專利名稱：納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，涉及含重金屬廢水的凈化技術(shù)，具體為一種納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法及裝置。
背景技術(shù)：
金屬廢水是指礦冶、機(jī)械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含重金屬的廢水。重金屬廢水是對一環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一，其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān)，主要污染物包括鎘、鎳、汞、鋅、銅、鉻、鉛等，其含量也可由幾個(gè)甚至到上千毫克/升之間。隨著國內(nèi)工業(yè)的迅猛發(fā)展，大量含重金屬的工業(yè)污水排入水體，據(jù)相 關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，2009年國內(nèi)黑色金屬礦冶業(yè)排放重金屬污水14. I億噸，有色金屬礦冶業(yè)污水6. 6億噸，電子機(jī)械業(yè)排放污水10. 7億噸，電鍍業(yè)排放電鍍廢水40億噸。而從2009年開始，接二連三的爆發(fā)重金屬污染事件，無不敲響了警鐘，重金屬廢水污染的控制是我們當(dāng)前必須要面對的問題。一般而言，工業(yè)廢水中的重金屬是各種常用方法不能分解破壞的，而只能轉(zhuǎn)移它們的存在位置和轉(zhuǎn)變它們的物理和化學(xué)形態(tài)。如不經(jīng)處理，含重金屬廢水大量排入湖泊、海洋，或進(jìn)入土壤環(huán)境中，會(huì)被生物富集并通過食物鏈最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康。另夕卜，重金屬元素毒性很大，一般只需極微量就可導(dǎo)致生物致病。因此，重金屬的大量排放不僅污染環(huán)境、危害人民群眾的生命健康，更是對寶貴的重金屬資源的一種浪費(fèi)。由于此種特性，目前的重金屬廢水經(jīng)處理后形成兩種產(chǎn)物，一是基本上脫除了重金屬的處理水，一是重金屬的濃縮產(chǎn)物。一般濃縮產(chǎn)物中的重金屬大都有使用價(jià)值，應(yīng)盡量回收利用；沒有回收價(jià)值的，要加以無害化處理。常見的含重金屬工業(yè)廢水處理方法主要有生化法、化學(xué)沉淀法、電解法、離子交換法以及膜分離法等。生化法投資和運(yùn)行成本低，處理效果好，但污泥量大，且處理效果受溫度和廢水中氰化物等影響，不夠穩(wěn)定；化學(xué)沉淀法產(chǎn)生大量污泥，會(huì)對環(huán)境造成二次污染；電解法處理效果不夠理想；離子交換法以及膜分離法等成本和能耗高、設(shè)備復(fù)雜、操作時(shí)間長且選擇性低。因此，如何設(shè)計(jì)一種更經(jīng)濟(jì)且其濃縮產(chǎn)物更易于回收或無害化處理的含重金屬廢水處理方法是目前迫于解決的問題。以新材料為龍頭的新技術(shù)的迅速發(fā)展為含重金屬廢水中重金屬的有效去除提供了新的手段和方法。零價(jià)鐵獨(dú)特的還原能力及表面化學(xué)使其能高效去除水體中的重金屬。早在1999年,Moller等的研究結(jié)果表明,用微米級(jí)零價(jià)鐵去除酸性巖排水中的鎘離子、銅離子等均有良好去除效果。納米零價(jià)鐵是第一代用于環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的納米材料，其獨(dú)特的還原能力及表面化學(xué)使其能應(yīng)用于重金屬高效去除。研究表明，采用納米零價(jià)鐵去除重金屬反應(yīng)速率遠(yuǎn)高于普通零價(jià)鐵材料。Mallouk等以聚合樹脂為載體負(fù)載直徑10 30 nm的納米零價(jià)鐵材去除水中Cr (VI)和Pb (II)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cr (VI)還原成Cr(III)，Pb(II)還原成Pb(O)。