含有重金属的废水处理装置及其处理方法

摘要

本发明涉及一种含有重金属的废水处理装置及其处理方法，该装置包括pH调节槽、吸附槽、解析槽、电解池和厌氧池。其中，pH调节槽用于加入pH调节剂以调节废水的pH值至6‑7；吸附槽与pH调节槽连接，通过吸附剂吸附废液中的重金属离子；解析槽与吸附槽连接，用于解析吸附剂上所吸附的重金属；电解池与解析槽连接，用于进行还原处理以得到重金属；厌氧池与吸附槽连接，用于去除吸附槽内所导出废液中的重金属离子。通过吸附槽将废水中的大多数重金属离子吸附在吸附剂的表面上，然后通过解析槽将重金属离子释放，再通过电解池进行还原处理得到重金属。此外，吸附槽内的废液通过厌氧池以去除废液中的少数重金属离子。

说明书

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种含有重金属的废水处理装置及其处理方法。

背景技术

随着化石能源的不断消耗，会导致能源枯竭，因此，需要大力发展新能源。其中，核电能源作为新能源之一，被广泛用于发电。核电站所用的燃料是铀，铀是一种很重的金属，而用铀制成的核燃料在反应堆的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。

然而，核燃料中铀在开采、冶炼及反应堆内反应的过程中会产生大量的含重金属的废水，该废水会对地下水环境及土壤造成极大的威胁。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的就是提供一种含有重金属的废水处理装置及其处理方法，以解决含重金属的废水会对地下水环境和土壤造成极大威胁的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供了一种含有重金属的废水处理装置，该废水处理装置包括：

pH调节槽，用于加入pH调节剂以调节废水的pH值至6-7；

吸附槽，与所述pH调节槽连接以接收所述pH调节槽内导出的废液，并通过吸附剂吸附所述废液中的重金属离子；

解析槽，与所述吸附槽连接以接收所述吸附槽内导出的吸附沉淀，用于解析吸附剂上所吸附的重金属；

电解池，与所述解析槽连接以接收所述解析槽内导出的废液，用于进行还原处理以得到重金属；

厌氧池，与所述吸附槽连接以接收所述吸附槽内导出的废液，用于去除所述吸附槽内所导出废液中的重金属离子。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述吸附剂为磁性的纳米吸附剂。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述纳米吸附剂包括氧化铝、活性炭、氧化硅、硅藻土和二氧化钛中的至少一种。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，在所述pH调节槽内，废水的pH值被调节至6.2-6.7。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述pH调节槽采用氢氧化钠、氢氧化钾及氢氧化钙来调节废水的pH值至6.2-6.7。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述厌氧池池内包含有硫酸盐还原菌。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、热脱硫杆菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫杆菌属中的至少一种。

基于第一方面，在一种可能的实施方案中，所述解析槽内通过调节溶液的pH值至1-5使得重金属离子从所述吸附剂表面脱离。

第二方面，本发明实施例还提供了一种废水处理方法，所述废水处理方法使用了上述任一项实施方案中所述的废水处理装置。

本发明的实施方案，至少具有如下优势：

本发明提供的废水处理装置，包括pH调节槽、吸附槽、解析槽、电解池和厌氧池。其中，pH调节槽用于加入pH调节剂以调节废水的pH值至6-7；吸附槽与所述pH调节槽连接以接收所述pH调节槽内导出的废液，并通过吸附剂吸附所述废液中的重金属离子；解析槽与所述吸附槽连接以接收所述吸附槽内导出的吸附剂，用于解析吸附剂上所吸附的重金属；电解池与所述解析槽连接以接收所述解析槽内导出的废液，用于进行还原处理以得到重金属；厌氧池与所述吸附槽连接以接收所述吸附槽内导出的废液，用于去除所述吸附槽内所导出废液中的重金属离子。通过吸附槽将废水中的大多数重金属离子吸附在吸附剂的表面上，然后通过解析槽将重金属离子释放，再通过电解池进行还原处理得到重金属。此外，吸附槽内的废液通过厌氧池以去除废液中的少数重金属离子。由此可知，通过电解和生物处理的结合，有效的将废水中的重金属离子去除，从而使废水达到排放的标准，避免排出的废水对地下水和土壤造成威胁。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的含有重金属的废水处理装置的结构框图。

