申请日2015.06.29
公开(公告)日2017.01.11
IPC分类号C02F9/04; B01J20/12; C02F101/20; C02F103/16
摘要
本发明公开了一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，pH调节池通过一提水泵与一反应器连接，反应器为密闭圆柱体，底部设有进水口，顶部设有出水口;进水口上方设有穿孔板、穿孔板上方由下至上依次设有改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，水渣层和澄清区之间设有填料隔板;澄清区上方设有反冲洗水入口，改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口;圆柱体的高径比为5：1～30：1。本发明还公开了利用该装置去除COD和铁、镍两种重金属的方法。本发明工艺一次性投资低;废液处理效果稳定;生产运行成本低;自动化程度高，操作简单。本发明充分体现了节能减排的效果，是环境友好型的绿色钢铁生产工艺。
权利要求书
1.一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，包括进水泵和与之连接的pH调节池，其特征在于：所述pH调节池通过一提水泵与一反应器连接，所述反应器为密闭圆柱体，所述反应器底部设有进水口，所述反应器顶部设有出水口;所述进水口上方设有穿孔板、所述穿孔板上方由下至上依次设有改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，所述水渣层和澄清区之间设有填料隔板;所述澄清区上方设有反冲洗水入口，所述改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口;
所述圆柱体的高径比为5：1～30：1。
2.根据权利要求1所述的去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，其特征在于，所述pH调节池长宽比为1.2～1.6。
3.根据权利要求1所述的去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，其特征在于，所述穿孔板的孔径为100～800μm。
4.权利要求1所述装置去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，包括进水泵和与之连接的pH调节池，其特征在于：该方法包括：
a、冷轧稀碱废水通过进水泵流入pH调节池，调节pH为7.0～8.0，停留时间为5～20min，平均流速为1～10m/s;所述冷轧稀碱废水的水质COD为40～100mg/L，总铁为2～10mg/L，总镍为0.2～2mg/L;
b、冷轧稀碱废水通过提升泵进入反应器，从进水口进入，穿过穿孔板依次经过改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，最终从出水口流出，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为12～45min;并进行反冲洗;
所述改性膨润土的制备：
1)筛分：采用破碎机过筛分级，筛取粒径为30～120目的膨润土;
2)低温干燥：粒径为30～120目在100-110℃的干燥箱干燥2～4小时;
3)钠化剂浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为2～25%的钠化剂溶液中浸泡，然后恒温搅拌5～16小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在82～95℃之间;
4)静置和干燥：搅拌结束后恒温静置15～29小时，随后倒去上层水溶液，将下层有膨润土的浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时;
5)铝盐浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为1～19%的铝盐溶液中浸泡;然后恒温搅拌器搅拌2～11小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在67～85℃之间，搅拌结束后静置12～24小时;
6)干燥和自然冷却：静置结束后将悬浮液倒去，下层浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时，自然冷却后制备得到改性膨润土。
5.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，所述反应器的反冲洗周期96小时～240小时;反冲洗的清水从冲洗水口进入，冲洗时间为5～10min，然后冲洗后的水从冲洗出口排出。