盡管該材料中鐵含量僅為22. 6%，但是反應(yīng)速率是普通鐵材料的30倍，兩個(gè)月以后去除能力仍然是普通鐵粉的21倍。2008年，Xiao-qin Li等研究表明在pH=4 8時(shí)納米零價(jià)鐵對Cr的去除能力為180 50mgCr/g納米零價(jià)鐵,而相同條件下微米鐵(100目)的Cr的去除能力則小于4mgCr/g Fe。5g/L的納米零價(jià)鐵劑量處理 1000 mg/L Ni 溶液，去除率為 65%，去除能力為 O. 13 g Ni/g Fe (4. 43 mequiv Ni(II)/g)，遠(yuǎn)大于高嶺石等其它無機(jī)吸附材料。綜上所述，納米零價(jià)鐵不但擁有極高的處理效果，還擁有極好的富集能力，且產(chǎn)物都是以金屬單質(zhì)或金屬氫氧化物存在，非常利于回收利用，另外，納米零價(jià)鐵價(jià)格便宜，材料綠色無二次污染，且用其處理含重金屬廢水還是一種新的方法。因此，納米零價(jià)鐵技術(shù)處理含重金屬工業(yè)廢水具有較大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對含重金屬工業(yè)廢水現(xiàn)有的處理技術(shù)和手段存在的不足，提供一種納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法及裝置，不但可以去除污水中的重金屬，減少對受納水體的污染，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對重金屬元素的富集，便于之后的·回收或無害化。本發(fā)明提出的納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法，具體步驟如下
對含重金屬廢水進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的廢水按O. 0Γ0. 5L/S的流速通入多級(jí)反應(yīng)器，依次通過每級(jí)反應(yīng)器的布水器、密實(shí)反應(yīng)區(qū)、混合反應(yīng)區(qū)和澄清區(qū)，當(dāng)廢水通過布水器后，廢水在隔板截面上均勻分布，位于密實(shí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的過量納米零價(jià)鐵吸附大部分重金屬離子，在混合反應(yīng)區(qū)主要發(fā)生充分混合反應(yīng)，利用懸浮納米零價(jià)鐵進(jìn)一步有效去除剩余重金屬離子，澄清區(qū)實(shí)現(xiàn)納米零價(jià)鐵和廢水的固液分離；根據(jù)含重金屬離子濃度不同的廢水，每級(jí)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為10-30 min，各級(jí)反應(yīng)器通過吸附或還原、以及絡(luò)合和共沉淀作用一次性去除工業(yè)廢水中重金屬，去除的重金屬則主要聚集在反應(yīng)器密實(shí)區(qū)的納米零價(jià)鐵顆粒上,待反應(yīng)器內(nèi)納米零價(jià)鐵反應(yīng)飽和后,打開底部閘門，回收已反應(yīng)納米零價(jià)鐵并注入新鮮納米零價(jià)鐵，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的去除和富集，并可繼續(xù)處理廢水。本發(fā)明中，所述廢水為含鋅廢水、含銅廢水、含鎳廢水、含鎘廢水或含鉛廢水中一至多種。本發(fā)明中，廢水的預(yù)處理是指過濾、沉淀去除工業(yè)廢水中懸浮雜質(zhì)，使工業(yè)廢水溶液澄清，降低干擾物質(zhì)對后續(xù)納米零價(jià)鐵活性的影響。本發(fā)明中，所述納米零價(jià)鐵固含量為20 80 g/L，待反應(yīng)飽和時(shí)，納米零價(jià)鐵的平均負(fù)荷量為O. 5 10 g/L。本發(fā)明中，所述納米零價(jià)鐵平均粒徑為30 70 nm,比表面積達(dá)20 40 m2/g,獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)具有吸附和還原的雙重功能。