公布日：2023.05.26

申請日：2023.04.26

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/70(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N

摘要

本發(fā)明提供了一種基于零價鐵填充床系統(tǒng)的重金屬廢水處理方法。本發(fā)明的重金屬廢水處理方法，包括如下步驟：S1：對重金屬廢水進行pH調(diào)節(jié)、初沉、曝氣，得到預(yù)處理廢水；S2：將預(yù)處理廢水送入零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理，零價鐵填充床系統(tǒng)包括至少一級零價鐵填充床反應(yīng)器，零價鐵填充床反應(yīng)器設(shè)有填料層，填料層中填充有微米級零價鐵；S3：對零價鐵填充床系統(tǒng)出水進行堿沉、pH調(diào)節(jié)，形成處理出水。本發(fā)明的方法工藝流程簡單，藥劑消耗量少，處理成本低廉，對銅、鎳、鈷、錳、砷、鎘、鉻、鉛等多種重金屬均具有高效的去除效果，可用于礦山廢水、電廠脫硫廢水、電鍍廢水等實際廢水的處理，能夠?qū)崿F(xiàn)多種實際廢水的達標(biāo)排放。

權(quán)利要求書

1.一種基于零價鐵填充床系統(tǒng)的重金屬廢水處理方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：對重金屬廢水進行pH調(diào)節(jié)、初沉、曝氣，得到預(yù)處理廢水；S2：將預(yù)處理廢水送入零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理，零價鐵填充床系統(tǒng)包括至少一級零價鐵填充床反應(yīng)器，零價鐵填充床反應(yīng)器設(shè)有填料層，填料層中填充有微米級零價鐵；S3：對零價鐵填充床系統(tǒng)出水進行堿沉、pH調(diào)節(jié)，形成處理出水。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，步驟S1中，pH調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)重金屬廢水的pH至6-8；曝氣時間為1-2h。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，步驟S2中，零價鐵填充床反應(yīng)器包括殼體，在殼體內(nèi)部自上向下依次設(shè)置進水區(qū)、填料層和出水沉淀區(qū)，進水區(qū)、填料層和出水沉淀區(qū)之間的高度比為（1-5）：（2-3）：（1-6）。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，殼體的上部和下部分別為圓筒形和倒梯形，進水區(qū)和填料層設(shè)置在殼體上部，出水沉淀區(qū)設(shè)置在殼體下部，殼體上部直徑與填料層高度的比值為（2-5）：1，殼體下部底面直徑與填料層高度的比值為（1-3）：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，填料層包括填料和負載在填料中的微米級零價鐵；其中，填料選自海綿、多面空心球、立體空心填料、懸浮球、石英砂和椰殼炭中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，微米級零價鐵的粒徑為30-50μm，微米級零價鐵在填料中的負載量為5-10%。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，步驟S2中，在將預(yù)處理廢水送至零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理之前，先對零價鐵填充床反應(yīng)器進行活化；活化包括：向零價鐵填充床反應(yīng)器的填料層中加入NaNO3與FeSO4的混合溶液進行活化，活化時間為24-72h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，步驟S3中，堿沉包括：采用石灰水溶液將零價鐵填充床系統(tǒng)出水的pH調(diào)節(jié)至9-11。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，零價鐵填充床系統(tǒng)包括兩級以上零價鐵填充床反應(yīng)器，上一級零價鐵填充床反應(yīng)器的出水通過重力作用進入下一級零價鐵填充床反應(yīng)器進一步處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬廢水處理方法，其特征在于，重金屬廢水中含有銅、錳、砷、硒、鉛、鎘、汞、鉻和鎳中的多種離子。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于零價鐵填充床系統(tǒng)的重金屬廢水處理方法，其工藝流程簡單，藥劑消耗量少，對銅、鎳、鈷、錳、砷、鎘、鉻、鉛等多種重金屬均具有高效的去除效果。

本發(fā)明提供一種基于零價鐵填充床系統(tǒng)的重金屬廢水處理方法，包括如下步驟：S1：對重金屬廢水進行pH調(diào)節(jié)、初沉、曝氣，得到預(yù)處理廢水；S2：將預(yù)處理廢水送入零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理，零價鐵填充床系統(tǒng)包括至少一級零價鐵填充床反應(yīng)器，零價鐵填充床反應(yīng)器設(shè)有填料層，填料層中填充有微米級零價鐵；S3：對零價鐵填充床系統(tǒng)出水進行堿沉、pH調(diào)節(jié)，形成處理出水。

在本發(fā)明步驟S1中，pH調(diào)節(jié)為調(diào)節(jié)重金屬廢水的pH至6-8；曝氣時間為1-2h。研究表明：采用pH調(diào)節(jié)池、初沉池和曝氣池對實際的重金屬廢水依次進行pH調(diào)節(jié)、初沉、曝氣的預(yù)處理工藝，能夠有效提高后續(xù)零價鐵填充床反應(yīng)器對重金屬的處理效果，其原因可能在于：上述特定的預(yù)處理工藝將成分復(fù)雜的實際重金屬廢水中絡(luò)合態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為離子態(tài)重金屬，降低了廢水中固體懸浮物的濃度以及其它雜質(zhì)成分的干擾作用，避免了實際廢水中復(fù)雜成分帶來的不利影響，進而后續(xù)采用微米級零價鐵即可獲得良好的處理效果。