附图标记说明；

11-pH调节槽；

12-吸附槽；

13-解析槽；

14-电解池；

15-厌氧池。

具体实施方案

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下提供了对本文中使用的一些术语的定义。除非另作限定，本文中使用的所有科技术语具有与本公开所属领域的技术人员通常所理解的相同的含义。

本文中使用的“异化还原”指的是作为电子传递链中末端电子受体的物质的还原。异化还原与同化还原不同，后者涉及到摄取营养物过程中的物质的还原。

本文中使用的“硫酸盐还原菌”和“SRB”指的是在将硫酸盐还原为硫化物，尤其是该硫化物为硫化氢时，由有机化合物或分子氢的氧化而获得能量的细菌和古细菌。

参照图1，本发明实施例提供了一种废水处理装置，该废水处理装置包括：pH调节槽11、吸附槽12、解析槽13、电解池14和厌氧池15等。

其中，pH调节槽可以用于加入pH调节剂以调节废水的pH值至6-7，废水在该pH范围内，可使吸附槽12内的吸附剂表面带有负电荷，从而能够吸附重金属离子。若废水的pH值小于6，则使得吸附槽12内的吸附剂表面带有正电荷，从而无法吸附重金属离子；若废水的pH值大于7，则会导致废水呈碱性，使得重金属离子沉淀，导致废水中重金属离子浓度偏低，从而吸附剂所吸附到的重金属离子降低。

在一种可能的实施方案中，废水的pH值可以通过氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)或氢氧化钙(Ca(OH)

在一种具体的实施方案中，废水的pH值优选为6.2-6.7。这样可以使吸附剂表面带有更多的负电荷，从而能够吸附更多的重金属离子。

在本发明提供的实施例中，吸附槽12与pH调节槽连接以接收其导出的废液，并通过吸附槽内的吸附剂吸附废液中的重金属离子。如上所述，废液pH值在6-7范围内，吸附剂表面带有较多的负电荷，能够吸附较多的重金属离子。

在一种可能的实施方案中，吸附剂可以为磁性的纳米吸附剂，这样能够提高对重金属离子的吸附。此外，由于磁性的纳米吸附剂具有多孔结构，可以增加吸附剂的表面积，从而进一步提高对重金属离子的吸附。

进一步的，上述纳米吸附剂可以但不局限为氧化铝、活性炭、硅藻土和二氧化钛中的一种或多种组合形成的混合物。

在另一种可能的实施方案中，纳米吸附剂优选为可降解的材料，例如树脂等。

另外，在一种可能的实施方式中，纳米吸附剂上的孔径为0.5-10nm。示例性的，该吸附剂的孔径可以但不限于为0.5nm、1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm、6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、9.5nm、10nm。

在本发明提供的实施例中，解析槽13与吸附槽12连接以接收吸附槽12内导出的吸附剂，并在解析槽内解析吸附剂上所吸附的重金属，可以理解的是，将重金属离子从吸附剂表面上释放出来，分散于溶液中以提高重金属离子在溶液中的浓度，而吸附剂经过干燥后可以重复利用。

在一种可能的实施方案中，解析槽13内添加酸性溶液，该溶液的pH值为1-5，这样可以使吸附剂表面带有正电荷，从而使重金属离子从吸附剂表面脱离。

进一步的，上述酸性溶液为盐酸、硝酸或有机酸性溶液。

将上述分散有重金属离子的溶液导入与解析槽13连接的电解池14内，用于进行还原处理以得到重金属。

此外，本发明提供的实施例中，厌氧池15与吸附槽12连接以接收吸附槽12内导出的废液，用于去除吸附槽12内所导出废液中的重金属离子。

在一种可能的实施方案中，该厌氧池内包含有硫酸盐还原菌，该硫酸盐还原菌可以将硫酸根还原成硫化氢，进一步的，硫化氢可以与废水中的金属离子反应生成硫化物沉淀，进而可以有效的将废水中的金属离子去除。