本發(fā)明中，所述廢水中重金屬是指鋅、銅、鎳、汞、鈷、鎘或鉛中至少一種。本發(fā)明中，所述廢水的重金屬離子濃度在500mg/L以下。本發(fā)明中提出的納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法所使用的裝置，所述裝置包括二至三級(jí)反應(yīng)器，每級(jí)反應(yīng)器均為密閉圓柱體結(jié)構(gòu)，自下而上包括布水器3、密實(shí)反應(yīng)區(qū)4、混合反應(yīng)區(qū)6和澄清區(qū)7，每級(jí)反應(yīng)器底部設(shè)有進(jìn)水口 2，頂部設(shè)有出水口 9，布水器內(nèi)均勻分布有布水口 14和布水支管16，密實(shí)反應(yīng)區(qū)4上部一側(cè)設(shè)有納米零價(jià)鐵進(jìn)口 5，下部另一側(cè)設(shè)有納米零價(jià)鐵出口 10，密實(shí)反應(yīng)區(qū)4內(nèi)設(shè)有隔板15，以分隔填充的納米零價(jià)鐵；混合反應(yīng)區(qū)的底部一側(cè)設(shè)有沖洗水進(jìn)口 11，澄清區(qū)7上部一側(cè)設(shè)有沖洗水出口 8，用于清洗 時(shí)進(jìn)、出水；第一級(jí)反應(yīng)器的出水口通過管道連接第二級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)水口，依次類推至第三級(jí)反應(yīng)器，第一級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)水口為廢水入口，最后一級(jí)反應(yīng)器的出水口為處理后廢水的出口。本發(fā)明中，所述每級(jí)反應(yīng)器的截面直徑和高之比為1: 6 1:10，密實(shí)反應(yīng)區(qū)截面直徑和高之比為1:2 1:4。本發(fā)明中，系統(tǒng)所使用的密閉反應(yīng)器級(jí)數(shù)視具體情況而定。本發(fā)明以納米零價(jià)鐵為核心處理單元，將預(yù)處理過后的含重金屬工業(yè)廢水與納米零價(jià)鐵混合，通過密閉反濾式反應(yīng)器充分處理。本發(fā)明中，對標(biāo)準(zhǔn)電極電位遠(yuǎn)高于鐵的金屬如Cu(II, +0. 34 V) > Ag (I, +0.80V),納米零價(jià)鐵主要以還原方式去除；對于標(biāo)準(zhǔn)電極電位和鐵接近或遠(yuǎn)低于鐵的金屬如Cd(II, -0.40V)、Zn(II，-0.76 V)，納米零價(jià)鐵對這些目標(biāo)金屬主要是通過吸附和表面絡(luò)合的方式去除；對于標(biāo)準(zhǔn)電極電位略高于鐵的金屬，如Ni (II，-O. 24V)、Pb (II，-O. 13V)，納米零價(jià)鐵采用吸附和還原雙重機(jī)理進(jìn)行去除。對Etl(M)彡Etl(Fe)的情況(M表示Zn2+、Cd2+、Cr20廣等)，納米零價(jià)鐵通過吸附的方式對重金屬進(jìn)行聚集；對E°(M)接近或稍大于Etl(Fe)的情況(M表示Ni2+、Pb2+等)，納米零價(jià)鐵通過吸附或還原的方式對重金屬進(jìn)行分離^Etl(Fe)彡Etl(M)的情況(M表示Ag+、Cu2+、Hg2+等)，納米零價(jià)鐵主要是通過還原反應(yīng)對重金屬進(jìn)行去除。以Cr2072_為例，納米零價(jià)鐵的核心結(jié)構(gòu)Fe°將Cr (VI)還原成Cr (III)后，外面包覆的FeOOH殼吸附生成的Cr (III)形成合金氫氧化物(Cra67Fea33) (OH)3鈍化層，同時(shí)以Pb2-為例，反應(yīng)式描述如下
3Fe0+ Cr2O72- +7H20 = 3Fe2++2Cr (OH) 3+ 80H_
=FeOH+ Cr2O72 * Fe- Cr2O7 +OH
2Fe°(s) +3Pb (C2H3O2) 2+4H20 — 3Pb°(s) +2Fe00H(s) +4HC2H302 +2H.
