工业污水中去除重金属离子设备

中国污水处理工程网时间：2018-3-28 16:44:24

　　申请日2016.04.11

　　公开(公告)日2016.06.15

　　IPC分类号C02F3/00

　　摘要

　　本发明公开了一种工业污水中去除重金属离子设备及其去除方法，由工业污水池，污水泵水系统，处理池，清水管，清水槽，处理池支架，控制系统组成;控制系统启动污水泵水系统将含重金属离子的工业污水从上部侧壁输入处理池内，经处理池处理后的清水通过清水管排进清水槽中。本发明所述的一种工业污水中去除重金属离子设备及其去除方法结构新颖合理，重金属去除率高，适用范围广阔。

　　权利要求书

　　1.一种工业污水中去除重金属离子设备，包括：工业污水池(1)，污水泵水系统(2)，处理池(3)，清水管(4)，清水槽(5)，处理池支架(6)，控制系统(7);其特征在于，所述处理池支架(6)上部设有控制系统(7)及处理池(3)，所述处理池支架(6)底面设有工业污水池(1)，所述工业污水池(1)与处理池(3)之间设有污水泵水系统(2)，所述处理池(3)与清水槽(5)之间设有清水管(4);

　　所述污水泵水系统(2)中的水泵、水体流量计、电磁阀与控制系统(7)导线控制连接;

　　所述清水管(4)上的电磁阀与控制系统(7)导线控制连接。

　　2.根据权利要求1所述的一种工业污水中去除重金属离子设备，其特征在于，所述处理池(3)包括：稳流装置(3-1)，上层托板(3-2)，生物滤柱层(3-3)，底层托板(3-4)，液位传感器(3-5)，重金属降解能力感应仪(3-6);所述稳流装置(3-1)位于处理池(3)内部最上方位置，稳流装置(3-1)最顶面距处理池(3)上端檐口5cm～10cm;所述上层托板(3-2)位于处理池(3)内部稳流装置(3-1)的下方位置，上层托板(3-2)与处理池(3)内壁无缝焊接，上层托板(3-2)表面均匀分布着大量的通孔，数量在500～1400个，孔径值在3mm～25mm之间;所述生物滤柱层(3-3)位于上层托板(3-2)正下方位置，生物滤柱层(3-3)总高度不小于处理池(3)总高度的1/2;所述底层托板(3-4)位于生物滤柱层(3-3)正下方位置，底层托板(3-4)与处理池(3)内壁无缝焊接，底层托板(3-4)与上层托板(3-2)结构相同，底层托板(3-4)表面均匀分布着大量的通孔，数量在500～1400个，孔径值在3mm～25mm之间;所述液位传感器(3-5)位于处理池(3)内部，液位传感器(3-5)距二次处理池(3)上端檐口5mm～15mm，液位传感器(3-5)与控制系统(7)导线控制连接;所述重金属降解能力感应仪(3-6)位于生物滤柱层(3-3)中，重金属降解能力感应仪(3-6)与控制系统(7)导线控制连接。

　　3.根据权利要求2所述的一种工业污水中去除重金属离子设备，其特征在于，所述稳流装置(3-1)包括：稳流驱动电机(3-1-1)，驱动电机主轴(3-1-2)，凸轮盘(3-1-3)，主动驱臂(3-1-4)，稳流板从动轴(3-1-5)，从动驱臂(3-1-6)，稳流板(3-1-7)，稳流板中心轴(3-1-8);所述稳流驱动电机(3-1-1)与控制系统(7)导线控制连接，稳流驱动电机(3-1-1)的输出端连接有驱动电机主轴(3-1-2)，所述驱动电机主轴(3-1-2)的上设有凸轮盘(3-1-3)，驱动电机主轴(3-1-2)距凸轮盘(3-1-3)圆心30mm～50mm，驱动电机主轴(3-1-2)与凸轮盘(3-1-3)固定铆接，所述驱动电机主轴(3-1-2)与凸轮盘(3-1-3)之间设有主动驱臂(3-1-4)，驱动电机主轴(3-1-2)与主动驱臂(3-1-4)的一端转动连接，主动驱臂(3-1-4)的另一端与稳流板从动轴(3-1-5)转动连接，从动驱臂(3-1-6)将多块矩形长条状的稳流板(3-1-7)通过稳流板从动轴(3-1-5)转动连接，稳流板(3-1-7)数量不少于六块，多个稳流板(3-1-7)以自身稳流板中心轴(3-1-8)为圆心左右摆动，稳流板(3-1-7)为不锈钢板材料，稳流板(3-1-7)均匀等距排布，稳流板(3-1-7)厚度为3mm～5mm，相邻稳流板(3-1-7)间距为30mm～50mm。

