申請日2010.04.22
公開(公告)日2010.12.29
IPC分類號C02F9/06
摘要
本實用新型屬于廢水的多級處理系統(tǒng)，具體公開了一種含重金屬偏酸性廢水的處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)包括依次相連接的調(diào)節(jié)池、內(nèi)電解池、電化學(xué)反應(yīng)池、沉淀池和過濾池;內(nèi)電解池中設(shè)有反應(yīng)床，反應(yīng)床中充填有由陽離子表面活性劑改性的沸石、炭粉和鐵屑組成的濾料;電化學(xué)反應(yīng)池中裝設(shè)有電化學(xué)反應(yīng)器，電化學(xué)反應(yīng)器是以金屬鐵或金屬鋁為陽極;過濾池中裝設(shè)有表面膜過濾器。本實用新型的處理系統(tǒng)具有設(shè)備緊湊、占地面積小、設(shè)備自動化程度高、可控性好、投資成本小等優(yōu)點。
摘要附圖
權(quán)利要求書
1.一種含重金屬偏酸性廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于：所述處理系統(tǒng)包括依次相連接的調(diào)節(jié)池、內(nèi)電解池、電化學(xué)反應(yīng)池、沉淀池和過濾池;所述內(nèi)電解池中設(shè)有反應(yīng)床，所述反應(yīng)床中充填有由陽離子表面活性劑改性的沸石、炭粉和鐵屑組成的濾料;所述電化學(xué)反應(yīng)池中裝設(shè)有電化學(xué)反應(yīng)器，所述電化學(xué)反應(yīng)器是以金屬鐵或金屬鋁為陽極;所述過濾池中裝設(shè)有表面膜過濾器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其特征在于：所述沉淀池設(shè)有排泥口，該排泥口連通至一污泥濃縮池，所述污泥濃縮池和過濾池均另設(shè)有排污口，各排污口均連通至一壓濾機，所述壓濾機的濾液排出口連通至所述的調(diào)節(jié)池。
說明書
含重金屬偏酸性廢水的處理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
本實用新型涉及一種廢水的多級處理系統(tǒng)，尤其涉及一種含有電化學(xué)處理步驟的廢水多級處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)
重金屬一股是指比重大于4或5的金屬，約有45種，通常的重金屬污染，主要是指汞、鉛、鎘、鉻以及砷等生物毒性顯著的重金屬的環(huán)境污染，還包括具有一定毒性的重金屬(如鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等)的污染。重金屬污染物比較難治理，它們主要是通過采礦、冶煉、污灌、污泥、施肥、大氣沉降等流失到環(huán)境中，在水體中積累到一定的限度就會對水體——水生植物——水生動物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可能通過食物鏈最終影響到人類的自身健康。水體的重金屬污染已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。
有色金屬冶煉行業(yè)的重金屬污染環(huán)境問題是近年來國際國內(nèi)關(guān)注的環(huán)境熱點問題。金屬冶煉不僅產(chǎn)生廢渣，而且廢水與煙塵的危害性更直接、更迅猛。同時，有色金屬冶煉還是土壤重金屬污染的重要來源之一，因為大氣沉降對土壤中重金屬積累的貢獻(xiàn)率在各種外源輸入因子中排在首位。
電鍍加工給產(chǎn)品帶來裝飾性與功能性，對金屬而言是節(jié)約型工藝，隨著高科技發(fā)展的需要，電鍍加工越來越重要。加之世界制造業(yè)向我國轉(zhuǎn)移，我國周邊地區(qū)電鍍加工開始向沿海轉(zhuǎn)移。電鍍行業(yè)已成為我國國民經(jīng)濟(jì)一個不可缺少、不可替代并有上升發(fā)展趨勢的行業(yè)，但同時又是一個嚴(yán)重污染、耗水、耗能、耗金屬材料與化工材料的行業(yè)。電鍍行業(yè)廢水復(fù)雜多樣，廢水中既含有較高濃度的重金屬鉻、鎳、錫、鋅、銅，還含有氰化物等劇毒性物質(zhì)。目前電鍍廢水處理工藝復(fù)雜，處理成本較高，廢水回用率比較低，這都嚴(yán)重影響了水資源的利用。
隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，重金屬行業(yè)排污執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，工業(yè)廢水回用也是節(jié)約水資源的一項重大措施，但是目前重金屬廢水一股采用普通化學(xué)法處理，其工藝流程如圖1所示，處理后出水很難達(dá)到國家《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級標(biāo)準(zhǔn)。由于廢水中含有不同種類的重金屬離子，一股的化學(xué)法不能夠處理全部的重金屬離子。使用化學(xué)法處理的出水pH值偏高，尤其當(dāng)廢水中有Zn、Al、Pb、Sn等兩性金屬存在時，其生成的沉淀物可能會在較高的pH值下再溶解，因此要嚴(yán)格控制pH值，實行分段沉淀。對于有可能和重金屬形成絡(luò)合物，影響處理效果的陰離子(例如鹵素、氰根、腐殖質(zhì)等)，則需預(yù)先進(jìn)行去除�；瘜W(xué)法處理后出水如果用于工業(yè)回用水，則由于出水中含鈣量過高，硬度過大，容易使輸水管道堵塞，損壞處理設(shè)備，嚴(yán)重的將導(dǎo)致工藝事故。
實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)備緊湊、占地面積小、設(shè)備自動化程度高、可控性好、投資成本小的含重金屬偏酸性廢水的處理系統(tǒng)。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提出的技術(shù)方案為一種含重金屬偏酸性廢水的處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)包括依次相連接的調(diào)節(jié)池、內(nèi)電解池、電化學(xué)反應(yīng)池、沉淀池和過濾池;所述內(nèi)電解池中設(shè)有反應(yīng)床，所述反應(yīng)床中充填有由陽離子表面活性劑改性的沸石、炭粉和鐵屑組成的濾料;所述電化學(xué)反應(yīng)池中裝設(shè)有電化學(xué)反應(yīng)器，所述電化學(xué)反應(yīng)器是以金屬鐵或金屬鋁為陽極;所述過濾池中裝設(shè)有表面膜過濾器。
為了進(jìn)一步回收利用資源，優(yōu)選的，上述的處理系統(tǒng)中，所述沉淀池還設(shè)有排泥口，該排泥口連通至一污泥濃縮池，所述污泥濃縮池和過濾池均另設(shè)有排污口，各排污口均連通至一壓濾機，所述壓濾機的濾液排出口連通至所述的調(diào)節(jié)池。通過增設(shè)回收裝置以進(jìn)一步利用污泥、濾渣中的廢棄資源。
本實用新型提供的處理系統(tǒng)主要用于下述的含重金屬偏酸性廢水的處理方法中，該處理方法包括以下步驟：
(1)內(nèi)電解處理：將炭粉、鐵屑按1∶(1～10)的質(zhì)量比混合(所述鐵屑還可以是鐵粉或者鐵片、鐵球和其他鐵構(gòu)件的邊角廢料;所述炭粉可以是活性炭或焦炭等等)，再添加炭粉和鐵屑總重量0%～15%的經(jīng)陽離子表面活性劑改性的沸石，充分混合后置于內(nèi)電解池中，將經(jīng)過預(yù)處理后的廢水輸送到該內(nèi)電解池中，曝氣條件下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時間控制在10～30min;
(2)電化學(xué)處理：使內(nèi)電解處理后的出水直接進(jìn)入電化學(xué)反應(yīng)池，電化學(xué)反應(yīng)池中設(shè)置的極板的間距為0.6～1.4cm(電化學(xué)系統(tǒng)一股是以鐵、鋁等作為陽極板，以石墨等作為陰極板)，反應(yīng)時間控制在5s～5min;
(3)沉淀：使電化學(xué)處理后的出水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀;
(4)過濾：沉淀后的澄清液通過表面膜過濾器進(jìn)行固液分離，完成處理過程，處理完成后的出水可用于工業(yè)回用水，也可以直接排放。