通過還原和吸附的方式最終將混合液中的重金屬去除。本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明利用納米零價(jià)鐵技術(shù)，采用納米零價(jià)鐵吸附和還原的特性，用納米零價(jià)鐵將重金屬從工業(yè)廢水中富集去除。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，并且能耗低、成本低。


圖I為納米零價(jià)鐵模型結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)圖示。圖3為本發(fā)明布水器以及密實(shí)反應(yīng)區(qū)的橫截面圖。期中A-A為布水器的橫截面圖，B-B為密實(shí)反應(yīng)區(qū)的橫截面圖。圖4為本發(fā)明布水器以及密實(shí)反應(yīng)區(qū)的示意圖。圖5為本發(fā)明密實(shí)反應(yīng)區(qū)的示意圖。圖6為實(shí)施例I去除效果圖。圖中標(biāo)號(hào)1為納米零價(jià)鐵，2為進(jìn)水口，3為布水器，4為密實(shí)反應(yīng)區(qū)，5為納米零價(jià)鐵入口，6為混合反應(yīng)區(qū)，7為澄清區(qū)，8為沖洗水出口，9為出水口，10為納米零價(jià)鐵出口，11為沖洗水入口，12為第二級(jí)反應(yīng)器,13為第三級(jí)反應(yīng)器,14為布水口，15為隔板,16為布水支管，17為第一級(jí)反應(yīng)器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例I :
本發(fā)明采用的納米零價(jià)鐵為FeCl3溶液和NaBH4溶液混合發(fā)生氧化還原反應(yīng)制得，粒徑范圍I 100 nm,平均粒徑30 70 nm,比表面積為20 40 m2/g,如圖I納米零價(jià)鐵的結(jié)構(gòu)模型圖，典型的核殼雙重結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為密實(shí)的零價(jià)鐵，起還原作用；外圈包覆一層薄薄的氧化鐵(或FeOOH)，起吸附作用。合成待用的納米零價(jià)鐵加入乙醇、異丙醇等有機(jī)試劑使成流體狀進(jìn)入密閉反應(yīng)器的密實(shí)反應(yīng)區(qū)，該濕納米零價(jià)鐵固含量在20 80 g/L之間，納米零價(jià)鐵須保存在無氧環(huán)境下。 一種納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除中低濃度含重金屬廢水的方法及其裝置，納米零價(jià)鐵為主要功能單元的納米材料學(xué)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用，平均每克納米零價(jià)鐵可以處理的廢水量為O. I 2 L，重金屬濃度在500mg/L以下，接觸時(shí)間為1(T30 min，使密閉反應(yīng)器使其充分接觸反應(yīng)，發(fā)揮納米零價(jià)鐵的吸附和還原功能，實(shí)現(xiàn)重金屬的有效聚集，達(dá)到處理效果。如圖2至圖5所示，本發(fā)明提供圓柱形的第二級(jí)反應(yīng)器12和第三級(jí)反應(yīng)器13，經(jīng)過預(yù)處理的工業(yè)廢水通過第一級(jí)反應(yīng)器17的布水器3從下依次進(jìn)入密實(shí)反應(yīng)區(qū)4，混合反應(yīng)區(qū)6、澄清區(qū)7、然后進(jìn)入第二級(jí)反應(yīng)器12。通過第二級(jí)反應(yīng)器12的布水器3后，廢水在截面上均勻分布，并進(jìn)入由隔板15分離的密實(shí)反應(yīng)區(qū)4，在密實(shí)反應(yīng)區(qū)4內(nèi)，納米零價(jià)鐵填充緊密，主要發(fā)生納米零價(jià)鐵大大過量時(shí)的迅速吸附反應(yīng)吸附大部分重金屬離子，之后進(jìn)入混合反應(yīng)區(qū)6主要發(fā)生充分混合反應(yīng)，最后在澄清區(qū)7實(shí)現(xiàn)納米零價(jià)鐵和廢水的固液分離。