　　4.根据权利要求2所述的一种工业污水中去除重金属离子设备，其特征在于，所述生物滤柱层(3-3)包括：生物滤柱(3-3-1)，生物滤柱间隙(3-3-2)，生物滤孔(3-3-3);所述生物滤柱(3-3-1)为圆柱状结构，生物滤柱(3-3-1)外径为10cm～50cm，生物滤柱(3-3-1)数量不少于8个;所述生物滤柱(3-3-1)内设有大量生物滤孔(3-3-3)，所述生物滤孔(3-3-3)数量为2～10万个，生物滤孔(3-3-3)直径为100nm～800nm;所述生物滤柱间隙(3-3-2)最大间距为500nm。

　　5.根据权利要求4所述的一种工业污水中去除重金属离子设备，其特征在于，所述生物滤柱(3-3-1)由高分子材料压模成型，生物滤柱(3-3-1)的组成成分和制造过程如下：

　　一、生物滤柱(3-3-1)组成成分：

　　按重量份数计，聚对苯二甲酸亚戊基酯36～78份，对硝基苯磷酸二乙酯17～65份，2-(2,4-二氯-5-氟苯甲酰基)乙酸乙酯40～115份，N-(1-腈基-1,2-二甲基丙基)-2-(2,4-二氯苯氧基)丙酰胺30～75份，5-氯-2-(3,4-二甲氧基苯基)-2-异丙基戊晴5～60份，四氯邻苯二甲酸10～90份，浓度为40ppm～95ppm的4,5,6,7-四氯邻苯二甲酰亚胺20～60份，邻甲基苯甲酰氯55～165份，雄甾(烷)-3β-醇-17-酮-3-醋酸酯70～130份，交联剂80～155份，5α-氯-5α-雄甾(烷)-3β,6β-二醇-17-酮-3-醋酸酯15～50份，醋酸去氢表雄酮90～270份，邻氯基对甲基苯甲醚35～75份，β-溴乙基苯基醚85～130份;

　　所述交联剂为聚硅酸硫酸铜锌、镁钾氟化物硅酸盐、十二水亚铁氰化镁的任意一种;

　　二、生物滤柱(3-3-1)的制造过程，包含以下步骤：

　　第1步：在反应釜中加入电导率为0.65μS/cm～0.95μS/cm的超纯水1100～1800份，启动反应釜内搅拌器，转速为195rpm～270rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至75℃～90℃;依次加入聚对苯二甲酸亚戊基酯、对硝基苯磷酸二乙酯、2-(2,4-二氯-5-氟苯甲酰基)乙酸乙酯，搅拌至完全溶解，调节pH值为4.0～8.5，将搅拌器转速调至210rpm～355rpm，温度为95℃～160℃，酯化反应25～50小时;

　　第2步：取N-(1-腈基-1,2-二甲基丙基)-2-(2,4-二氯苯氧基)丙酰胺、5-氯-2-(3,4-二甲氧基苯基)-2-异丙基戊晴进行粉碎，粉末粒径为900～1600目;加入四氯邻苯二甲酸混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为45mm～90mm，采用剂量为9.0kGy～14.5kGy、能量为7.0MeV～16MeV的α射线辐照80～150分钟，以及同等剂量的β射线辐照75～135分钟;

　　第3步：经第2步处理的混合粉末溶于4,5,6,7-四氯邻苯二甲酰亚胺中，加入反应釜，搅拌器转速为80rpm～145rpm，温度为95℃～165℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.70MPa～-0.95MPa，保持此状态反应15～32小时;泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.60MPa～0.95MPa，保温静置13～24小时;搅拌器转速提升至140rpm～290rpm，同时反应釜泄压至0MPa;依次加入邻甲基苯甲酰氯、雄甾(烷)-3β-醇-17-酮-3-醋酸酯完全溶解后，加入交联剂搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为6.0～8.8，保温静置7～18小时;

