申请日2013.12.10
公开(公告)日2014.03.19
IPC分类号C02F1/48; C02F101/20; C02F1/72
摘要
一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水的方法,属于资源与环境领域。采用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水,比单独采用吸附技术操作简单,处理效率高。结果表明,在最佳工艺参数条件下,采用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理效果好,在FeOOH投加量范围为0.1-0.9g/ml,磁场梯度范围为3-5T,静置时间范围为1-15分钟,反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i不大于3的条件下即可从高浓度含砷废水中使砷离子去除率达到77.12%以上。处理前无需预处理,不调节废水pH值。在超导HGMS-FeOOH耦合工艺条件下FeOOH的饱和吸附量为6.5-7.5mg/g,可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。
权利要求书
1.一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水的方法,其特征在于所 述方法为:向重金属废水中投加适量FeOOH后注入置放于高梯度磁场中的反 应槽内,静置一段时间,处理前无需调节废水pH值以及其他任何预处理, FeOOH材料加入量为0.1-0.9g/ml,磁场强度为3-5T。
2.根据权利要求1所述的一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水 的方法,其特征在于FeOOH材料投加量为0.2-0.4g/ml。
3.根据权利要求1所述的一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水 的方法,其特征在于磁场强度为4-4.5T。
4.根据权利要求1所述的一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水 的方法,其特征在于在磁场中的静置时间为1-15min,优选5-7分钟。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种利用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重 金属废水的方法,其特征在于在超导HGMS-FeOOH耦合工艺条件下FeOOH的饱和 吸附量为6.5-7.5mg/g。
6.一种根据权利要求1至5所述的任一方法的装置,其特征在于所用装置包含反 应槽、反应槽进水口、反应槽出水口、围绕在反应槽外的超导高梯度磁场发 生器,其中磁场发生器与反应槽壁距离i不大于70mm。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁 距离i小于4。
8.根据权利要求6或7所述的装置的使用步骤,其特征在于:
步骤一:对重金属废水不需作预处理,将FeOOH材料加入一定量的废水中混 合均匀,调整合适的磁场强度;
步骤二:将废水注入置于磁场的反应槽(3)中,待出水口(2)有水流出停 止注水,并关闭出水口(2);
步骤三:反应槽中的废水在磁场中静置停留一段时间后,通过控制流量蠕动 泵将废水从反应槽(3)中排出。
说明书
超导HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水的方法
技术领域:
本发明属于资源与环境领域,涉及利用超导HGMS(High Gradient Magnetic Separation)技 术与FeOOH(羟基氧化铁)的耦合工艺,可实现废物处理及资源化利用。特别适合于酸性高浓 度含砷重金属废水的处理与回用。
背景技术:
重金属废水主要来源于电镀、冷轧钢及有色金属冶炼厂等,废水中含有的铬(Cr)、砷(As)、 镉(Cd)、锌(Zn)、镍(Ni)等重金属离子具有难降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特点, 微量即可产生毒性效应,危害极大,对其进行高效治理已迫在眉睫。
