超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法
【專利摘要】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(wú)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)。
【專利說明】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】:
[0001]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 MagneticSeparation)技術(shù)與FeOOH(羥基氧化鐵)的稱合工藝,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)】:
[0002]重金屬?gòu)U水主要來(lái)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。
[0003]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(lái)提高磁場(chǎng)梯度,對(duì)弱磁及非磁性物質(zhì)無(wú)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(Fe3O4, X-Fe2O3和a-Fe2O3)、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(wú)磁性污染物的脫除;分離提取提釩殘?jiān)统龎m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Fe203可達(dá)56.29%、ZnO達(dá)18.61%。
[0004]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.0H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。
[0005]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】
:
[0006]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(wú)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。
[0007]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(wú)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。
[0008]進(jìn)一步地,F(xiàn)EOOH材料投加量為0.2-0.4g/ml。
[0009]進(jìn)一步地,磁場(chǎng)強(qiáng)度為4-4.5T。
[0010]進(jìn)一步地,廢水在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為l_15min,進(jìn)一步優(yōu)選為5_7分鐘。
[0011]進(jìn)一步地 ,在超導(dǎo)HGMS-FE00H耦合工藝條件下FEOOH的飽和吸附量為6.5-7.5mg/g (IgFeOOH吸附的砷離子量)。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]上述的裝置的使用步驟,其特征在于:
[0015]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。
[0016]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(wú)需對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理,處理時(shí)間短,處理前無(wú)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 (IgFeOOH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)。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0017]圖1磁場(chǎng)中的反應(yīng)裝置,I為進(jìn)水口、2為出水口、3為反應(yīng)槽、4為左磁場(chǎng)、5為右磁場(chǎng)
[0018]圖2.對(duì)比靜態(tài)無(wú)磁場(chǎng)條件下靜置與超導(dǎo)HGMS-FeOOH耦合靜態(tài)工藝對(duì)處理效果的影響,
[0019]圖3.處理前后FeOOH電鏡形貌。
【具體實(shí)施方式】:
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說明。
[0021]在設(shè)計(jì)試驗(yàn)過程中針對(duì)所用廢水砷離子濃度,經(jīng)過大量單因素試驗(yàn)及各因素組合影響試驗(yàn)確定每個(gè)因素最佳變量范圍,即羥基氧化鐵投加量范圍0.1-0.9g/ml,磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍3-5T,反應(yīng)時(shí)間范圍l-15min。后設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),即三種因素的交互影響。
【權(quán)利要求】
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(wú)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。
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?gòu)U水的方法,其特征在于在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為l_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。
【文檔編號(hào)】C02F1/48GK103641214SQ201310664735
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】李素芹, 胡彬彬, 熊國(guó)宏, 錢鑫 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué), 北京麥爾得科技有限公司