一种同步去除电镀废水中微量重金属的装置及方法

摘要

本发明公开了一种同步去除电镀废水中微量重金属的装置及方法，所述装置包括A反应区、B反应区、C反应区和D反应区四部分，其中：所述A反应区设置有投药口和搅拌装置，排水口与B反应区的进水口连通；所述B反应区的底部填充有承托层，其上方为纳米铁活性炭吸附滤层；所述C反应区设置有投药口和搅拌装置，进水口与B反应区的排水口连通，排水口与D反应区的进水口连通；所述D反应区的底部填充有承托层，其上方为二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层，D反应区的排水口与A反应区连通。本发明通过投加复合药剂和利用过滤处理技术相结合，经济高效地去除电镀废水中微量的重金属离子铬、铜、镍、锌，使出水达到回收利用的标准，从而实现工艺废水资源化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种处理电镀废水微量重金属的一体化装置及方法。

背景技术

电镀废水作为全球三大污染工业之一，其水质成分复杂且不易控制。随着新《电镀污染物排放标准》（GB21900-2008）的颁布，电镀行业废水处理要求越来越严格。废水中含有铬、铜、镍、锌等有毒有害的重金属，据不完全统计，全国的电镀生产每年排放4亿吨重金属废水。重金属不易降解，对生态环境和人体健康都产生一定危害，对电镀废水中的重金属无害化处理是解决工业废水污染的根本途径。目前处理电镀废水中的重金属方法都针对某一特定的重金属离子，因此需设计不用的反应装置及处理方法，提高了处理成本，降低了处理效率。现电镀废水重金属处理大多采用化学沉淀法，向废水中加入碱进行中和沉淀，工艺操作简单，但是处理效果不稳定、投药量大、沉降效率不高、处理成本高。同时对于低浓度重金属废水处理效果不佳，不能达到废水回收利用及重金属资源化的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步去除电镀废水中微量重金属的装置及方法，通过投加复合药剂和利用过滤处理技术相结合，经济高效地去除电镀废水中微量的重金属离子铬、铜、镍、锌，使出水达到回收利用的标准，从而实现工艺废水资源化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种同步去除电镀废水中微量重金属的装置，包括A反应区、B反应区、C反应区和D反应区四部分，其中：

所述A反应区设置有投药口和搅拌装置，排水口与B反应区的进水口连通；

所述B反应区的底部填充有承托层，其上方为纳米铁活性炭吸附滤层；

所述C反应区设置有投药口和搅拌装置，进水口与B反应区的排水口连通，排水口与D反应区的进水口连通；

所述D反应区的底部填充有承托层，其上方为二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层，D反应区的排水口与A反应区连通。

一种利用上述装置同步去除电镀废水中微量重金属的方法，包括如下方法：

（1）电镀废水通过收集进入A反应区内，向A反应区投加0.1～0.5g/L的复合药剂a，然后启动搅拌装置，先进行快速（1500~2000 r/min）搅拌3～5min，使废水与重金属充分接触，接着进入慢速搅拌（200~500r/min）8～10min，使重金属与复合药剂a反应形成沉淀。

（2）经过A反应区处理的废水流入B反应区内，沉淀被纳米铁活性炭吸附滤层去除，同时去除废水中悬浮杂质。

（3）经过B反应区处理的废水经过C反应区内，向C反应区投加复合药剂b，然后启动搅拌装置，先进行快速（1500~2000 r/min）搅拌2～4min，使废水与重金属充分接触，接着进入中速（800~1200 r/min）搅拌7～11min，使重金属与复合药剂反应形成絮状沉淀。

（4）经过C反应区处理的废水流入D反应区内，絮状沉淀被二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层去除，出水能稳定达标排放，若不达标，则重新进入A反应区。

本发明具有如下优点：

1、工艺操作简单，反应条件温和，可以同时处理多种重金属，提高去除效率，降低了处理成本。

2、同时利用复合药剂的氧化、络合和螯合等特性和纳米吸附层的吸附特性，将溶液中的微量重金属去除，达到废水回用和无害化的效果，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为同步去除电镀废水中微量重金属的装置的结构示意图，1：A反应区，1-1：快速混合A区、1-2：慢速混合A区，1-3：静沉A区，2：B反应区，3：C反应区，3-1：静沉C区、3-2：快速混合C区，3-3：中速混合C区，4：D反应区，5：A投药口，6：总进水阀，7：B投药口，8：C投药口8，9：B段进水阀，10：D投药口，11：E投药口，12：B段出水阀，13：F投药口，14：D段进水阀，15：D段排水阀，16：承托层，17：纳米铁活性炭吸附滤层，18：二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层，19：反洗排水阀，20：反洗进水阀，21：出水稳定区，22：回流阀，23：回流泵，24：反洗水泵，25：清水箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供的同步去除电镀废水中微量重金属的装置自上而下依次由A反应区1、B反应区2、C反应区3和D反应区4四部分构成，其中：