根據(jù)含重金屬離子濃度不同的廢水，單級(jí)反應(yīng)器的停留時(shí)間在10-30min之間，反應(yīng)器級(jí)數(shù)可為2-3級(jí)。在經(jīng)過一段時(shí)間的處理后，納米零價(jià)鐵吸附量已達(dá)飽和，可打開納米零價(jià)鐵進(jìn)口 5和納米零價(jià)鐵出口 10，更換新鮮納米零價(jià)鐵并實(shí)現(xiàn)處理的繼續(xù)?；厥盏募{米零價(jià)鐵已富集大量重金屬元素，便于下一步資源化和無害化處理。取某電鍍廠電鍍車間出口處電鍍廢水原液，首先對電鍍廢水原液進(jìn)行預(yù)處理力口入一定量PAM絮凝劑，先快速攪拌I 2 min使加入的絮凝劑在溶液中混合均勻，然后降低攪拌速度，緩緩攪拌電鍍廢水30 60 min，使電鍍廢水原液中的懸浮雜質(zhì)凝結(jié)成絮，絮凝完成后停止攪拌，將電鍍廢水靜置沉淀I 3 h，待沉淀完成后用濾紙過濾，濾后獲得澄清的電鍍廢水。預(yù)處理后的電鍍廢水含ZnSO4 400 500 mg/L, pH在2 5之間。本實(shí)施例所用納米零價(jià)鐵由O. 045 mol/LFeCl3溶液和O. 25 mo I/LNaBH4等體積混合反應(yīng)制備，制得的納米零價(jià)鐵乙醇溶液固含量為40-50 g/L，保存在N2氛圍下。本實(shí)施例反應(yīng)裝置主體為圓柱形的密閉反應(yīng)器，采用有機(jī)玻璃制成，多級(jí)反濾系統(tǒng)包含2級(jí)密閉反應(yīng)器，其中每級(jí)反應(yīng)器截面直徑和高之比為1:6，密實(shí)反應(yīng)區(qū)截面直徑和高之比為1:4,每級(jí)接觸時(shí)間為10 min。反應(yīng)開始前先由納米零價(jià)鐵入口 5注入已制備的高濃度納米零價(jià)鐵流體1(T20 g (凈含量)，將原電鍍廢水稀釋至含ZnSO4 50 100 mg/L,調(diào)節(jié)pH至5 7。電鍍廢水從反應(yīng)裝置底部廢水入口 2，進(jìn)入每級(jí)反應(yīng)器，最終通過第二級(jí)反應(yīng)器出水口得到澄清出水。其中單次反應(yīng)處理廢水1(T100 Lo不同時(shí)間點(diǎn)取得的處理后電鍍廢水出水經(jīng)常規(guī)消解后直接進(jìn)行ICP測試，根據(jù)添加納米零價(jià)鐵前后電鍍廢水中重金屬的濃度，計(jì)算Zn的平均去除率接近100%。實(shí)施例2 取某銅礦廠廢水出水原液，首先對銅礦廢水原液進(jìn)行預(yù)處理加入一定量PAM絮凝劑，先快速攪拌I 2 min使加入的絮凝劑在溶液中混合均勻，然后降低攪拌速度，緩緩攪拌礦業(yè)廢水30 60 min，使銅礦廢水原液中的懸浮雜質(zhì)凝結(jié)成絮，絮凝完成后停止攪拌，將電鍍廢水靜置沉淀I 3 h，待沉淀完成后用濾紙過濾，濾后獲得澄清的電鍍廢水。預(yù)處理后的礦業(yè)廢水含 Cu2+ 200 800 mg/L，Ni2+5(Tl00 mg/L，Zn2+10 30 mg/L，pH 在 7 8. 5 之間。本實(shí)施例所用納米零價(jià)鐵由O. 050 mol/LFeCl3溶液和O. 25 mol/LNaBH4等體積混合反應(yīng)制備，制得的納米零價(jià)鐵異丙醇溶液固含量為20-30 g/L，保存在隊(duì)氛圍下。本實(shí)施例反應(yīng)裝置主體為圓柱形的密閉反應(yīng)器，采用有機(jī)玻璃制成，多級(jí)反濾系統(tǒng)包含3級(jí)密閉反應(yīng)器，其中每級(jí)反應(yīng)器截面直徑和高之比為1:6，密實(shí)反應(yīng)區(qū)截面直徑和高之比為1:4,每級(jí)反應(yīng)器接觸時(shí)間為10 min。反應(yīng)開始前先由納米零價(jià)鐵入口 5注入已制備的高濃度納米零價(jià)鐵流體1(T20 g (凈含量)，將原銅礦廢水稀釋至含Cu2+50 200 mg/L，Ni2+l(T25 mg/L，Zn2+2 5 mg/L，調(diào)節(jié)pH至5 7。銅礦廢水從反應(yīng)裝置底部廢水入口 2，進(jìn)入每級(jí)反應(yīng)器，最后通過第三級(jí)反應(yīng)器得到澄清出水。其中單次反應(yīng)處理廢水1(T100 L0不同時(shí)間點(diǎn)取得的處理后電鍍廢水出水經(jīng)常規(guī)消解后直接進(jìn)行ICP測試，根據(jù)添加納米零價(jià)鐵前后電鍍廢水中重金屬的濃度，計(jì)算Cu平均去除率保持95%以上，Ni、Zn的平均去除率接近100%。實(shí)施例3