　　第4步：在搅拌器转速为170rpm～280rpm时，依次加入5α-氯-5α-雄甾(烷)-3β,6β-二醇-17-酮-3-醋酸酯、醋酸去氢表雄酮、邻氯基对甲基苯甲醚和β-溴乙基苯基醚，提升反应釜压力，使其达到0.85MPa～1.85MPa，温度为180℃～270℃，聚合反应18～29小时;反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至33℃～54℃，出料，入压模机即可制得生物滤柱(3-3-1)。

　　6.一种工业污水中去除重金属离子的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：

　　第1步：控制系统(7)通过液位传感器(3-5)检测到处理池(3)中水位下降到最低水位时，启动污水泵水系统(2)中的水泵，将储存在工业污水池(1)中的含重金属离子的工业污水从上方侧壁输入处理池(3)中，污水泵水系统(2)上的电磁水阀使出水量控制在35m3/h～65m3/h;与此同时，控制系统(7)启动稳流装置(3-1)对进水管处的污水进行稳流处理，在泵水过程中，稳流装置(3-1)可实时调整稳流板(3-1-7)的角度，改变相邻稳流板(3-1-7)之间缝隙间距，以达到泵水平稳均匀的效果;经稳流装置(3-1)进入处理池(3)中的含重金属离子的工业污水向下流过生物滤柱层(3-3)，生物滤柱层(3-3)表面的微生物对重金属离子进行吸附或分解作用，在吸附或分解过程中，重金属降解能力感应仪(3-6)对重金属的降解是否达标进行实时监控，当重金属降解能力感应仪(3-6)检测到生物滤柱层(3-3)内降解未达标时，向控制系统(7)发出信号，并发出音频报警30s，提示工作人员更换生物滤柱层(3-3);

　　第2步：装置运行30min～50min后，控制系统(7)开启清水管(4)上的电磁阀将处理好的清水通过清水管(4)排入清水槽(5)中;

　　第3步：液位传感器(3-5)对处理池(3)内运行水位进行安全实时监测，当运行水位位于处理池(3)上檐5cm～20cm时，液位传感器(3-5)向控制系统(7)发出反馈信号，控制系统(7)将关闭系统电源，使得整个系统停止工作，并发出音频报警45s;当运行水位恢复正常值时，液位传感器(3-5)向控制系统(7)发出反馈信号，控制系统(7)将开启系统电源，使得整个系统恢复正常工作。

　　说明书

　　一种工业污水中去除重金属离子设备及其去除方法

　　技术领域

　　本发明属于工业污水处理净化领域，具体涉及一种工业污水中去除重金属离子设备及其去除方法。

　　背景技术

　　随着工业排污量急剧增加，大量重金属污染物排向了生活环境中。在一定条件下，某些重金属(例如汞)还能在某些微生物的作用下转化为毒性更大的有机物质。另外，有毒重金属可以长期停留与积累在环境中，通过食物链逐级富集，最终进入人体，甚至通过遗传或母乳使婴儿受害，主要表现为富集在人体某些器官内形成慢性中毒。因此，重金属污染物的处理技术成为一个研究的热点，其成果有着重大的现实意义。

　　重金属污染物在大气、水、沉积物、土壤、植物等体系中均有分布，在不同体系中的存在形式不同。重金属在土壤中的存在形式、土壤重金属污染主要是由于使用污泥和污水灌溉造成的，污水中工业废水占60%～80%，且成分复杂，都不同程度含有生物难以降解的重金属。

　　近年来，中科院等对长江水环境中重金属的背景值进行了较深入的考察，结果表明河水中大部分元素主要以悬浮颗粒态存在，而溶解部分的重金属浓度较低，并且总量越是偏高的元素，以悬浮颗粒态存在的比例也越高。这一特征与区域条件有密切联系，当地理风化强烈时，悬浮质含量直接影响水环境中元素浓度分布。同时，化学风化微弱使元素难以释放，河水碱性偏低更使溶解态重金属浓度偏低。

　　通过各种途径进入水环境的重金属，绝大部分随物理、化学、生物及物理化学作用的进行，迅速转移到沉积物中或通过悬浮物转移到沉积物中。沉积物中重金属赋存状态及特征为：Pb主要趋向于同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合，Cu主要形成残渣相和有机质相，而Zn易同Fe/Mn水合氧化物、碳酸盐相结合;Pb、Zn以非残渣相为主要成分，Cu以残渣相为主要成分。

