用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法及裝置的製作方法
2023-05-04 19:40:06 2
專利名稱：用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢水處理方法，特別涉及一種用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法。本發明還涉及實現該方法的裝置。
背景技術：
初步摸底調查顯示，我國有3億多人飲水不安全，其中有1.9億人飲用水有害物質含量超標。隨著國家對環境保護工作的關注，水質淨化和廢水回收利用越來越受到重視。在廢水的綜合治理過程中，有形態各異的有機廢水和重金屬廢水。有色冶煉、化工生產等企業，生產過程中產生大量複合廢水。這些廢水中，存在著大量的金屬離子與非金屬離子。我國最大的電池廠廣州電池廠生產過程中由於使用含汞、鋅、錳和澱粉等原料，在電液配料、糊化、洗碳棒頭等生產過程中排出的廢水含汞0.79mg/L、鋅315mg/L、錳73mg/L，對環境造成嚴重汙染。由於廢水中含有多種重金屬汙染物，國內尚未見到能同時把全部汙染物都治理達標的設備和設施。所以目前國內的電池廠生產廢水的治理還是一個難題。
廢舊電池處理時，所產生的廢水中第一類汙染物有汞，鎘，鉛，砷，鉻等，第二類汙染物有銅、鋅、錳等。其中汞主要有Hg0，HgCl2，HgCl4，等不同的形態，砷有As(III)As(V)，鉻有Cr(III)，Cr(VI)等多種形態與價態，銅有Cu(II)、Cu(I)；鋅有ZnCl2、ZnCl3-、ZnCl42-、Zn(NH3)2、Zn(NH3)42-等，除此以外，廢水中還有Ni(II)、Li+、Na+，K+，NH4+，Cl-等，是一類比較典型的多形態、多價態混合汙染廢水。
目前工業上對於重金屬廢水的處理使用最多的是中和沉澱法和硫化法。中和沉澱法是在含有重金屬廢水中加入鹼進行中和反應使重金屬生成不溶於水的氫氧化物沉澱形式加以分離。這種方法在實際廢水處理中以下三方面問題需加以注意(1)重金屬廢水經中和沉澱處理後廢水pH值較高，需經過處理才能排放；(2)實際廢水中重金屬離子幾乎不能單獨存在，常常是多種重金屬離子共存，當廢水中含有鋅、鉛、鉻、錫、鋁等兩性金屬時，高pH值時有再溶解傾向，處理操作時必須嚴格控制pH值，實行分段沉澱法；(3)溶液中共存的滷素、氰根、腐植酸、腐植質等可以和重金屬離子形成配和物，對中和法有較大影響，有時甚至不形成沉澱，中和之前要進行預處理。硫化法處理重金屬廢水，硫化物沉澱一般比較細小，易形成膠體；硫化物沉澱發生中沉澱劑會在水中部分殘留，殘留沉澱劑也是一種汙染物，會產生惡臭等，而且S2-遇到酸性環境時產生有害氣體H2S，會形成二次汙染。廢水中的硫化物過量較多易形成可溶性的汞硫配合物(HgS2-)而使硫汞化合物沉澱復溶，並且對於酸性廢水易產生H2S二次汙染；處理後出水的殘餘硫也會產生汙染。
發明內容
本發明克服現有技術的不足，提供一種用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法。用該方法處理的多種形態共存、多種重金屬共存並對環境有嚴重汙染的廢水，可以完全達到回用和排放標準。本發明還提供一種實現該方法的裝置。
為解決上述方法的技術問題，本發明是這樣實現的它包括下列步驟(1)、含有多種形態重金屬廢水流經絮凝池，用絮凝劑將大量的有機物沉積後轉移至固體廢物處理；(2)、將剩餘廢水流經裝有金屬置換柱的裝置，使Hg0、Hg2+、有機形態汞與金屬結合而形成汞齊，並固定在金屬置換柱的表面上，將Cr(VI)、As(V)等轉化為低價的Cr(III)、As(III)；(3)、將上述處理過的廢水流經裝有轉化柱的裝置，利用溶度積沉澱轉化原理，使廢水中的重金屬轉化為更難溶的硫化物；(4)、將上述處理過的廢水流經裝有過濾柱的裝置，過濾廢水中的沉積物，即可回用；(5)、將上述處理過的廢水再流經裝有吸附柱的裝置，廢水中的各種重金屬濃度再次下降，即可直接排放。
所述絮凝劑為聚合硫酸鐵。
所述金屬置換柱採用金屬鋁作處理柱。
所述轉化柱採用FeS或FeS2作處理柱。
所述吸附柱採用細砂和活性碳作處理柱。
處理的廢水的pH值範圍為pH＝1～13。
為解決上述裝置技術問題，本發明是這樣實現的它包括絮凝池(16)、水泵(6)、水處理交換裝置，其特徵是水處理交換裝置包括置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)；所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)之間依次通過管道(11)相連。