取某電鍍廠電鍍車間出口處電鍍廢水原液，首先對電鍍廢水原液進(jìn)行預(yù)處理加入一定量PAM絮凝劑，先快速攪拌I 2min使加入的絮凝劑在溶液中混合均勻，然后降低攪拌速度，緩緩攪拌電鍍廢水30 60min，使電鍍廢水原液中的懸浮雜質(zhì)凝結(jié)成絮，絮凝完成后停止攪拌，將電鍍廢水靜置沉淀I 3h，待沉淀完成后用濾紙過濾，濾后獲得澄清的電鍍廢水。預(yù)處理后的電鍍廢水含Pb、Ni 300 800mg/L，pH在6 8之間。本實(shí)施例所用納米零價(jià)鐵由0.050mol/L FeCl3溶液和O. 25 mo I/L NaBH4等體積混合反應(yīng)制備，制得的納米零價(jià)鐵異丙醇溶液固含量為50-80 g/L，保存在N2氛圍下。本實(shí)施例反應(yīng)裝置主體為圓柱形的密閉反應(yīng)器，采用有機(jī)玻璃制成，多級(jí)反濾系統(tǒng)包含3級(jí)密閉反應(yīng)器，其中每級(jí)反應(yīng)器截面直徑和高之比為1:6，密實(shí)反應(yīng)區(qū)截面直徑和高之比為1:4,每級(jí)接觸時(shí)間為30 min。反應(yīng)開始前先由納米零價(jià)鐵入口 5注入已制備的高濃度納米零價(jià)鐵流體2(T40 g (凈含量)，將原電鍍廢水稀釋至含Pb、Ni 100 mg/L，pH保持不變。電鍍廢水從反應(yīng)裝置底部廢水入口 2，進(jìn)入每級(jí)反應(yīng)器，最終通過第三級(jí)反應(yīng)器出水口得到澄清出水。其中單次反應(yīng)處理廢水1(T100 L0處理后的電鍍廢水出水經(jīng)常規(guī)消解加入硝酸酸化后進(jìn)行ICP測試，測定兩種重金屬含量。根據(jù)添加nZVI前后電鍍廢水中重金屬的濃度，計(jì)算Pb的去除率達(dá)80% 90%，Ni的去除率達(dá)90% 95%。
權(quán)利要求
1.納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法，其特征在于具體步驟如下 對含重金屬廢水進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理后的廢水按0. oro. 5L/S的流速通入多級(jí)反應(yīng)器，依次通過每級(jí)反應(yīng)器的布水器、密實(shí)反應(yīng)區(qū)、混合反應(yīng)區(qū)和澄清區(qū)，當(dāng)廢水通過布水器后，廢水在隔板截面上均勻分布，位于密實(shí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的過量納米零價(jià)鐵吸附大部分重金屬離子，在混合反應(yīng)區(qū)主要發(fā)生充分混合反應(yīng)，利用懸浮納米零價(jià)鐵進(jìn)一步有效去除剩余重金屬離子，澄清區(qū)實(shí)現(xiàn)納米零價(jià)鐵和廢水的固液分離；根據(jù)含重金屬離子濃度不同的廢水，每級(jí)反應(yīng)器的水力停留時(shí)間為10-30 min，各級(jí)反應(yīng)器通過吸附或還原、以及絡(luò)合和共沉淀作用一次性去除工業(yè)廢水中重金屬，去除的重金屬則主要聚集在反應(yīng)器密實(shí)區(qū)的納米零價(jià)鐵顆粒上,待反應(yīng)器內(nèi)納米零價(jià)鐵反應(yīng)飽和后,打開底部閘門，回收已反應(yīng)納米零價(jià)鐵并注入新鮮納米零價(jià)鐵，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的去除和富集，并可繼續(xù)處理廢水。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于廢水的預(yù)處理是指過濾、沉淀去除工業(yè)廢水中懸浮雜質(zhì)，使工業(yè)廢水溶液澄清，降低干擾物質(zhì)對后續(xù)納米零價(jià)鐵活性的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述納米零價(jià)鐵固含量為20 80g/L，待反應(yīng)飽和時(shí)，納米零價(jià)鐵的平均負(fù)荷量為0. 