超导高梯度磁分离(HGMS)技术以其投资省、占地小、低能耗、低成本、高效率在资源、 环保领域显示优势,处理速度是常规方法的5倍。但此技术对高浓度离子态物质的分离与去除 效果不佳。超导技术的引入克服了HGMS方法仅靠聚磁介质来提高磁场梯度,对弱磁及非磁 性物质无能为力的缺陷。由于钢铁工业废水中具有大量磁性微粒,可以直接采用HGMS去除, 简单方便。我国上海的第一、第五钢铁厂及宝钢都采用了高梯度磁滤法处理轧钢废水。高梯 度磁过滤还可以用于发电厂及其它热电厂的蒸汽冷却循环水处理,从中去除细粒铁磁性氧化 物(Fe304,λ-Fe203和α-Fe203)、铁磁性或顺磁性放射性金属元素及化合物。去除重金属离子 一直是高梯度磁分离处理工业废水的研究重点。对于含Ni2+电镀废水,2002年孙水裕等分两 步进行了磁种凝聚/磷分离技术处理Ni2+电镀废水试验,处理后废水中Ni2+的去除率达到99%以 上,出水Ni2+为0.42mg/L;2012年李素芹、王俏等将超导-HGMS技术应用于冶金除尘废水处 理,SS去除率接近100%,通过絮凝强化作用可实现纳米级弱磁及无磁性污染物的脱除;分离 提取提钒残渣和除尘灰中有价物质,钒渣提取物中氧化铁可达56%,V2O5达4%左右;除尘灰 提取物中Fe2O3可达56.29%、ZnO达18.61%。
FeOOH在重金属废水处理过程中主要利用其高级氧化作用。FeOOH能够电离出·OH自 由基,其具有较高的氧化电极电位,同时具有电负性或亲电性,能够发生加成反应。在水处 理中能够达到快速高效的效果已有的研究中指出当溶液pH值为3左右,羟基铁交联累托石的 用量为13.29g/L时,常温振荡吸附60min,cr6+的去除率可达到98%,残留cr6+浓度可降至0.5mg/L 以下。但单独使用时消耗大、运行成本过高。研究表明四方纤铁矿对cr(Ⅵ)的吸附容量仅为 80mg/g。
针对以上优缺点及重金属废水呈酸性高浓度砷含量的水质特点,为实现废水中重金属离 子高效去除,发明一种耦合工艺方法,使之在药品使用剂量小,反应时间短,设备操作简单 环节下就能实现重金属废水的高效处理。
发明内容:
本发明目的是为了提高含砷重金属废水的处理效果,特别是砷浓度大于1000mg/L的高浓 度含砷重金属废水。针对重金属废水水质特点,发明一种超导HGMS-FeOOH耦合工艺,使之 无需进行预处理,简单操作条件下即可脱除大量重金属离子。比单独采用FeOOH技术操作简 单,处理效率高。通过多组正交试验,探讨了FeOOH投加量、反应时间和磁场强度对重金属 离子去除率的影响。
所述方法为:向重金属废水中投加适量FEOOH后注入置放于高梯度磁场中的反应槽内, 静置一段时间即可从高浓度含砷废水中脱除砷0.3-3810mg/L。处理前无需调节废水pH值以及 其他任何预处理,FEOOH材料加入量为0.1-0.9g/ml,磁场强度为3-5T。
进一步地,FEOOH材料投加量为0.2-0.4g/ml。
进一步地,磁场强度为4-4.5T。
进一步地,废水在磁场中的静置时间为1-15min,进一步优选为5-7分钟。
进一步地,在超导HGMS-FEOOH耦合工艺条件下FEOOH的饱和吸附量为6.5-7.5mg/g (1gFeOOH吸附的砷离子量)。
上述方法所用的装置,其特征在于所用装置包含反应槽、反应槽进水口、反应槽出水口、 围绕在反应槽外的超导高梯度磁场发生器,其中磁场发生器与反应槽壁距离i不大于70mm。
反应槽直径d/磁场发生器与反应槽壁距离i小于4。
上述的装置的使用步骤,其特征在于:
步骤一:对重金属废水不需作预处理,将FEOOH材料加入一定量的废水中混合均匀,调整 合适的磁场强度;步骤二:将废水注入置于磁场的反应槽(3)中,待出水口(2)有水流出停 止注水,并关闭出水口(2);步骤三:反应槽中的废水在磁场中静置停留一段时间后,通过 控制流量蠕动泵将废水从反应槽(3)中排出。
向重金属废水中投加适量FeOOH材料,放入磁场中静置一段时间取出即可。在运用超导 HGMS-FeOOH耦合工艺处理重金属废水中,无需对废水进行预处理,处理时间短,处理前无 需调节废水pH值。结果表明,在最佳工艺参数条件下,采用超导HGMS-FeOOH耦合工艺处 理效果好。重金属原水中砷离子浓度为4940.87mg/l,15分钟内即可从高浓度含砷废水中砷离 子去除率达到77.12%以上。在超导HGMS-FeOOH耦合工艺条件下FeOOH的饱和吸附量为 6.5-7.5mg/g(1gFeOOH吸附的砷离子量),可根据废水含砷离子浓度特点适当调整工艺参数。