上述的含重金屬偏酸性廢水的處理方法中，所述沉淀步驟后得到的污泥可進(jìn)入一污泥濃縮池中進(jìn)行濃縮處理以回收利用廢棄資源。所述污泥濃縮池濃縮處理后的污泥和所述過濾步驟后的濾渣均進(jìn)入一壓濾裝置進(jìn)行壓濾處理，壓濾處理后的濾液進(jìn)行循環(huán)處理以回收利用。
本實用新型的上述技術(shù)方案是根據(jù)含重金屬酸性廢水的特殊性質(zhì)提出來的，特別適合于有色冶煉及電鍍廢水的處理。本實用新型中所述的含重金屬偏酸性廢水可以是pH在0.1～8.5之間和/或重金屬污染物最大濃度在200mg/L以上(不超過1000mg/L)的廢水。
本實用新型上述技術(shù)方案的基本思路是將內(nèi)電解技術(shù)和電化學(xué)處理技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化結(jié)合，起到協(xié)同增效的處理效果。
具體來說，內(nèi)電解是利用鐵屑和炭粉分別作為微小原電池的正極和負(fù)極，以充入的廢水為電解質(zhì)溶液，形成原電池后發(fā)生氧化-還原反應(yīng)，其電解反應(yīng)的原理如下：
陽極(Fe)：Fe→Fe2++2e E0=-0.44V
陰極(C)：a)酸性條件下：2H++2e→2[H]→H2 E0(H+/H2)=0V
b)酸性充氧條件下：O2+4H++4e→2H2O E0(O2)=1.23V
c)中性條件下：O2+2H2O+4e→4OH- E0(O2/OH-)=0.40V
由陰極反應(yīng)可見，在酸性充氧條件下，兩者的電位差最大，腐蝕反應(yīng)進(jìn)行最快，這說明鐵在還原曝氣條件下處理化工有機廢水的效果優(yōu)于不曝氣條件下的處理效果，因此本實用新型的內(nèi)電解處理是在曝氣的條件下進(jìn)行。另外，由于陰極反應(yīng)消耗了大量的H+，因此會提高處理液的pH值。此外，在微電解的過程中還會發(fā)生下列反應(yīng)：
Fe2++O2+H+→Fe3++H2O
Fe2++H2O2→Fe3++OH+OH-
Fe2++OH→Fe3++OH-
由上述反應(yīng)式可見，在反應(yīng)過程中所生成的羥自由基OH氧化性極強，可以使有機物氧化。另外，由于內(nèi)電解形成電池的電極周圍存在電場效應(yīng)，這使得溶液中帶電粒子在電場作用下定向移動并進(jìn)行富集，最后沉積在電極上而被除去。內(nèi)電解反應(yīng)生成的新生態(tài)的Fe2+及它們的水合物還具有較強的吸附-絮凝活性，特別是在加堿調(diào)pH值后生成Fe(OH)2和Fe(OH)3膠體絮凝劑，具有很大的吸附絮凝能力。
由上可見，內(nèi)電解處理步驟去除污染物的主要機理包括：(1)鐵、鋁等低電位金屬溶解產(chǎn)生具有新生態(tài)活性的Fe和Al，從而起到吸附-凝聚作用，通過電凝聚而去除污染物;(2)Fe的還原作用，例如六價鉻與Fe2+作用還原為三價鉻，以及對其他部分有機物的還原等;(3)陰極上H+還原產(chǎn)生新生態(tài)H，能與廢水中許多組分發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使污染物降解或破壞發(fā)色物質(zhì)的發(fā)色結(jié)構(gòu)而脫色;(4)陰極的氧去極化過程出現(xiàn)有強氧化能力的中間產(chǎn)物，可去除水中有機污染物;(5)陰極直接還原作用，將高價金屬離子還原為低價金屬離子或金屬。一股而言，這些作用并非互相排斥，而是在不同條件下有不同的表現(xiàn)，而且往往是幾種作用協(xié)同增效、互為補充。
當(dāng)待處理廢水進(jìn)入內(nèi)電解池后，由于內(nèi)電解法處理廢水過程中會產(chǎn)生大量的Fe2+和Fe3+離子，水解生成的氫氧化合物膠體是很好的絮凝劑，能夠和廢水中的其他重金屬離子產(chǎn)生混凝作用，降低電化學(xué)處理時重金屬離子的濃度;同時原子池反應(yīng)使得部分重金屬離子由低價態(tài)氧化成高價態(tài)，并且能使廢水的pH值上升，避免另加入氫氧化鈣或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值，這些均有利于后續(xù)電化學(xué)處理步驟的實施，因此本實用新型上述技術(shù)方案在內(nèi)電解處理后增加一電化學(xué)處理步驟，內(nèi)電解池出水不需沉淀，便可直接進(jìn)入后續(xù)的電化學(xué)處理步驟。
