申请日2012.10.24
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号C02F1/62; C02F103/38; C02F11/00; C02F1/66
摘要
本发明公开了一种含钒和铝的废水的处理方法及其应用，该方法包括以下步骤，(1)在沉钒反应条件下，将含钒和铝的废水与碱性物质接触;(2)将步骤(1)接触后所得混合物进行固液分离，得到固体钒产物和含铝清液;(3)将步骤(2)中得到的含铝清液作为絮凝剂使用。本发明提供的方法在污水处理中的应用具有以下优点：工艺流程简单，回收的钒饼可作为生产钒的原材料，处理后废水中的钒元素<1.0mg/L，达到国家排放标准。铝作为生化处理中的絮凝剂使用，减少了工业上絮凝剂的使用量，具有一定的经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种含钒和铝的废水的处理方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤：
(1)在沉钒反应条件下，将含钒和铝的废水与碱性物质接触;
(2)将步骤(1)接触后所得混合物进行固液分离，得到固体钒产物和 含铝清液;
(3)将步骤(2)中得到的含铝清液作为絮凝剂使用。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述沉钒反应 条件包括pH为3-4，温度为40-60℃，时间为5-10分钟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述碱性 物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(3)中，将步骤(2) 中得到的含铝清液作为絮凝剂使用的方式包括将所述含铝清液与生化处理 二沉池剩余污泥混合。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，相对于1L的生化处理二沉池剩 余污泥和清液的总量，以铝元素计，所述步骤(2)中得到的含铝清液的投 加量为20-200mg。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含钒和铝的废水的pH<2， 以铝元素计，铝含量为500-4000mg/L，以钒元素计，钒含量为100-200mg/L。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含钒和铝的废水为乙丙橡 胶生产废水。
8.权利要求1-7中任意一项所述的含钒和铝的废水的处理方法在污水 处理中的应用。
说明书
一种含钒和铝的废水的处理方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种废水处理方法及其应用，具体地，涉及一种含钒和铝的 废水的处理方法及其应用。
背景技术
含钒废水对环境及人体的危害极大，钒可刺激呼吸系统、消化系统和神 经系统，也可损害皮肤、心脏和肾脏，可使皮肤出现炎症并引起变态性疾病。 含铝废水不仅污染环境，还浪费了铝资源，许多溶于水的铝无机化合物随废 水排入水体后，通过影响饮用水的品质对人和动物产生危害。根据《污水综 合排放标准》GB8978-1996，含钒废水排放执行国家一级排放标准：钒元素 含量<1.0mg/L。由于传统上铝不被认为是一种污染物，因此在废水排放标 准中对铝浓度是没有限制的，但在许多工业废水中，铝仍以污染物的形式存 在。
目前，国内外研究了十余种处理含钒废水的方法，这些方法可分为四大 基本类型，即物理法、化学法、物理化学法和生物法。物理法主要有硅藻土 吸附法、活性炭吸附法等;化学法主要有铁屑(或硫酸亚铁)沉淀法、二氧 化硫沉淀法、钡盐法等;物理化学法主要有离子交换法、TBP萃取法、反渗 透法、电解法等;生物法主要有厌氧生物法和好氧生物法。
在含铝废水处理应用方面可借鉴的实例还相当有限，目前治理含铝废水 的方法主要有沉淀法、离子交换法和反渗透法。
CN 101113062A公开了一种含钒废水的处理方法，介绍了一种通过离子 交换吸附钒，将洗脱液进行沉钒回收其中的钒来处理废水的方法。离子交换 法可回收钒，处理效果比较稳定，缺点是处理工序复杂，离子交换树脂用量 较大，再生频繁，处理成本偏高。
《化学法处理高浓度含钒碱性工业废水》(工业水处理：2009(29);第 7期;51-53)公开了一种采用硫酸亚铁在酸性条件下氧化成Fe3+，与高价钒 生成钒酸铁沉淀，在碱性条件下Fe(OH)2与Fe(OH)3作为絮凝剂与钒酸铁共 沉淀，使用PAM加快沉降速度来处理工业废水的方法，此法需要消耗大量 的酸碱，絮凝剂PAM的使用也增加了处理成本。
由上述内容可知，目前为止，还没有公开能很好的从含钒和铝的废水中 同时处理钒和铝的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种从含钒和铝的废水中同时处理钒和铝的方法， 本发明提供的方法弥补了现有技术的缺陷，本发明提供的方法在污水处理中 的应用工艺流程简单，回收的钒饼可作为生产钒的原材料，回收的铝作为生 化处理中的絮凝剂使用，具有一定的经济效益和社会效益。
为了实现上述目的，本发明提供一种含钒和铝的废水的处理方法，其特 征在于，该方法包括以下步骤，(1)在沉钒反应条件下，将含钒和铝的废水 与碱性物质接触;(2)将步骤(1)接触后所得混合物进行固液分离，得到 固体钒产物和含铝清液;(3)将步骤(2)中得到的含铝清液作为絮凝剂使 用。
采用本发明提供的方法具有以下优点：工艺流程简单，回收的钒饼可作 为生产钒的原材料，处理后废水中的钒元素<1.0mg/L，达到国家排放标准。 铝作为生化处理中的絮凝剂使用，减少了工业上絮凝剂的使用量，具有一定 的经济效益和社会效益。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描 述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
