申請(qǐng)日2013.12.10

　　公開(公告)日2014.03.19

　　IPC分類號(hào)C02F1/48; C02F101/20; C02F1/72

　　摘要

　　一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法，屬于資源與環(huán)境領(lǐng)域。采用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水，比單獨(dú)采用吸附技術(shù)操作簡(jiǎn)單，處理效率高。結(jié)果表明，在最佳工藝參數(shù)條件下，采用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理效果好，在FeOOH投加量范圍為0.1-0.9g/ml，磁場(chǎng)梯度范圍為3-5T，靜置時(shí)間范圍為1-15分鐘，反應(yīng)槽直徑d/磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i不大于3的條件下即可從高濃度含砷廢水中使砷離子去除率達(dá)到77.12%以上。處理前無需預(yù)處理，不調(diào)節(jié)廢水pH值。在超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝條件下FeOOH的飽和吸附量為6.5-7.5mg/g，可根據(jù)廢水含砷離子濃度特點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法，其特征在于所 述方法為：向重金屬?gòu)U水中投加適量FeOOH后注入置放于高梯度磁場(chǎng)中的反 應(yīng)槽內(nèi)，靜置一段時(shí)間，處理前無需調(diào)節(jié)廢水pH值以及其他任何預(yù)處理， FeOOH材料加入量為0.1-0.9g/ml，磁場(chǎng)強(qiáng)度為3-5T。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水 的方法，其特征在于FeOOH材料投加量為0.2-0.4g/ml。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水 的方法，其特征在于磁場(chǎng)強(qiáng)度為4-4.5T。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬廢水 的方法，其特征在于在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為1-15min，優(yōu)選5-7分鐘。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種利用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重 金屬?gòu)U水的方法，其特征在于在超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝條件下FeOOH的飽和 吸附量為6.5-7.5mg/g。

　　6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一方法的裝置，其特征在于所用裝置包含反 應(yīng)槽、反應(yīng)槽進(jìn)水口、反應(yīng)槽出水口、圍繞在反應(yīng)槽外的超導(dǎo)高梯度磁場(chǎng)發(fā) 生器，其中磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i不大于70mm。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于反應(yīng)槽直徑d/磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁 距離i小于4。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置的使用步驟，其特征在于：

　　步驟一：對(duì)重金屬?gòu)U水不需作預(yù)處理，將FeOOH材料加入一定量的廢水中混 合均勻，調(diào)整合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度;

　　步驟二：將廢水注入置于磁場(chǎng)的反應(yīng)槽(3)中，待出水口(2)有水流出停 止注水，并關(guān)閉出水口(2);

　　步驟三：反應(yīng)槽中的廢水在磁場(chǎng)中靜置停留一段時(shí)間后，通過控制流量蠕動(dòng) 泵將廢水從反應(yīng)槽(3)中排出。

　　說明書

　　超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域：

　　本發(fā)明屬于資源與環(huán)境領(lǐng)域，涉及利用超導(dǎo)HGMS(High Gradient Magnetic Separation)技 術(shù)與FeOOH(羥基氧化鐵)的耦合工藝，可實(shí)現(xiàn)廢物處理及資源化利用。特別適合于酸性高濃 度含砷重金屬?gòu)U水的處理與回用。

　　背景技術(shù)：

　　重金屬?gòu)U水主要來源于電鍍、冷軋鋼及有色金屬冶煉廠等，廢水中含有的鉻(Cr)、砷(As)、 鎘(Cd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等重金屬離子具有難降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特點(diǎn)， 微量即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)，危害極大，對(duì)其進(jìn)行高效治理已迫在眉睫。

　　超導(dǎo)高梯度磁分離(HGMS)技術(shù)以其投資省、占地小、低能耗、低成本、高效率在資源、 環(huán)保領(lǐng)域顯示優(yōu)勢(shì)，處理速度是常規(guī)方法的5倍。但此技術(shù)對(duì)高濃度離子態(tài)物質(zhì)的分離與去除 效果不佳。超導(dǎo)技術(shù)的引入克服了HGMS方法僅靠聚磁介質(zhì)來提高磁場(chǎng)梯度，對(duì)弱磁及非磁 性物質(zhì)無能為力的缺陷。由于鋼鐵工業(yè)廢水中具有大量磁性微粒，可以直接采用HGMS去除， 簡(jiǎn)單方便。我國(guó)上海的第一、第五鋼鐵廠及寶鋼都采用了高梯度磁濾法處理軋鋼廢水。高梯 度磁過濾還可以用于發(fā)電廠及其它熱電廠的蒸汽冷卻循環(huán)水處理，從中去除細(xì)粒鐵磁性氧化 物(Fe304，λ-Fe203和α-Fe203)、鐵磁性或順磁性放射性金屬元素及化合物。去除重金屬離子 一直是高梯度磁分離處理工業(yè)廢水的研究重點(diǎn)。對(duì)于含Ni2+電鍍廢水，2002年孫水裕等分兩 步進(jìn)行了磁種凝聚/磷分離技術(shù)處理Ni2+電鍍廢水試驗(yàn),處理后廢水中Ni2+的去除率達(dá)到99%以 上，出水Ni2+為0.42mg/L;2012年李素芹、王俏等將超導(dǎo)-HGMS技術(shù)應(yīng)用于冶金除塵廢水處 理，SS去除率接近100%，通過絮凝強(qiáng)化作用可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)弱磁及無磁性污染物的脫除;分離 提取提釩殘?jiān)�和除塵灰中有價(jià)物質(zhì)，釩渣提取物中氧化鐵可達(dá)56%，V2O5達(dá)4%左右;除塵灰 提取物中Fe2O3可達(dá)56.29%、ZnO達(dá)18.61%。