電化學(xué)法是利用鋁或鐵陽極在電流作用下溶解生成鋁或鐵的氫氧化物的凝聚性來凝聚水中的膠體物質(zhì)從而使水獲得凈化的一種電化學(xué)方法。電化學(xué)是一個復(fù)雜的過程，在電場的作用下，金屬電極產(chǎn)生的陽離子在進(jìn)入水體時包括許多物理化學(xué)現(xiàn)象，從陽離子的產(chǎn)生到形成絮體大致分為以下三個連續(xù)的階段：
(1)在電場的作用下，陽極產(chǎn)生的離子形成“微絮凝劑”——鐵或鋁的氫氧化物;
(2)水中懸浮的顆粒、膠體污染物在“微絮凝劑”的作用下失去穩(wěn)定性;
(3)脫穩(wěn)后的污染物顆粒和“微絮凝劑”之間相互碰撞，結(jié)合成肉眼可見的大絮體。
電化學(xué)法中常用的電極材料為鋁或鐵，在陽極和陰極之間通以直流電，發(fā)生的電極反應(yīng)如下：
(1)鋁陽極條件下：a)Al-3e→Al3+
——在堿性條件下：Al3++3OH-→Al(OH)3
——在酸性條件下：Al3++3H2O→Al(OH)3+3H+
(2)鐵陽極條件下：b)Fe-2e→Fe2+
——在堿性條件下：Fe2++2OH-→Fe(OH)2
——在酸性條件下：4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH
另外，水的電解還有氧氣放出，2H2O-4e→O2+4H+;
在陰極：2H2O+2e→H2+2OH-。
針對上述兩種處理技術(shù)各自的特點和反應(yīng)原理，本實用新型的處理系統(tǒng)是采用內(nèi)電解結(jié)合電化學(xué)法來處理工業(yè)重金屬廢水，內(nèi)電解能夠有效去除廢水中的有機物，降低重金屬濃度，并且提高廢水的pH值，為電化學(xué)進(jìn)一步深度處理重金屬提供有利條件;而電化學(xué)技術(shù)產(chǎn)生的微絮凝劑對水中的無機物、有機物都具有非常好的絮凝效果，能深度處理廢水中的重金屬污染物，而且電化學(xué)法具有電氣浮作用，能產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的微小氣泡，能夠去除最小的膠體顆粒，電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的微絮凝劑在吸附重金屬后通過氣浮作用能更高效快速地去除。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型處理系統(tǒng)的優(yōu)點在于：
(1)適用范圍廣，工藝運行過程穩(wěn)定;
(2)經(jīng)過本實用新型處理系統(tǒng)處理后的出水pH值穩(wěn)定，有機污染物、重金屬污染物都能達(dá)標(biāo)排放，經(jīng)過沉淀后的出水可以達(dá)到國家《污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的一級排放標(biāo)準(zhǔn);用表面膜過濾器過濾后能夠達(dá)到國家《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)，可用作工業(yè)回用水，以解決出水硬度過高導(dǎo)致的管道堵塞等問題;
(3)省去了重金屬廢水在處理過程中投加化學(xué)藥劑和購置投藥設(shè)備的費用，減小了處理成本;
(4)本實用新型處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥量比傳統(tǒng)的加藥處理工藝裝置產(chǎn)生的污泥量少40%，大大降低了污泥的處置費用;
(5)本實用新型的處理系統(tǒng)不會使水中的SO42-、Cl-、NO3-、PO43-及C源等細(xì)菌和藻類生長必須的成分產(chǎn)生富集而使水體富營養(yǎng)化，不會產(chǎn)生二次污染，是環(huán)保的水處理技術(shù);
(6)本實用新型電化學(xué)處理陽極上產(chǎn)生的氧和氯可使有機物發(fā)生氧化而成為無害成分，并起到殺菌作用;陰極上發(fā)生的還原作用使氧化型色素還原而成為無色物質(zhì)。
綜上，本實用新型處理系統(tǒng)的優(yōu)點在于，本實用新型處理系統(tǒng)的設(shè)備緊湊，占地面積小，設(shè)備自動化程度高，可控性好，管理簡單，投資成本小。