根据本发明的方法，在所述步骤(1)中，所述碱性物质为本领域常用 原料，目的是调节含钒和铝的废水的pH值，以发生钒的沉淀反应。为了使 沉淀反应效果更好，优选碱性物质的种类和用量使得步骤(1)接触后所得 混合物的pH为3-4，在上述pH条件下，铝不以沉淀形式析出，而钒则以沉 淀形式析出，由此通过后续的固液分离可以将钒回收。
所述碱性物质可以是各种能够使含钒和铝的废水中的钒发生沉钒反应 形成沉淀的物质，优选选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中的一种或多种。 上述碱性物质可以以固体形式直接使用，也可以以水溶液形式使用。以水溶 液使用时，优选浓度为10重量%至饱和浓度。
根据本发明的方法，在所述步骤(1)中，所述将含钒和铝的废水与碱 性物质接触的条件范围较宽，为使沉淀反应效果更好，优选温度为40-60℃， 时间为5-10分钟。
所述步骤(1)的沉钒反应可以在各种反应容器中进行，对于工业生产， 优选步骤(1)在反应池中进行。
根据本发明的方法，步骤(2)中的固液分离可以是现有的各种能够实 现固相与液相分离的方法，例如抽滤、压滤或离心分离，优选情况下，所述 固液分离的方法为压滤法。对压滤的条件没有特别限定，以尽可能充分地实 现固相与液相的分离为准。
根据本发明的方法，为了减小压滤的负荷，优选在接触后压滤前将接触 后的混合物转入沉淀池中进行静置沉钒。沉钒停留时间越长，沉淀越完全， 但综合考虑沉淀效果和生产效率，优选沉钒停留时间为0.5-1小时。通过该 沉钒步骤后，大部分含钒沉淀物沉入底部，上部得到澄清液，由此仅需对底 部物料进行压滤即可。
根据本发明的方法，通过步骤(2)所述固液分离得到的含铝清液可以 用作絮凝剂。该絮凝剂可以用于各种需要使用絮凝剂的场合，例如，可以用 作生化处理二沉池剩余污泥的絮凝剂。因此，优选情况下，将含铝清液用作 絮凝剂的方式包括将所述步骤(2)中得到的含铝清液与生化处理二沉池剩 余污泥混合，可使生化处理二沉池剩余污泥的SV30从65%下降到30%左右。 含铝清液的使用方式和用量可以参照现有的含铝絮凝剂的使用方式和用量， 例如，与生化处理二沉池剩余污泥混合时，为了使絮凝效果更好，优选，相 对于1L的生化处理二沉池剩余污泥和清液的总量，以铝元素计，所述步骤 (2)中得到的含铝清液的投加量为20-200mg。
根据本发明的方法，所述生化处理二沉池剩余污泥是本领域公知的概 念，在污水处理的活性污泥法中，曝气池的泥水混合液进入二沉池进行泥水 分离，沉降下来的污泥一部分作为回流污泥返回曝气池，其余的从沉淀池排 出，从沉淀池排出的这部分污泥称为二沉池剩余污泥。
根据本发明的方法，所述含钒和铝的废水pH<2，以铝元素计，铝含量 为500-4000mg/L，以钒元素计，钒含量为100-200mg/L。
通过本发明的方法，一方面能够有效回收废水中的钒，另一方面还能有 效利用其中的铝元素，完全实现废水处理和废物回收利用。
本发明的方法适用于各种含钒和铝的废水的处理，特别适用于乙丙橡胶 生产过程中产生的含钒和铝废水的处理。
下面结合实施例对本发明方法做进一步的说明。以下实施例中，实验用 水为去离子水，试剂为化学纯。二沉池剩余污泥(100mL)的SV30=65%。 SV30表示污泥搅拌均匀静置30分钟后沉淀部分所占的体积百分数，即污泥 的沉降比。废水和清液中钒元素和铝元素的含量采用电感耦合等离子体发射 光谱仪测得。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量150 mg/L，铝元素含量3610mg/L)与氢氧化钠溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钠溶液的用量使得接触后的混合物的pH值为3.2，沉淀反应温度 为45℃，时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.5小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为0.75 mg/L，铝元素含量为3585mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=30%。
参考例1
按照实施例1的方式对含钒和铝的废水进行处理，不同的是，步骤(3) 中5mL的上层清液由相同重量(以铝元素计)的絮凝剂聚合硫酸铝(北京 圣泉净水材料厂生产)代替，结果产物的SV30=32%。由此说明采用本发明 方法处理后的上层清液可以用作絮凝剂，且絮凝效果可以与现有较好的絮凝 剂的效果相当。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量150 mg/L，铝元素含量2015mg/L)与氢氧化钠溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.5，沉淀反应温度为 50℃，时间为8分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.8小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为0.83 mg/L，铝元素含量为1995mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=32%。