　　现有技术及其不足

　　重金属废水处理的方法有很多，可分为两大类：一类是使溶解性的重金属转变为不溶或者难溶的金属化合物，从而将其从水中除去。另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离，例如反渗透法、电渗析法、离子交换法、蒸发浓缩法等。

　　1、氢氧化物沉淀法。该方法是通过向重金属废水投加碱性沉淀剂(如石灰乳、碳酸钠液碱等)，使金属离子与羟基反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。

　　2、硫化物沉淀法。该方法是通过向废水中投加硫化剂，使金属离子与硫化物反应，生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。硫化剂可采用硫化钠、硫化氢或硫化亚铁等。此法的缺点是硫化物价格太高。

　　3、还原法。该方法是通过向废水中投加还原剂，使金属离子还原为金属或低价金属离子，再投加石灰使其成为金属氢氧化物沉淀从而得以分离的方法。还原法可用于铜、汞等金属离子的回收，常用于含铅废水的处理。

　　4、离子交换法。离子交换法是利用离于交换剂的交换基团，与废水中的金属离子进行交换反应，将金属离子置换到交换剂上予以除去的方法。用离子交换法处理重金属废水，如Cu2+、Zn2+、Cd2+等，可以采用阳离子交换树脂;而以阴离子形式存在的金属离子络合物或酸根(HgCl2-、Cr2O7等)，则需用阴离子交换树脂予以除去。

　　5、铁氧体法。铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物，是一种具有铁磁性的半导体。采用铁氧体法处理重金属废水是根据铁氧体的制造原理，利用铁氧体反应，把废水中的二价或三价金属离子，充填到铁氧体尖晶石的晶格中去，从而得到沉淀分离的方法。

　　6、电解法。电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。此法的缺点是电耗大、出水水质差、废水处理量小。

　　7、膜分离方法。该方法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离法包括反渗透法、电渗析法、扩散渗析法、液膜法和超滤法等。

　　8、吸附法。该方法是利用吸附剂将废水中的重金属离子除去的方法，但此法的缺点是吸附剂价格过于昂贵。

　　在现有技术条件下，处理重金属工业污水的设备建设成本和运行成本的增加将成为必然，现有的传统工艺、处理方法具有工艺流程长，控制复杂，占地大，处理成本高等缺点。

　　发明内容

　　为了解决上述技术问题，本发明提供一种工业污水中去除重金属离子设备，包括：

　　工业污水池1，污水泵水系统2，处理池3，清水管4，清水槽5，处理池支架6，控制系统7;所述处理池支架6上部设有控制系统7及处理池3，所述处理池支架6底面设有工业污水池1，所述工业污水池1与处理池3之间设有污水泵水系统2，所述处理池3与清水槽5之间设有清水管4;

　　所述污水泵水系统2中的水泵、水体流量计、电磁阀与控制系统7导线控制连接;

　　所述清水管4上的电磁阀与控制系统7导线控制连接。

　　进一步的，所述处理池3包括：稳流装置3-1，上层托板3-2，生物滤柱层3-3，底层托板3-4，液位传感器3-5，重金属降解能力感应仪3-6;所述稳流装置3-1位于处理池3内部最上方位置，稳流装置3-1最顶面距处理池3上端檐口5cm～10cm;所述上层托板3-2位于处理池3内部稳流装置3-1的下方位置，上层托板3-2与处理池3内壁无缝焊接，上层托板3-2表面均匀分布着大量的通孔，数量在500～1400个，孔径值在3mm～25mm之间;所述生物滤柱层3-3位于上层托板3-2正下方位置，生物滤柱层3-3总高度不小于处理池3总高度的1/2;所述底层托板3-4位于生物滤柱层3-3正下方位置，底层托板3-4与处理池3内壁无缝焊接，底层托板3-4与上层托板3-2结构相同，底层托板3-4表面均匀分布着大量的通孔，数量在500～1400个，孔径值在3mm～25mm之间;所述液位传感器3-5位于处理池3内部，液位传感器3-5距二次处理池3上端檐口5mm～15mm，液位传感器3-5与控制系统7导线控制连接;所述重金属降解能力感应仪3-6位于生物滤柱层3-3中，重金属降解能力感应仪3-6与控制系统7导线控制连接。