5 10 g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述納米零價(jià)鐵平均粒徑為30 70nm,比表面積達(dá)20 40 m2/g，獨(dú)特的核殼結(jié)構(gòu)具有吸附和還原的雙重功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述廢水中重金屬是指鋅、銅、鎳、汞、鈷、鎘或鉛中至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述廢水的重金屬離子濃度在500mg/L以下。
7.—種如權(quán)利要求I所述的納米零價(jià)鐵-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法所使用的裝置，其特征在于所述裝置包括二至三級(jí)反應(yīng)器，每級(jí)反應(yīng)器均為密閉圓柱體結(jié)構(gòu)，自下而上包括布水器(3)、密實(shí)反應(yīng)區(qū)(4)、混合反應(yīng)區(qū)(6)和澄清區(qū)(7)，每級(jí)反應(yīng)器底部設(shè)有進(jìn)水口 2，頂部設(shè)有出水口(9)，布水器內(nèi)均勻分布有布水口(14)和布水支管(16)，密實(shí)反應(yīng)區(qū)(4)上部一側(cè)設(shè)有納米零價(jià)鐵進(jìn)口(5)，下部另一側(cè)設(shè)有納米零價(jià)鐵出口(10)，密實(shí)反應(yīng)區(qū)(4)內(nèi)設(shè)有隔板I (5)，以分隔填充的納米零價(jià)鐵；混合反應(yīng)區(qū)的底部一側(cè)設(shè)有沖洗水進(jìn)口(11)，澄清區(qū)(7)上部一側(cè)設(shè)有沖洗水出口(8)，用于清洗時(shí)進(jìn)、出水；第一級(jí)反應(yīng)器的出水口通過管道連接第二級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)水口，依次類推至第三級(jí)反應(yīng)器，第一級(jí)反應(yīng)器的進(jìn)水口為廢水入口，最后一級(jí)反應(yīng)器的出水口為處理后廢水的出口。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于所述每級(jí)反應(yīng)器的截面直徑和高之比為1:6^1:10，密實(shí)反應(yīng)區(qū)截面直徑和高之比為1:2 1:4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種-多級(jí)反濾式系統(tǒng)去除工業(yè)廢水中重金屬的方法及裝置，本發(fā)明提供一種單元化可多級(jí)串聯(lián)的密閉反應(yīng)器。每級(jí)反應(yīng)器采用反濾式設(shè)計(jì)，由自下而上分別分為澄清區(qū)、混合反應(yīng)區(qū)和密實(shí)反應(yīng)區(qū)，底部安裝布水器，將預(yù)處理后含有重金屬的污水按一定水力條件進(jìn)入密實(shí)反應(yīng)區(qū)混合，并自下而上分別通過各區(qū)。納米零價(jià)鐵通過吸附還原作用及共沉淀等輔助作用能一次性去除污水中Zn、Cu、Pb、Cd和Ni等各種重金屬，去除的重金屬則附著在納米零價(jià)鐵粒子上，待某個(gè)反應(yīng)單元反應(yīng)飽和后，可將該單元中的nZVI回收并更換新鮮的納米零價(jià)鐵。本發(fā)明操作簡單、效果顯著，可一次性去除中低濃度含重金屬污水中多種金屬，且出水穩(wěn)定，易于維護(hù)。本方法處理成本低，去除效率高，無二次污染等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F9/04GK102951749SQ20121044787
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者張亞雷, 張偉賢, 周傳龍, 代朝猛 申請人:同濟(jì)大學(xué)