所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)之間的管道(11)上設有置換柱閥門、轉化柱閥門、過濾柱閥門和吸附柱閥門。
所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)和吸附柱(4)上分別設有加料口(9)，其內分別設有下隔離網(7)、中間隔離網(8)和上隔離網(10)。
本發明的有益效果是1、用置換、轉化等多種相轉移方法可以同時處理複合、多體重金屬廢水，而且由於多種金屬硫化物共沉澱的效果，對混合重金屬離子用上述多級處理柱其效果比單一離子更明顯。
2、置換柱(還原柱)不僅使較難處理的游離汞得到了有效的去除，而且將高價態的重金屬還原為較低的價態，使多體共存的重金屬得到有效的治理。
3、由於S2-、Fe3+、Fe2+等的緩衝作用、廢水的酸度對去除效果沒有太大的影響，而出水的PH值都趨於中性，這對於由於廢舊電池成分的波動而可能使廢水處理中的工藝調整有著積極的幫助。
4、廢舊電池綜合處理過程中所產生的廢水用以上工藝技術，完全可以達到國家排放標準，甚至個別指標達飲用水的指標。
5、由於廢舊電池全溼法處理過程產生的廢水量大，在全套工藝中應該考慮廢水的循環使用，這樣可以減掉吸附柱(塔)，降低處理的成本。
6、以上工藝應根據廢水的量和濃度做適當的調整。其中廢水的流速應選120～200L/cm2.min。
7、以上廢水處理工藝的明顯效果是絮凝、中和、轉化、還原、吸附和共沉澱的綜合效果。
圖1為實現本發明裝置的結構圖。
具體實施例方式
下面對本發明用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法作進一步的描述。
實現本發明用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法步驟如下(1)、在廢水的綜合治理過程中，針對電池廠和廢舊電池處理廠所產生的大量廢水，由於廢舊電池中除了有上述的大量金屬與非金屬離子外，還有許多有機物，因此，我們在流程的第一步選用了一個大的絮凝池，採用聚合硫酸鐵為絮凝劑。將大量的有機物沉積後轉移至固體廢物處理。
(2)、由於廢水中汞、鉻、砷有多種形態、而採用轉化法處理時Hg0無法轉化處理，一般是採用先將其氧化為二價後再進行轉化。對於我們所面臨的成分複雜、價態多樣的廢水若要先將其氧化會造成一些弊端。由於Hg極易與金屬結合而形成汞齊，利用這一特性使廢水中的汞(0)固定在金屬表面上，因此添加一個置換柱，採用了鋁粉作處理柱，無論廢水中的汞的形態是Hg0，Hg2+，還是有機形態的汞(如甲基汞等)，都可以經過置換柱除去。
在此置換柱中有部分Hg2+經鋁粉還原轉化為Hg0後進一步形成汞齊而分離。當鋁粉與汞離子接觸時，汞即離析而和鋁形成鋁汞齊附著於鋁粉表面，當金屬鋁失去活性時，可將整個金屬填料置於較高度的真空下加熱，即可再生，且汞也回收了。採用填料過濾法比投加鋁粉的效果好，這種處理方法可使各種含汞廢水達到排放標準。
(3)、根據溶度積原理，因為Hg、Cd、Pb、Cu、As、Cr等重金屬的溶度積常數遠遠小於FeS(FeS2)溶度積常數，使轉化反應的平衡趨勢正方向進行。
轉化法的化學原理可用以下方程表示
K＝ksp(FeS)/ksp(HgS)＝4×1034K＝ksp(FeS)/ksp(PbS)＝5×109K＝ksp(FeS)/ksp(CdS)＝4×1010除此以外，其他的重金屬高價離子在此也大部分轉變為較低價態，(如Cr、As等)因此，該處理柱又可稱為還原柱。由於增加了置換柱，使廢水流經轉化柱時，可以縮短停留時間，提高轉化率。
(4)、將上述處理過的廢水流經裝有過濾柱的裝置，過濾廢水中的沉積物，即可回用；(5)、將上述處理過的廢水再流經裝有吸附柱的裝置，廢水中的各種重金屬濃度再次下降，至ppb級以下，(Hg＜0.2ppb，Pb＜1ppb)即可直接排放。
下面結合附圖對本發明用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水裝置作進一步詳細描述如圖1所示，圖中置換柱、轉化柱、過濾柱、吸附柱結構相同，均分別設有加料口，內部均分別設有下隔離網、中間隔離網、和上隔離網。
