超導(dǎo)hgms-nzvi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-NZVI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。結(jié)果表明，采用超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝的最佳工藝參數(shù)為：NZVI投加量范圍為0.05-0.5g/ml，磁場(chǎng)梯度范圍為3-5T，靜置時(shí)間范圍為1-15min，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3。高濃度含砷廢水中脫除砷4878.62mg/L，廢水中砷離子去除率達(dá)到99.56%。操作方法如下：向重金屬?gòu)U水中投加適量NZVI攪拌均勻，將廢水注入放置入超導(dǎo)高梯度磁場(chǎng)中反應(yīng)槽內(nèi)，靜置一段時(shí)間即可。處理前無(wú)需預(yù)處理，不調(diào)節(jié)廢水pH值。在超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝條件下NZVI的飽和吸附量為16-18mg/g（1gNZVI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)。
【專利說(shuō)明】超導(dǎo)HGMS-NZVI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(HighGradientMagneticSeparation)技術(shù)。納米零價(jià)鐵(NZVI)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)】:
[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。
[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，其具有超強(qiáng)污染物去除功能，使HGMS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。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(guò)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,λ -Fe2O3和a -Fe2O3)、鐵磁性或順磁性放射性金屬元素及化合物。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(guò)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%，V205達(dá)4%左右；除塵灰提取物中Fe2O3可達(dá)56.29%、ZnO達(dá)18.61%。
[0004]NZVI可有效地去除水中Cd2+、Ni2+、Cr6+、Pb2+及As3+、As6+等重金屬離子，利用其特有的強(qiáng)氧化性(還原作用)、微電解及絮凝特性可快速去除重金屬離子，顯示特有的優(yōu)越性，但受預(yù)處理效果和競(jìng)爭(zhēng)離子濃度的影響，單獨(dú)使用時(shí)消耗大、運(yùn)行成本過(guò)高。相關(guān)研究表明納米鐵材料對(duì)水體中的Cr(VI)和Pb(II)有快速的分離和去除作用，反應(yīng)速率常數(shù)為普通鐵粉的30倍，放置兩個(gè)月后其去除能力仍為普通鐵粉的21倍，顯示了納米鐵突出的反應(yīng)活性。但納米零價(jià)鐵吸附重金屬離子受預(yù)處理效果和競(jìng)爭(zhēng)離子濃度的影響，且納米零價(jià)鐵本身具有強(qiáng)烈自我團(tuán)聚和鐵本身的磁性，導(dǎo)致活性降低，單獨(dú)使用時(shí)消耗大、運(yùn)行成本過(guò)高。針對(duì)飲用水中砷離子的去除，As (III)含量968.6ug/L，As ( V )含量828.9ug/L，單獨(dú)使用納米零價(jià)時(shí)需要投加0.25g，在60分鐘內(nèi)去除率達(dá)到99%以上。
[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-NZVI耦合工藝處理重金屬?gòu)U水，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NZVI技術(shù)操作簡(jiǎn)單，處理效率高。通過(guò)多組正交試驗(yàn)，探討了 NZVI的投加量、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NZVI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0.3-4919mg/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，NZVI材料加入量為0.05-0.5g/ml，磁場(chǎng)強(qiáng)度為3-5T。
[0008]進(jìn)一步地，NZVI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，在于在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為l_15min。
[0011]進(jìn)一步地，靜置時(shí)間為6-8分鐘。
[0012]進(jìn)一步地，在超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝條件下NZVI的飽和吸附量為16_18mg/g(IgNZVI吸附的砷離子量)。
[0013]一種前述任一方法的所用裝置，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70_。
[0014]進(jìn)一步地，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5mm。
[0015]前述的裝置的使用步驟，其特征在于:
[0016]步驟一:對(duì)重金屬?gòu)U水不需作預(yù)處理，將NZVI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3-5T ；
[0017]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)；
[0018]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(guò)控制流量蠕動(dòng)泵將廢水從反應(yīng)槽(3)中排出。
[0019]在運(yùn)用超導(dǎo)HGMS-NZVI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-NZVI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99.56%。在超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝條件下NZVI的飽和吸附量為16-18mg/g (IgNZVI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(shuō)明】:
[0020]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)
[0021]圖2.對(duì)比靜態(tài)無(wú)磁場(chǎng)條件下靜置與超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合靜態(tài)工藝對(duì)處理效果的影響
[0022]圖3.處理前后NZVI電鏡形貌【具體實(shí)施方式】:
[0023]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(shuō)明。[0024]在設(shè)計(jì)試驗(yàn)過(guò)程中針對(duì)所用廢水砷離子濃度，經(jīng)過(guò)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，即納米零價(jià)鐵材料投加量范圍0.04-0.45g/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。
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種超導(dǎo)HGMS-NZVI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NZVI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，NZVI材料加入量為0.05-0.5g/ml，磁場(chǎng)強(qiáng)度為3-5T。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法，其特征在于NZVI材料投加量為0.2-0.4g/ml。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超導(dǎo)HGMS-NZVI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所述的一種超導(dǎo)HGMS-NZVI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6_8分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的一種超導(dǎo)HGMS-NZVI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-NZVI耦合工藝條件下NZVI的飽和吸附量為16-18mg/g。
6.一種根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的任一一種超導(dǎo)HGMS-NZVI耦合工藝處理重金屬?gòu)U水的方法的所用裝置，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70_。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理重金屬?gòu)U水的裝置，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5。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的處理重金屬?gòu)U水的裝置的使用步驟，其特征在于: 步驟一:對(duì)重金屬?gòu)U水不需作預(yù)處理，將NZVI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(guò)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)】C02F1/62GK103641216SQ201310665185
【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