6.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，所述改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层的体积比分别为50～90%：10～35%：5～15%。
7.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，所述改性膨润土吸水率是100%～300%，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.9～1.5mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
8.根据权利要求4所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，步骤(3)所述钠化剂是氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠或醋酸钠的一种或多种混合剂;步骤(5)所述铝盐是硫酸铝、三氯化铝或硫酸铝钾的一种或多种混合剂。
9.根据权利要求4或6所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，所述活性炭填料层的活性炭的粒径是50～120目，比表面积是2400～3600m2/g，表面密度是370～580g/l。
10.根据权利要求4或6所述的除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，其特征在于，所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣，所述水渣化学成分主要为CaO：35～49%;SiO2：14～39%;Al2O3：3～17%;MgO：5～13%，水渣的粒径是50～120目，均匀度是87%～99%。
说明书
一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的装置和方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属装置和方法。
背景技术
作为我国的基础产业，钢铁工业自改革开放以来，快速发展，近年来一直处于高速发展阶段，钢年产量增幅在15%～22%。可是钢铁工业是一个高能耗、高资源、高污染的产业，其水资源消耗巨大，约占全国工业用水量的14%。
目前国家对废水的排放标准及相关的“节能减排”政策正逐步提高，上2012年10月1日起颁布了新的《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)要求自2015年1月1日起，现有企业执行的标准pH为6～9，COD为30mg/L，悬浮物为20mg/L，总铁为2.0mg/L，总镍为0.05mg/L。而原来的指标要求没有这么高，如COD只要60mg/L就算达标了，故原有装置和方法不能满足新指标的要求，需要重新改进。
以往冷轧稀碱废水的COD和铁、镍两种重金属的去除方法成本高，不能同时去除COD和铁、镍两种重金属。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是据冷轧稀碱废水的水质水量情况，开发出经济、高效的除COD和铁、镍两种重金属装置。同时还开发冷轧稀碱废水高效去除污染物处理方法，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
本发明的技术方案是，一种去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属的系统装置，包括进水泵和与之连接的pH调节池，所述pH调节池通过一提水泵与一反应器连接，所述反应器为密闭圆柱体，所述反应器底部设有进水口，所述反应器顶部设有出水口;所述进水口上方设有穿孔板、所述穿孔板上方由下至上依次设有改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，所述水渣层和澄清区之间设有隔板;所述澄清区上方设有反冲洗水入口，所述改性膨润土填料层附近设有反冲洗出口;
所述圆柱体的高径比为5：1～30：1。
高径比这样是为了延长废水在反应器中的停留时间，更好的和填料接触。
根据本发明的系统装置，优选的是，所述pH调节池长宽比为1.2～1.6。
根据本发明的系统装置，优选的是，所述穿孔板的孔径为100～800μm。
本发明还提供了上述装置去除冷轧稀碱废水中COD和铁、镍两种重金属方法，包括进水泵和与之连接的pH调节池，该方法包括：
a、冷轧稀碱废水通过进水泵流入pH调节池，调节pH为7.0～8.0，停留时间为5～20min，平均流速为1～10m/s;所述冷轧稀碱废水的水质COD为40～100mg/L，总铁为2～10mg/L，总镍为0.2～2mg/L。
b、冷轧稀碱废水通过提升泵进入反应器，从进水口进入，穿过穿孔板依次经过改性膨润土填料层、活性炭填料层、水渣层和澄清区，最终从出水口流出，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为12～45min;并进行反冲洗;