多種形態重金屬廢水注入絮凝池內，採用聚合硫酸鐵為絮凝劑，將大量的有機物沉積後轉移至固體廢物處理，通過水泵(6)將絮凝後的廢水注入置換柱(1)，在置換柱(1)內，Hg0、Hg2+和有機形態的汞都能夠經轉化而除去，加料口(9)為更換和添加置換材料而設置，下隔離網(7)起隔離物料的作用，中間隔離網(8)使物料疏鬆，不致板結，更有利於置換反應的進行，上隔離網(10)主要緩解水壓和隔離物料的作用。經置換柱(1)處理後的廢水，經閥門(12)注入轉化柱(2)，廢水在轉化柱內將高價重金屬離子轉變為較低價態，然後鎘、汞、鉛、銅、鋅、砷、鉻等重金屬離子轉化為相應的金屬硫化物。經過轉化處理後，廢水流經混合過濾柱(3)將新生態的細小硫化物截留，可以回用。混合柱出水經過吸附柱(4)處理的廢水即可直接排放。
實施例廢水綜合處理結果
權利要求
1.一種用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，它包括下列步驟(1)、含有多種形態重金屬廢水流經絮凝池，用絮凝劑將大量的有機物沉積後轉移至固體廢物處理；(2)、將剩餘廢水流經裝有金屬置換柱的裝置，使Hg0、Hg2+、有機形態汞與金屬結合而形成汞齊，並固定在金屬置換柱的表面上，將Cr(VI)、As(V)等轉化為低價的Cr(III)、As(III)；(3)、將上述處理過的廢水流經裝有轉化柱的裝置，利用溶度積沉澱轉化原理，使廢水中的重金屬轉化為更難溶的硫化物；(4)、將上述處理過的廢水流經裝有過濾柱的裝置，過濾廢水中的沉積物，即可回用；(5)、將上述處理過的廢水再流經裝有吸附柱的裝置，廢水中的各種重金屬濃度再次下降，即可直接排放。
2.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，其特徵是所述絮凝劑為聚合硫酸鐵。
3.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，其特徵是所述金屬置換柱採用金屬鋁作處理柱。
4.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，其特徵是所述轉化柱採用FeS或FeS2作處理柱。
5.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，其特徵是所述吸附柱採用細砂和活性碳作處理柱。
6.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，其特徵是處理的廢水的pH值範圍為pH＝1～13。
7.一種用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水裝置，它包括絮凝池(16)、水泵(6)、水處理交換裝置，其特徵是水處理交換裝置包括置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)；所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)之間依次通過管道(11)相連。
8.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水裝置，其特徵是所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)、吸附柱(4)之間的管道(11)上設有置換柱閥門、轉化柱閥門、過濾柱閥門和吸附柱閥門。
9.根據權利要求1所述的用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水裝置，其特徵是所述置換柱(1)、轉化柱(2)、過濾柱(3)和吸附柱(4)上分別設有加料口(9)，其內分別設有下隔離網(7)、中間隔離網(8)和上隔離網(10)。
全文摘要
本發明公開了一種用多相轉移法處理多種形態重金屬廢水的方法，該方法採用置換、轉化等多相轉移的方法將游離態的重金屬汞、以及汞(II)、汞(I)、鉛(II)、鉻(III)、鉻(VI)、錳(II)、錳(IV)、鋅(II)、鎘(II)、砷(III)、砷(V)、銅(II)、銅(I)等重金屬治理後達到了國家排放標準，經過置換、轉化後進行絮凝、吸附等處理可將大量的水回用，達到了水利用的閉路循環，既解決了排放廢水的汙染問題又節約了大量的水資源；這種水治理工藝可以應用於重金屬形態複雜的廢水綜合治理工程。本發明還公開了實施該方法的裝置。
文檔編號C02F9/00GK1648066SQ200410073499
公開日2005年8月3日 申請日期2004年12月27日 優先權日2004年12月27日
發明者江元汝, 蘭新哲, 翟克勇, 李東亮, 陳斌, 陳民興, 何盈盈 申請人:西安建築科技大學