A，排水管上安裝有閥門B、流量計B，吸附柱側壁從上到下依次安裝有四個取樣口 A、B、C、D，吸附柱內部上端設有布水板，下端設有均勻布孔的塑料託板，布水.板與塑料託板之間為改性玉米芯填充的填料層；所述流量計A、流量計B均為轉子流量計，流量計A位於進水管靠近高位水箱的一端，流量計B位於排水管上靠近吸附柱的一端。[0014]所述吸附柱直徑為12CM，吸附柱內部從布水板至取樣口 A之間的填料厚度為
0.5m,取樣口 A至取樣口 B之間的填料厚度為1.0m,取樣口 B至取樣口 C之間的填料厚度為
1.5m，取樣口 C至取樣口 D之間的填料厚度為2.0m。
[0015]所述改性玉米芯為分別經KOH、磷酸、檸檬酸、丁二酸酐改性法處理過的改性玉米芯的混合填充料。
[0016]本發明所述反應器的重金屬廢水生物質反應方法，其特徵在於:
[0017]I)含有重金屬離子的廢水由高位水箱持續供應，流量由閥門A、流量計A控制；
[0018]2)含有重金屬離子的廢水經布水板均勻布入吸附柱；
[0019]3)吸附柱內填充的改性玉米芯填料對流經的廢水中的重金屬離子進行吸附；
[0020]4)取樣口 A、B、C、D分別對流經不同厚度玉米芯填料的水質取樣檢測；
[0021]5)經吸附過濾後的水體經排水管持續排出，流量由閥門B、流量計B控制；
[0022]6)經排水管排出的淨化後的水體由集水箱收集。
[0023]本發明所具有的有益效果是:本發明所述的設備，採用動態連續吸附法對含重金屬離子的廢水進行處理，基於重力式自上而下導流法和固定床吸附系統，整體結構穩定可靠，水處理效率可控，淨化效果好，吸附劑利用率高，具有極佳的推廣應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]附圖1為本發明所述的重金屬廢水生物質反應器結構示意圖。
[0025]附圖2為本發明所述的反應器處理流程框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖1、附圖2對本發明做以下詳細說明。
[0027]如圖1、圖2所示，本發明包括高位水箱1、吸附柱2和集水箱3，所述高位水箱I經進水管10連通吸附柱2的入水口，集水箱3經出水管11連通吸附柱2的排水口，進水管10上安裝有閥門A41、流量計A51，排水管11上安裝有閥門B42、流量計B52，吸附柱2側壁從上到下依次安裝有四個取樣口 A、B、C、D，吸附柱2內部上端設有布水板8，下端設有均勻布孔的塑料託板9，布水板8與塑料託板9之間為改性玉米芯填充的填料層7 ;所述流量計A51、流量計B52均為轉子流量計，流量計A51位於進水管10靠近高位水箱I的一端，流量計B52位於排水管11上靠近吸附柱2的一端；吸附柱2直徑為12CM，吸附柱2內部從布水板8至取樣口 A61之間的填料厚度為0.5m，取樣口 A61至取樣口 B62之間的填料厚度為1.0m，取樣口 B62至取樣口 C63之間的填料厚度為1.5m，取樣口 C63至取樣口 D64之間的填料厚度為2.0m ;所述改性玉米芯為分別經K0H、磷酸、檸檬酸、丁二酸酐改性法處理過的改性玉米芯的混合填充料。
[0028]本發明所述反應器的重金屬廢水生物質反應方法，其特徵在於:
[0029]I)含有重金屬離子的廢水由高位水箱持續供應，流量由閥門A、流量計A控制；
[0030]2)含有重金屬離子的廢水經布水板均勻布入吸附柱；
[0031]3)吸附柱內填充的改性玉米芯填料對流經的廢水中的重金屬離子進行吸附；
[0032]4)取樣口 A、B、C、D分別對流經不同厚度玉米芯填料的水質取樣檢測；
[0033]5)經吸附過濾後的水體經排水管持續排出，流量由閥門B、流量計B控制；[0034]6)經排水管排出的淨化後的水體由集水箱收集。
[0035]實施例一