所述A反应区1设置有快速混合A区1-1、慢速混合A区1-2和静沉A区1-3，其中：快速混合A区1-1的上部设置有A投药口5和总进水阀6，下部设置有B投药口7，快速混合A区1-1的底部与慢速混合A区1-2连通，慢速混合A区1-2的顶部与静沉A区1-3连通，静沉A区1-3上方设置有C投药口8，静沉A区1-3的排水口经B段进水阀9与B反应区2的进水口连通；

所述B反应区2的底部填充有承托层16，其上方为纳米铁活性炭吸附滤层17；

所述C反应区3设置有静沉C区3-1、快速混合C区3-2和中速混合C区3-3，其中：静沉C区3-1的上部设置有D投药口10，下部设置有E投药口11，静沉C区3-1的进水口经B段出水阀12与B反应区2的排水口连通，静沉C区3-1的底部与快速混合C区3-2连通，快速混合C区3-2的顶部与中速混合C区3-3连通，中速混合C区3-3上部设置有F投药口13，中速混合C区3-3排水口经D段进水阀14与D反应区4的进水口连通；

所述D反应区4的底部填充有承托层16，其上方为二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层17，D反应区4的出水口经D段排水阀15与快速混合A区1-1连通。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种同步去除电镀废水中微量重金属的方法，采用具体实施方式一中的装置同步实现去除多种重金属。该工艺利用复合药剂的吸附性、络合性及沉淀特性，在A反应区内投加复合药剂a，并通过搅拌桨梯度的搅拌，废水中重金属与复合药剂a充分接触，使重金属生成沉淀形态或络合形态。经过A反应区处理过的废水流入B反应区，利用B反应区滤层中负载纳米铁的活性炭的吸附、沉降、过滤等特性，将溶液中沉淀形态和络合形态的重金属去除。在C反应区内，投加复合药剂b，并通过搅拌桨梯度的搅拌，废水中微量的重金属与复合药剂b充分接触，微量重金属形成沉淀。经过C反应区处理过的废水流入D反应区，利用D反应区滤层中负载纳米二氧化钛的壳聚糖的吸附、螯合、絮凝等特性，将微量的重金属进行去除，使出水达到排放标准。具体工艺步骤如下：

（1）电镀废水通过收集进入A反应区内，向反应器内投加0.1～0.5g/L的复合药剂a，然后启动搅拌装置，先进行快速搅拌3～5min，使废水与重金属充分接触，接着进入慢速搅拌8～10min，使重金属与复合药剂a反应形成沉淀。

（2）经过A反应区处理的废水流入B反应区内，此时废水中的大部分重金属都形成沉淀，通过B反应区后，沉淀被纳米铁活性炭吸附滤层吸附、截留等特性去除，同时去除废水中悬浮杂质。

（3）经过B反应区处理的废水，大部分重金属都已去除，水中仍残留些微量重金属，废水经过C反应区内，此时向C反应区投加复合药剂b，然后启动搅拌装置，先进行快速搅拌2～4min，使废水与重金属充分接触，接着进入慢速搅拌7～11min，使重金属与复合药剂反应形成絮状沉淀。

（4）经过C反应区处理的废水流入D反应区内，此时的微量重金属形成了絮状沉淀，通过D反应区后，絮状沉淀被二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层的螯合、絮凝特性所去除，出水能稳定达标排放，若不达标，则重新进入A反应区。

复合药剂a和b的投加及两个吸附滤层的制备是整个工艺的创新点和技术核心，具体要求如下：

复合药剂a的制备及投加方式：

制备复合药剂a按重量比计，由以下原料制成：

成分A：碳酸氢钠

NaHCO₃>

成分B：EDTA金属螯合剂

乙二胺四乙酸5～15；

成分C：TMT金属捕捉剂

三巯基3～10；

三嗪三钠盐3～10。

投加方式：

先通过A投药口将成分A药剂在搅拌的状态下投加，然后通过B投药口加入成分B药剂，使之充分接触10min后，停止搅拌，通过C投药口加入成分C药剂，形成有效的吸附、络合和絮凝的体系，使各组分性能得到改善和提升。

