一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法與流程
2023-08-09 19:22:16 1
本發明涉及化工技術領域，尤其涉及一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法。
背景技術：
近年來，隨著科學的進步和社會的不斷發展，綠色化學已經深入人心。重金屬廢水不但來源廣泛而且產量巨大，主要來自各類工業生產製造——礦山、廢石場、選礦場、有色金屬冶煉及加工廠、電鍍廠、鋼鐵廠、農藥、醫藥、油漆和染料等各種工業廢水。此類廢水中往往含有fe、cr、pb、cd、mn、cu、zn、hg、ns、co等化合物微小顆粒或重金屬離子，如不妥善處理而直接排放，必然會對環境造成嚴重汙染。目前根據廢水處理技術的原理，主要有物理的處理方法、化學的處理方法、電化學的處理方法以及生物的處理方法等。現今處理重金屬離子廢水常用的方法有沉澱法、生物法、吸附法、絮凝法和離子交換法等。但都存在一定的局限性，如費用高、操作條件苛刻、易形成二次汙染等。
技術實現要素：
本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法。
本發明通過以下技術方案來實現上述目的：
本發明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置，由十二烷基硫酸鈉溶液儲罐、重金屬離子廢水儲罐、泡沫分離塔、空氣分布器、消泡裝置、泡沫收集器、空氣壓縮機、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第一離心泵、第二離心泵、重金屬離子廢水流量控制器、十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器、壓縮空氣流量控制器、泡沫塔液位控制器、成分分析檢測顯示元件和高選器組成；十二烷基硫酸鈉溶液儲罐的出口依次通過第一離心泵和第一閥門與泡沫分離塔的第一入口連接；重金屬離子廢水儲罐的出口依次通過流量控制器、第二離心泵和第二閥門與泡沫分離塔的第二入口連接；重金屬離子廢水流量控制器同時與第二閥門的控制端和第一閥門控制器的信號輸入端連接，第一閥門控制器的控制端接收重金屬離子廢水流量控制器的輸出信號並與第一閥門連接；泡沫分離塔液位控制器與第四閥門連接；泡沫分離塔的泡沫出口與消泡裝置連接，所述泡沫收集器與消泡裝置連接；壓縮空氣與泡沫分離塔底部入口連接，泡沫分離塔依次通過成分分析檢測顯示元件、高選器與第三閥門控制器連接，第三閥門控制器與第三閥門連接，第三閥門通過旁路控制空氣壓縮機輸送至泡沫分離塔底部壓縮空氣流量。
本發明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的方法，包括以下步驟：
(1)模擬配置濃度分別為0.3mg/l的cr3+(cr(no3)3水溶液)、0.2mg/l的cd2+(cdso4水溶液)和0.25mg/l的pb2+(pb(no3)2水溶液)的廢水溶液，用質量分數為5％的硫酸或氫氧化鈉溶液調節模擬廢水的ph為7.0，置於重金屬離子廢水儲罐中，通過第二離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(2)將濃度為150mg/l的十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液置於十二烷基硫酸鈉溶液儲罐中，通過第一離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(3)空氣經空氣壓縮機增壓輸送至泡沫分離塔底部，再經空氣分布器分布，為泡沫分離塔中表面活性劑氣泡產生的動力及介質；
(4)重金屬離子廢水溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液自泡沫分離塔底部入口進入塔內後被分布的氣泡攪拌均勻，同時混合液中的重金屬離子被氣泡表面的活性劑吸附，氣泡上升至塔頂泡沫出口流入泡沫收集器，被泡沫收集器上端的消泡裝置消泡後成液態積存於收集器底部，該液體即為重金屬離子濃縮液；
(5)重金屬離子濃縮液經後期回收處理後，可得相應產品；
(6)重金屬離子廢水溶液與表面活性劑溶液按15:1的流量比流入泡沫分離塔；空氣經壓縮機增壓輸送至泡沫分離塔底部，其流量為550-800ml/min；
(7)泡沫分離塔中重金屬離子溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液平均停留時間控制在0.5-1h，經泡沫分離重金屬離子後的殘液經塔底出口排出；
(8)模擬重金屬離子廢水溶液經該工藝對處理後殘液中pb2+、cd2+、cr3+的殘留濃度分別低於0.0365mg/l、0.031mg/l和0.030mg/l，達到了廢水排放標準，泡沫分離塔中重金屬離子去除率為84.1％-95.4％。
本發明的有益效果在於：
本發明是一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法，與現有技術相比，本發明是根據表面吸附的原理,通過向溶液中鼓泡並形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分離，由於表面活性物質聚集在泡沫層內,就可以達到濃縮表面活性物質或淨化液相主體的目的。該技術具有三個特點:(1)設備比較簡單、能耗低、投資少,而且操作和維修都方便；(2)在常溫或低溫下操作,因此適用於熱敏性和化學性質不穩定的成分的分離；(3)適用於低溫度組分的濃縮和回收。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
圖中：1-十二烷基硫酸鈉溶液儲罐、2-重金屬離子廢水儲罐、3-泡沫分離塔、4-空氣分布器、5-消泡裝置、6-泡沫收集器、7-空氣壓縮機、f1-第一閥門、f2-第二閥門、f3-第三閥門、f4-第四閥門、b1-第一離心泵、b2-第二離心泵、f1c-重金屬離子廢水流量控制器、f2c-十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器、f2c-壓縮空氣流量控制器、lc-泡沫塔液位控制器、aei-成分分析檢測顯示元件、gs-高選器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明：