　　进一步的，所述稳流装置3-1包括：稳流驱动电机3-1-1，驱动电机主轴3-1-2，凸轮盘3-1-3，主动驱臂3-1-4，稳流板从动轴3-1-5，从动驱臂3-1-6，稳流板3-1-7，稳流板中心轴3-1-8;所述稳流驱动电机3-1-1与控制系统7导线控制连接，稳流驱动电机3-1-1的输出端连接有驱动电机主轴3-1-2，所述驱动电机主轴3-1-2的上设有凸轮盘3-1-3，驱动电机主轴3-1-2距凸轮盘3-1-3圆心30mm～50mm，驱动电机主轴3-1-2与凸轮盘3-1-3固定铆接，所述驱动电机主轴3-1-2与凸轮盘3-1-3之间设有主动驱臂3-1-4，驱动电机主轴3-1-2与主动驱臂3-1-4的一端转动连接，主动驱臂3-1-4的另一端与稳流板从动轴3-1-5转动连接，从动驱臂3-1-6将多块矩形长条状的稳流板3-1-7通过稳流板从动轴3-1-5转动连接，稳流板3-1-7数量不少于六块，多个稳流板3-1-7以自身稳流板中心轴3-1-8为圆心左右摆动，稳流板3-1-7为不锈钢板材料，稳流板3-1-7均匀等距排布，稳流板3-1-7厚度为3mm～5mm，相邻稳流板3-1-7间距为30mm～50mm。

　　进一步的，所述生物滤柱层3-3包括：生物滤柱3-3-1，生物滤柱间隙3-3-2，生物滤孔3-3-3;所述生物滤柱3-3-1为圆柱状结构，生物滤柱3-3-1外径为10cm～50cm，生物滤柱3-3-1数量不少于8个;所述生物滤柱3-3-1内设有大量生物滤孔3-3-3，所述生物滤孔3-3-3数量为2～10万个，生物滤孔3-3-3直径为100nm～800nm;所述生物滤柱间隙3-3-2最大间距为500nm。

　　进一步的，所述生物滤柱3-3-1由高分子材料压模成型，生物滤柱3-3-1的组成成分和制造过程如下：

　　一、生物滤柱3-3-1组成成分：

　　所述交联剂为聚硅酸硫酸铜锌、镁钾氟化物硅酸盐、十二水亚铁氰化镁的任意一种;

　　二、生物滤柱3-3-1的制造过程，包含以下步骤：

　　进一步的，本发明还公开了一种工业污水中去除重金属离子的方法，该方法包括以下几个步骤：

　　第1步：控制系统7通过液位传感器3-5检测到处理池3中水位下降到最低水位时，启动污水泵水系统2中的水泵，将储存在工业污水池1中的含重金属离子的工业污水从上方侧壁输入处理池3中，污水泵水系统2上的电磁水阀使出水量控制在35m3/h～65m3/h;与此同时，控制系统7启动稳流装置3-1对进水管处的污水进行稳流处理，在泵水过程中，稳流装置3-1可实时调整稳流板3-1-7的角度，改变相邻稳流板3-1-7之间缝隙间距，以达到泵水平稳均匀的效果;经稳流装置3-1进入处理池3中的含重金属离子的工业污水向下流过生物滤柱层3-3，生物滤柱层3-3表面的微生物对重金属离子进行吸附或分解作用，在吸附或分解过程中，重金属降解能力感应仪3-6对重金属的降解是否达标进行实时监控，当重金属降解能力感应仪3-6检测到生物滤柱层3-3内降解未达标时，向控制系统7发出信号，并发出音频报警30s，提示工作人员更换生物滤柱层3-3;

　　第2步：装置运行30min～50min后，控制系统7开启清水管4上的电磁阀将处理好的清水通过清水管4排入清水槽5中;

　　第3步：液位传感器3-5对处理池3内运行水位进行安全实时监测，当运行水位位于处理池3上檐5cm～20cm时，液位传感器3-5向控制系统7发出反馈信号，控制系统7将关闭系统电源，使得整个系统停止工作，并发出音频报警45s;当运行水位恢复正常值时，液位传感器3-5向控制系统7发出反馈信号，控制系统7将开启系统电源，使得整个系统恢复正常工作。

　　本发明专利公开的一种工业污水中去除重金属离子设备及其去除方法，其优点在于：

　　(1)该装置进水位置采用稳流装置，进水更加平稳;

　　(2)该装置结构设计合理紧凑，集成度高;