實際脫硫廢水中通常含有400-1200mg/L的氨氮，在不同的pH值條件下，基于氨與水分子相對揮發(fā)度的差異，通過曝氣將氨以分子氨的形式從水中分離（公式1），絡(luò)合態(tài)的重金屬解絡(luò)合，變?yōu)殡x子態(tài)重金屬（公式2），從而更容易被零價鐵填充床反應(yīng)器高效去除。

在本發(fā)明步驟S2中，零價鐵填充床反應(yīng)器包括殼體，在殼體內(nèi)部自上向下依次設(shè)置進水區(qū)、填料層和出水沉淀區(qū)，進水區(qū)、填料層和出水沉淀區(qū)之間的高度比為（1-5）：（2-3）：（1-6）。

具體地，殼體的上部和下部分別為圓筒形和倒梯形，進水區(qū)和填料層設(shè)置在殼體上部，出水沉淀區(qū)設(shè)置在殼體下部，殼體上部直徑與填料層高度的比值為（2-5）：1，殼體下部底面直徑與填料層高度的比值為（1-3）：1。

填料層包括填料和負載在填料中的微米級零價鐵；其中，填料選自海綿、多面空心球、立體空心填料、懸浮球、石英砂和椰殼炭中的至少一種，優(yōu)選為海綿、石英砂、椰殼炭、多面空心球或立體空心填料，進一步優(yōu)選為海綿、石英砂或椰殼炭。研究表明：海綿、石英砂、椰殼炭對實際廢水中的重金屬處理迅速且去除效果穩(wěn)定，處理效果最佳；其次多面空心球、立體空心填料的處理效果亦較佳。此外，微米級零價鐵的粒徑可以為30-50μm，微米級零價鐵在填料中的負載量可以為5-10%。

特別是，在將預(yù)處理廢水送至零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理之前，先對零價鐵填充床反應(yīng)器進行活化；活化包括：向零價鐵填充床反應(yīng)器的填料層中加入NaNO3與FeSO4的混合溶液進行活化，活化時間為24-72h，優(yōu)選為24h。更具體地，混合溶液中NaNO3的濃度為25-35mg/L，優(yōu)選為30mg/L；混合溶液中FeSO4的濃度為25-35mg/L，優(yōu)選為30mg/L；混合溶液的加入速率為10-15mL/h，優(yōu)選為12mL/h。

在本發(fā)明步驟S3中，堿沉包括：采用石灰水溶液將零價鐵填充床系統(tǒng)出水的pH調(diào)節(jié)至9-11。

本發(fā)明對零價鐵填充床反應(yīng)器的設(shè)置級數(shù)不作嚴(yán)格限制，可根據(jù)實際情況合理設(shè)置；具體地，零價鐵填充床系統(tǒng)可以包括兩級以上零價鐵填充床反應(yīng)器，上一級零價鐵填充床反應(yīng)器的出水通過重力作用進入下一級零價鐵填充床反應(yīng)器進一步處理。

本發(fā)明對重金屬廢水不作嚴(yán)格限制，重金屬廢水中可以含有銅、錳、砷、硒、鉛、鎘、汞、鉻和鎳中的多種離子，包括但不限于礦山廢水、電廠脫硫廢水、電鍍廢水等實際廢水，廢水中各重金屬的濃度為0-160mg/L；經(jīng)本發(fā)明的方法處理后，處理出水中的重金屬離子濃度均達到《中華人民共和國污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-1996）。

本發(fā)明的實施，至少具有以下優(yōu)勢：1、本發(fā)明的重金屬廢水處理方法工藝流程簡單，藥劑消耗量少，能耗低，處理成本低廉，對復(fù)雜實際廢水具有很好的處理效果，可高效去除水中多種重金屬，具有廣泛的應(yīng)用前景；2、本發(fā)明采用微米級零價鐵，相比于納米級零價鐵，減緩了團聚現(xiàn)象，阻止了鐵離子的快速溶出失活；并且通過NaNO3與FeSO4混合溶液的活化，動態(tài)生成了活性鐵組分，使得體系保持長期穩(wěn)定的處理重金屬性能；3、本發(fā)明采用特定的零價鐵填充床系統(tǒng)進行處理，在設(shè)置多級零價鐵填充床反應(yīng)器時，可以利用不同反應(yīng)器的高度差通過重力作用實現(xiàn)重金屬廢水的多級反應(yīng)，降低了能耗，提高了處理效果；相對于傳統(tǒng)的鐵鹽沉淀法，產(chǎn)生的固體廢渣量少，對水質(zhì)復(fù)雜、重金屬濃度高達150mg/L的實際廢水均可處理達標(biāo)；4、本發(fā)明采用pH調(diào)節(jié)池、初沉池和曝氣池作為零價鐵填充床系統(tǒng)的預(yù)處理工藝，可將絡(luò)合態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)化為離子態(tài)重金屬，降低廢水中固體懸浮物濃度，保證了零價鐵填充床裝置對重金屬的處理效果；同時，零價鐵填充床系統(tǒng)后采用堿沉池進行堿沉，進一步去除廢水中多余的鐵、錳等離子，采用微米級零價鐵即可實現(xiàn)與納米級零價鐵相當(dāng)甚至更佳的處理效果，保證處理出水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。

（發(fā)明人：劉海洋;梁秀廣;徐樂瑾;楊言;高煥冉;張國柱;荊亞超;高陽;李飛）