　　FeOOH在重金屬?gòu)U水處理過程中主要利用其高級(jí)氧化作用。FeOOH能夠電離出·OH自 由基，其具有較高的氧化電極電位，同時(shí)具有電負(fù)性或親電性，能夠發(fā)生加成反應(yīng)。在水處 理中能夠達(dá)到快速高效的效果已有的研究中指出當(dāng)溶液pH值為3左右，羥基鐵交聯(lián)累托石的 用量為13.29g/L時(shí)，常溫振蕩吸附60min，cr6+的去除率可達(dá)到98%，殘留cr6+濃度可降至0.5mg/L 以下。但單獨(dú)使用時(shí)消耗大、運(yùn)行成本過高。研究表明四方纖鐵礦對(duì)cr(Ⅵ)的吸附容量?jī)H為 80mg/g。

　　針對(duì)以上優(yōu)缺點(diǎn)及重金屬?gòu)U水呈酸性高濃度砷含量的水質(zhì)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)廢水中重金屬離 子高效去除，發(fā)明一種耦合工藝方法，使之在藥品使用劑量小，反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備操作簡(jiǎn)單 環(huán)節(jié)下就能實(shí)現(xiàn)重金屬?gòu)U水的高效處理。

　　發(fā)明內(nèi)容：

　　本發(fā)明目的是為了提高含砷重金屬?gòu)U水的處理效果，特別是砷濃度大于1000mg/L的高濃 度含砷重金屬?gòu)U水。針對(duì)重金屬?gòu)U水水質(zhì)特點(diǎn)，發(fā)明一種超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝，使之 無需進(jìn)行預(yù)處理，簡(jiǎn)單操作條件下即可脫除大量重金屬離子。比單獨(dú)采用FeOOH技術(shù)操作簡(jiǎn) 單，處理效率高。通過多組正交試驗(yàn)，探討了FeOOH投加量、反應(yīng)時(shí)間和磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)重金屬 離子去除率的影響。

　　所述方法為：向重金屬?gòu)U水中投加適量FEOOH后注入置放于高梯度磁場(chǎng)中的反應(yīng)槽內(nèi)， 靜置一段時(shí)間即可從高濃度含砷廢水中脫除砷0.3-3810mg/L。處理前無需調(diào)節(jié)廢水pH值以及 其他任何預(yù)處理，F(xiàn)EOOH材料加入量為0.1-0.9g/ml，磁場(chǎng)強(qiáng)度為3-5T。

　　進(jìn)一步地，F(xiàn)EOOH材料投加量為0.2-0.4g/ml。

　　進(jìn)一步地，磁場(chǎng)強(qiáng)度為4-4.5T。

　　進(jìn)一步地，廢水在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為1-15min，進(jìn)一步優(yōu)選為5-7分鐘。

　　進(jìn)一步地，在超導(dǎo)HGMS-FEOOH耦合工藝條件下FEOOH的飽和吸附量為6.5-7.5mg/g (1gFeOOH吸附的砷離子量)。

　　上述方法所用的裝置，其特征在于所用裝置包含反應(yīng)槽、反應(yīng)槽進(jìn)水口、反應(yīng)槽出水口、 圍繞在反應(yīng)槽外的超導(dǎo)高梯度磁場(chǎng)發(fā)生器，其中磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i不大于70mm。

　　反應(yīng)槽直徑d/磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i小于4。

　　上述的裝置的使用步驟，其特征在于：

　　步驟一：對(duì)重金屬?gòu)U水不需作預(yù)處理，將FEOOH材料加入一定量的廢水中混合均勻，調(diào)整 合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度;步驟二：將廢水注入置于磁場(chǎng)的反應(yīng)槽(3)中，待出水口(2)有水流出停 止注水，并關(guān)閉出水口(2);步驟三：反應(yīng)槽中的廢水在磁場(chǎng)中靜置停留一段時(shí)間后，通過 控制流量蠕動(dòng)泵將廢水從反應(yīng)槽(3)中排出。

　　向重金屬?gòu)U水中投加適量FeOOH材料，放入磁場(chǎng)中靜置一段時(shí)間取出即可。在運(yùn)用超導(dǎo) HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水中，無需對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理，處理時(shí)間短，處理前無 需調(diào)節(jié)廢水pH值。結(jié)果表明，在最佳工藝參數(shù)條件下，采用超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處 理效果好。重金屬原水中砷離子濃度為4940.87mg/l，15分鐘內(nèi)即可從高濃度含砷廢水中砷離 子去除率達(dá)到77.12%以上。在超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝條件下FeOOH的飽和吸附量為 6.5-7.5mg/g(1gFeOOH吸附的砷離子量)，可根據(jù)廢水含砷離子濃度特點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)。