复合药剂b的制备及投加方式：

制备复合药剂b按重量比计，由以下原料制成：

成分D：芬顿试剂

硫酸亚铁 5～15；

双氧水 5～15；

成分E：DTCR金属捕集沉淀剂

氨基二硫代甲酸型螯合树脂>

成分F：PAM助凝剂

聚丙烯酰胺 3～10。

投加方式：

先通过D投药口将成分D药剂投加，待反应3～5min后，通过E投药口投加成分E药剂，快速搅拌3～5min后，最后通过F投药口投加成分F药剂，同时中速搅拌5～10min，形成氧化、螯合和絮凝体系的药剂。

纳米铁活性炭吸附滤层的制备：

先将活性炭使用5～10%的ZnCl₂浸泡16～20h，然后用去离子水冲洗2～4h，将活性炭在100～200℃下干燥。然后取一定量的FeSO₄，使FeSO₄与活性炭质量比（4～8）：1，将此溶解水中，将干燥的活性炭与溶液浸泡20～25h，通入氮气5～10min去除溶解氧，将溶液在200～400℃下焙烧1～3h，冷却后在搅拌的状态下加入一定量的KBH₄，使KBH₄与Fe的摩尔比为（4～6）：1，最后用无氧的无水乙醇和无氧水依次洗涤2～3次，于60～80℃真空干燥箱中干燥得到纳米铁。

二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层的制备：

将纳米二氧化钛和壳聚糖按（3～9）：1的质量比混合加入8～12mol/L的NaOH，充分搅拌20～40min，将混合液在160～200℃下焙烧20～25h，先用去离子水洗涤5～15min，然后用无水乙醇离心洗涤2～3次，将产物在40～60℃下进行干燥1～3h，最后自然干燥1～3d。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：

复合药剂a的制备及投加方式：

制备复合药剂a按重量比计，由以下原料制成：

成分A：碳酸氢钠

NaHCO₃8；

成分B：EDTA金属螯合剂

乙二胺四乙酸10；

成分C：TMT金属捕捉剂

三巯基6；

三嗪三钠盐6。

投加方式：

先通过A投药口将成分A药剂在搅拌的状态下投加，然后通过B投药口加入成分B药剂，使之充分接触10min后，停止搅拌，通过C投药口加入成分C药剂，形成有效的吸附、络合和絮凝的体系，使各组分性能得到改善和提升。

复合药剂b的制备及投加方式：

制备复合药剂b按重量比计，由以下原料制成：

成分D：芬顿试剂

硫酸亚铁 10；

双氧水 10；

成分E：DTCR金属捕集沉淀剂

氨基二硫代甲酸型螯合树脂 8；

成分F：PAM助凝剂

聚丙烯酰胺 5。

投加方式：

先通过D投药口将成分D药剂投加，待反应5min后，通过E投药口投加成分E药剂，快速搅拌5min后，最后通过F投药口投加成分F药剂，同时中速搅拌10min，形成氧化、螯合和絮凝体系的药剂。

纳米铁活性炭吸附滤层的制备：

先将活性炭使用5～10%的ZnCl₂浸泡18h，然后用去离子水冲洗3h，将活性炭在150℃下干燥。然后取一定量的FeSO₄，使FeSO₄与活性炭质量比6：1，将此溶解水中，将干燥的活性炭与溶液浸泡24h，通入氮气10min去除溶解氧，将溶液在300℃下焙烧2h，冷却后在搅拌的状态下加入一定量的KBH₄，使KBH₄与Fe的摩尔比为5：1，最后用无氧的无水乙醇和无氧水依次洗涤3次，于75℃真空干燥箱中干燥得到纳米铁。

二氧化钛负载壳聚糖吸附滤层的制备：

将纳米二氧化钛和壳聚糖按5：1的质量比混合加入10mol/L的NaOH，充分搅拌30min，将混合液在180℃下焙烧24h，先用去离子水洗涤10min，然后用无水乙醇离心洗涤3次，将产物在50℃下进行干燥2h，最后自然干燥2d。