所述改性膨润土的制备：
1)筛分：采用破碎机过筛分级，筛取粒径为30～120目的膨润土;
2)低温干燥：粒径为30～120目在100-110℃的干燥箱干燥2～4小时;
3)钠化剂浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为2～25%的钠化剂溶液中浸泡，然后恒温搅拌5～16小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在82～95℃之间;
4)静置和干燥：搅拌结束后恒温静置15～29小时，随后倒去上层水溶液，将下层有膨润土的浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时;
5)铝盐浸泡和搅拌：将干燥后的膨润土在浓度为1～19%的铝盐溶液中浸泡。然后恒温搅拌器搅拌2～11小时，搅拌速度为500～1200r/min，温度保持在67～85℃之间，搅拌结束后静置12～24小时;
6)干燥和自然冷却：静置结束后将悬浮液倒去，下层浊液在100-110℃干燥箱干燥3～6小时，自然冷却后制备得到改性膨润土。
进入pH调节池的冷轧稀碱废水pH为6～9，调节池长宽比为1.2～1.6，停留时间为5～20min，平均流速为1～10m/s。pH调节池中加入工业废硫酸或废氢氧化钙的一种调节冷轧稀碱废水。调节池中装有pH计及自控系统，pH值控制在出水为7.0～8.0，通过控制pH自控系统调节废酸的投加量。本发明更优选调节池长宽比为1.4，停留时间为12min，平均流速为7m/s。
反应器主要功能是去除冷轧稀碱废水中的COD等有机污染物和重金属等无机污染物。填料反应器为密闭圆柱体。所述圆柱体的高径比为5：1～30：1，冷轧稀碱废水在反应器中的停留时间为12～45min。
根据本发明的方法，优选的是，所述反应器的反冲洗周期96小时～240小时;反冲洗的清水从冲洗水口进入，冲洗时间为5～10min，然后冲洗后的水从冲洗出口排出。反冲洗与冷轧稀碱废水从进水口进入非同时进行，反冲洗的时候设备停止运行，反冲洗后设备再运行。
反应器的填料层由下至上为改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层。优选的是，所述改性膨润土填料层、活性炭填料层和水渣层的体积比分别为50～90%：10～35%：5～15%。优选的是，体积比为膨润土填料层为80%、活性炭填料层15%，水渣层5%。改性膨润土填料区主要功能是去除冷轧稀碱废水中的重金属和COD。活性炭填料层的功能是进一步去除冷轧稀碱废水中的重金属和COD，水渣层功能是去除悬浮物和防止填料的流失。
改性膨润土的层间距大，层间由亲水性变为疏水性，吸附水中有机物的能力比普通膨润土提高几十到几百倍。改性膨润土具有结构功能可调、能高效去除有机物和重金属、可多次重复使用、饱和吸附容量大等优点。改性膨润土改性之后增加了膨润土的吸水率和交换容量，同时也提高了它的比表面积，因此可同时吸附COD和铁、镍两种金属。
进一步地，所述改性膨润土吸水率是100%～300%，胶质含量是2～15ml/g，阳离子交换容量是0.9～1.5mmol/g，湿态抗压强度10～35kPa。
其中，步骤(3)所述钠化剂是氯化钠、碳酸钠、氢氧化钠或醋酸钠的一种或多种混合剂;步骤(5)所述铝盐是硫酸铝、三氯化铝或硫酸铝钾的一种或多种混合剂。
优选的是，所述活性炭填料层的活性炭的粒径是50～120目，比表面积是2400～3600m2/g，表面密度是370～580g/l。更好的是，活性炭粒径是80目，比表面积是3200m2/g，表面密度是470g/l。
优选的是，所述水渣层中的水渣是高炉炼铁时高炉中出来的熔融的炉渣，通过水淬后产生的粒状固体残渣，所述水渣化学成分主要为CaO：35～49%;SiO2：14～39%;Al2O3：3～17%;MgO：5～13%。水渣的粒径是50～120目，均匀度是87%～99%。更好的是，水渣化学成分主要为CaO：41%;SiO2：35%;Al2O3：12%;MgO：12%，粒径是80目，均匀度是97%。
本发明的有益效果是：
本发明的目的就是根据冷轧稀碱废水的水质水量情况，开发出经济、高效的除COD和铁、镍两种重金属方法和装置。开发冷轧稀碱废水高效去除污染物处理装置，以绿色工艺和节能减排为主要任务，减少环境污染，积极应对日益严格的环境保护法规。
经过整个工艺处理后，所述冷轧稀碱废水的水质pH为6～9，COD为10～30mg/L，总铁为0.5～2.0mg/L，总镍为0.01～0.05mg/L完全达到国家排放标准。
本发明提出了新型的冷轧稀碱废水除COD和铁、镍重金属的技术方案，系统解决了冷轧稀碱废水排放污染环境的问题。因此本发明属于钢铁绿色环保生产工艺。本发明以低成本的绿色水处理技术有效解决了冷轧稀碱废水除COD和铁、镍两种重金属问题。因此本发明具有经济和环保双重效果，具有良好的社会效益和环境效益。