[0036]採用KOH改性法對玉米芯進行化學改性，處理含Cr6+廢水時，吸附柱有效吸附高度≤Im,進水流量≤3L/min,適宜於強酸性條件,適合Cr6+濃度在150mg/L以下的廢水,力口大吸附柱的有效吸附高度可以有效提高含Cr6+廢水的處理效果，廢水中的COD和Zn2+對總鉻和Cr6+的去除有抑制作用。改性玉米芯吸附柱處理含Cr6+廢水的處理效果良好，在PH = 1、吸附柱有效吸附高度≤1.5m，進水流量為≤2.5L/min時，初始濃度為100mg/L的含Cr6+模擬廢水，Cr6+去除率均在99%以上。對所研究的某機械加工車間廢水時，進水流量≤2.5L/min，有效吸附高度為2m時，廢水COD去除率在75%左右，Cr6+去除率在86%以上，總鉻去除率在88%以上，Zn2+去除率在98%以上
[0037]經KOH改性法處理的改性玉米芯作為填料，填充到吸附柱內，吸附柱直徑為12CM，吸附柱內部從布水板至取樣口 A之間的填料厚度為0.5m,取樣口 A至取樣口 B之間的填料厚度為1.0m,取樣口 B至取樣口 C之間的填料厚度為1.5m,取樣口 C至取樣口 D之間的填料厚度為2.0m。
[0038]實施例二
[0039]分別對玉米芯採用MC-1 (KOH處理)、MC_2 (KOH處理)、MC_3 (磷酸處理)、MC_4 (檸檬酸處理)進行改性，經實驗證實，將5.00mg/mL的吸附劑MC-2投加到含Cd2+的廢水中，調節PH值為6，反應2.0h後，Cd2+的吸附率高達98.64%。
[0040]分別經MC-1 (KOH)、MC-2 (KOH處理)、MC-3 (磷酸處理)、MC-4 (檸檬酸處理)改性法處理的玉米芯按2: 4: 3: I的比例混合作為填料，填充到吸附柱內，吸附柱直徑為12CM，吸附柱內部從布水板至取樣口 A之間的填料厚度為0.5m,取樣口 A至取樣口 B之間的填料厚度為L Om，取樣口 B至取樣口 C之間的填料厚度為1.5m，取樣口 C至取樣口 D之間的填料厚度為2.0m。
[0041]實施例結果表明，改性玉米芯經過不同改性法處理後，對廢水中常見的多種重金屬離子均有非常強大的吸附作用，遠遠超出普通的物理吸附和化學吸附法，優選地，可以將不同改性法處理過的玉米芯混合後作為吸附柱的填充料，其混合比例根據廢水中重金屬離子的比例而定，也可以根據廢水處理過程中取樣口 A、B、C、D實時測得的結果對不同改性玉米芯填料的比例進行調整。
【權利要求】
1.一種重金屬廢水生物質反應器，包括高位水箱、吸附柱和集水箱，其特徵在於:所述高位水箱經進水管連通吸附柱的入水口，集水箱經出水管連通吸附柱的排水口，進水管上安裝有閥門A、流量計A，排水管上安裝有閥門B、流量計B，吸附柱側壁從上到下依次安裝有四個取樣口 A、B、C、D，吸附柱內部上端設有布水板，下端設有均勻布孔的塑料託板，布水板與塑料託板之間為改性玉米芯填充的填料層。
2.根據權利要求1所述的一種重金屬廢水生物質反應器，其特徵在於:所述流量計A、流量計B均為轉子流量計，流量計A位於進水管靠近高位水箱的一端，流量計B位於排水管上靠近吸附柱的一端。
3.根據權利要求1所述的一種重金屬廢水生物質反應器，其特徵在於:所述吸附柱直徑為12CM，吸附柱內部從布水板至取樣口 A之間的填料厚度為0.5m，取樣口 A至取樣口 B之間的填料厚度為1.0m，取樣口 B至取樣口 C之間的填料厚度為1.5m，取樣口 C至取樣口D之間的填料厚度為2.0m。
4.根據權利要求1所述的一種重金屬廢水生物質反應器，其特徵在於:所述改性玉米芯為分別經K0H、磷酸、檸檬酸、丁二酸酐改性法處理過的改性玉米芯的混合填充料。
5.根據權利要求1所述的反應器的重金屬廢水生物質反應方法，其特徵在於: 1)含有重金屬離子的廢水由高位水箱持續供應，流量由閥門A、流量計A控制； 2)含有重金屬離子的廢水經布水板均勻布入吸附柱； 3)吸附柱內填充的改性玉米芯填料對流經的廢水中的重金屬離子進行吸附； 4)取樣口A、B、C、D分別對流經不同厚度玉米芯填料的水質取樣檢測； 5)經吸附過濾後的水體經排水管持續排出，流量由閥門B、流量計B控制； 6)經排水管排出的淨化後的水體由集水箱收集。
【文檔編號】C02F1/28GK103435122SQ201310353687
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】李琛 申請人:陝西理工學院