本發明以垃圾滲濾液為處理對象，以十二烷基硫酸鈉(sds)為表面活性劑的溶液為原料，採用泡沫分離法，連續分離廢水中的鉛(pb2+)、鎘(cd2+)、鉻(cr3+)，並採用連續控制系統對工藝條件進行控制，達到持續、穩定、高效的去除廢水中重金屬離子的目的。
如圖1所示：本發明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置，由十二烷基硫酸鈉溶液儲罐1、重金屬離子廢水儲罐2、泡沫分離塔3、空氣分布器4、消泡裝置5、泡沫收集器6、空氣壓縮機7、第一閥門f1、第二閥門f2、第三閥門f3、第四閥門f4、第一離心泵b1、第二離心泵b2、重金屬離子廢水流量控制器f1c、十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器f2c、壓縮空氣流量控制器f3c、泡沫分離塔液位控制器lc、成分分析檢測顯示元件aei和高選器gs組成；十二烷基硫酸鈉溶液儲罐的出口依次通過第一離心泵和第一閥門與泡沫分離塔的第一入口連接；重金屬離子廢水儲罐的出口依次通過流量控制器、第二離心泵和第二閥門與泡沫分離塔的第二入口連接；重金屬離子廢水流量控制器同時與第二閥門的控制端和第一閥門控制器的信號輸入端連接；第一閥門控制器的控制端與第一閥門連接；泡沫分離塔液位控制器與第四閥門連接；泡沫分離塔的泡沫出口與消泡裝置連接，所述泡沫收集器與消泡裝置連接；壓縮空氣與泡沫分離塔底部入口連接，泡沫分離塔依次通過成分分析檢測顯示元件、高選器與第三閥門控制器連接，第三閥門控制器與第三閥門連接，第三閥門通過旁路控制空氣壓縮機輸送至泡沫分離塔底部壓縮空氣流量。
本發明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的方法，包括以下步驟：
(1)模擬配置濃度分別為0.3mg/l的cr3+(cr(no3)3水溶液)、0.2mg/l的cd2+(cdso4水溶液)和0.25mg/l的pb2+(pb(no3)2水溶液)的廢水溶液，用質量分數為5％的硫酸或氫氧化鈉溶液調節模擬廢水的ph為7.0，置於重金屬離子廢水儲罐中，通過第二離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(2)將濃度為150mg/l的十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液置於十二烷基硫酸鈉溶液儲罐中，通過第一離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(3)空氣經空氣壓縮機增壓輸送至泡沫分離塔底部，再經空氣分布器分布，為泡沫分離塔中表面活性劑氣泡產生的動力及介質；
(4)重金屬離子廢水溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液自泡沫分離塔底部入口進入塔內後被分布的氣泡攪拌均勻，同時混合液中的重金屬離子被氣泡表面的活性劑吸附，氣泡上升至塔頂泡沫出口流入泡沫收集器，被泡沫收集器上端的消泡裝置消泡後成液態積存於收集器底部，該液體即為重金屬離子濃縮液；
(5)重金屬離子濃縮液經後期回收處理後，可得相應產品；
(6)重金屬離子廢水溶液與表面活性劑溶液按15:1的流量比流入泡沫分離塔；空氣經壓縮機增壓輸送至泡沫分離塔底部，其流量為550-800ml/min；
(7)泡沫分離塔中重金屬離子溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液平均停留時間控制在0.5-1h，經泡沫分離重金屬離子後的殘液經塔底出口排出；
(8)模擬重金屬離子廢水溶液經該工藝對處理後殘液中pb2+、cd2+、cr3+的殘留濃度分別低於0.0365mg/l、0.031mg/l和0.030mg/l，達到了廢水排放標準，泡沫分離塔中重金屬離子去除率為84.1％-95.4％。
工藝控制迴路描述：
1.原料液流量比值控制系統—單閉環比值控制系統該系統控制目的使重金屬離子廢水溶液與十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液流量比為15:1；儲罐2中的重金屬離子廢水溶液經泵2輸送至泡沫分離塔的底部第二入口，其流量經輸送管路的測量儀表測量後輸入到流量控制器f1c，與f1c的給定值
(150ml/min)比較並經f1c運算後一路信號輸出信號給控制閥2，控制重金屬離子廢水溶液的流量為150ml/min；f1c運算後的另一路信號輸送至f2c；儲罐1中的表面活性劑溶液經泵1輸送至泡沫分離塔底部第一入口，其流量經f2c輸出信號傳遞給輸送管路中的控制閥1調節，保證重金屬離子溶液與表面活性劑溶液的流量比為15:1。該比值控制系統如因重金屬離子廢水濃度變化可予以調整。
2.泡沫分離塔溶液平均停留時間控制系統—單迴路控制系統該系統控制的目的為(1)控制泡沫分離塔底部液位在塔高的1/5-1/4範圍，保證塔上部有足夠的分離空間，可使塔內上升的泡沫帶液率低於10％；(2)控制泡沫塔底部殘液流量，使兩股原料液在塔內的平均停留時間為0.5-1小時。具體控制迴路為：泡沫分離塔底部液位檢測儀表將液位檢測數據輸入到液位控制器lc中，與給定值比較並經lc運算後輸出信號給控制閥4，通過控制通過閥4殘液流量來控制液位，達到控制目的；
3.廢水中重金屬離子殘液濃度控制系統—單迴路控制系統該控制系統的目的是通過控制空氣流量使泡沫塔殘液濃度低於0.03mg/l，達到排放標準；具體控制迴路為：泡沫分離塔底部殘液中重金屬離子經成分分析檢測顯示元件aei檢測後，輸出殘液中各個金屬離子含量，經高選器gs選擇高濃度信號作為f3c的輸入信號，與f3c的給定值(0.03mg/l)比較並經f3c運算後其輸出信號給空氣流量控制閥3，通過控制進入泡沫分離塔的壓縮空氣流量，保證廢水中重金屬離子去除率達84.1％-95.4％。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。