进一步的，上述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属、脱硫单胞菌属、热脱硫杆菌属、脱硫叶菌属、脱硫菌属、脱硫球菌属、脱硫线菌属、脱硫八叠球菌属和脱硫杆菌属中的至少一种。

在本发明的具体实施方案中，上述硫酸盐还原菌选自脱硫弧菌属，该脱硫弧菌属可以将废水中可溶性的六价铀或铀酰(UO

第二方面，本发明实施例还提供了一种废水处理方法，所述废水处理方法使用了上述任一项实施方案中所述的废水处理装置。

具体的，废水处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过碱性化合物调节pH至6-7；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与吸附剂接触，接触时间为30-90min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过酸性溶液调节pH至1-5；

S104：将上述pH为1-5的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入厌氧池内，回收废液中的重金属。

以下，通过具体实施例对本发明的废水处理方法进行详细的介绍。

如无特别说明，以下实施例中所用化学材料及仪器，均为常规化学材料及常规仪器，均可商购获得。

实施例1

本实施例提供了一种废水处理方法，其中，废水中重金属离子的浓度为55mg/L，该处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过氢氧化钠调节pH至6.2；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与孔径为1nm的活性炭接触，接触时间为60min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过盐酸溶液调节pH至3；

S104：将上述pH为3的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入含有脱硫弧菌属的厌氧池内，回收废液中的重金属。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为0.25mg/L。

实施例2

本实施例提供了一种废水处理方法，其中，废水中重金属离子的浓度为70mg/L，该处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过氢氧化钠调节pH至6.5；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与孔径为2nm的二氧化钛接触，接触时间为80min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过盐酸溶液调节pH至2；

S104：将上述pH为2的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入含有脱硫弧菌属的厌氧池内，回收废液中的重金属。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为0.15mg/L。

实施例3

本实施例提供了一种废水处理方法，其中，废水中重金属离子的浓度为60mg/L，该处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过氢氧化钾调节pH至6.7；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与孔径为4nm的二氧化硅接触，接触时间为70min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过盐酸溶液调节pH至4；

S104：将上述pH为4的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入含有脱硫弧菌属的厌氧池内，回收废液中的重金属。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为0.35mg/L。

实施例4

本实施例提供了一种废水处理方法，其中，废水中重金属离子的浓度为68mg/L，该处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过氢氧化钾调节pH至7；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与孔径为2.5nm的二氧化硅接触，接触时间为60min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过盐酸溶液调节pH至4；

S104：将上述pH为4的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入含有脱硫弧菌属的厌氧池内，回收废液中的重金属。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为0.45mg/L。

实施例5

本实施例提供了一种废水处理方法，其中，废水中重金属离子的浓度为68mg/L，该处理方法包括如下步骤：

S101：将废水通入pH调节槽内，通过氢氧化钙调节pH至6.4；

S102：将上述调节pH后的废水导入吸附槽中，与孔径为5nm的氧化铝接触，接触时间为40min，其中，接触后的吸附剂导入到解析槽内，废液导入到厌氧池内；

S103：将吸附剂导入到解析槽内，通过盐酸溶液调节pH至4.5；

S104：将上述pH为4.5的废液导入到电解池内进行电解，回收重金属；

S105：将步骤S102中所产生的废液导入含有脱硫弧菌属的厌氧池内，回收废液中的重金属。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为0.52mg/L。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于：S101中pH值为5.4。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为15mg/L。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于：S101中pH值为8.4。

经原子吸收分光光度法检测，净化后的废水中，重金属离子的浓度为10mg/L。

最后应说明的是：以上各实验例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实验例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实验例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实验例技术方案的范围。