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量150 mg/L，铝元素含量1162mg/L)与氢氧化钠溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.8，沉淀反应温度为 55℃，时间为10分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，1小时后，混合物 分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀送 入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为0.87 mg/L，铝元素含量为1147mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=35%。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量100 mg/L，铝元素含量500mg/L)与氢氧化钾溶液(10重量%)在反应池中接触， 氢氧化钾的用量使得接触后的混合物的pH值为3.0，沉淀反应温度为40℃， 时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.6小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.7mg/L，铝元素含量为489mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=38%。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量120 mg/L，铝元素含量1600mg/L)与氢氧化钾溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钾的用量使得接触后的混合物的pH值为3.0，沉淀反应温度为 42℃，时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.6小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.75mg/L，铝元素含量为1585mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=33%。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量130 mg/L，铝元素含量1840mg/L)与碳酸钠溶液(10重量%)在反应池中接触， 碳酸钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.3，沉淀反应温度为43℃， 时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.7小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.78mg/L，铝元素含量为1816mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=33%。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量140 mg/L，铝元素含量1950mg/L)与碳酸钠溶液(10重量%)在反应池中接触， 碳酸钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.3，沉淀反应温度为46℃， 时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.7小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.80mg/L，铝元素含量为1937mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=32%。
实施例8
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量160 mg/L，铝元素含量3800mg/L)与氢氧化钠溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.6，沉淀反应温度为 48℃，时间为10分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.9小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.85mg/L，铝元素含量为3784mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=29%。
实施例9
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量180 mg/L，铝元素含量4000mg/L)与碳酸钠溶液(10重量%)在反应池中接触， 碳酸钠的用量使得接触后的混合物的pH值为3.7，沉淀反应温度为52℃， 时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，0.9小时后，混合 物分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀 送入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.86mg/L，铝元素含量为3950mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=27%。
实施例10
本实施例用于说明本发明提供含钒和铝的废水的处理方法。
(1)将含钒和铝的废水(乙丙橡胶生产废水，pH<2，钒元素含量200 mg/L，铝元素含量1350mg/L)与氢氧化钾溶液(10重量%)在反应池中接 触，氢氧化钾的用量使得接触后的混合物的pH值为3.9，沉淀反应温度为 60℃，时间为5分钟。
(2)将步骤(1)所得混合物转入沉淀池进行沉钒，1小时后，混合物 分层，上层为清液，沉淀沉积在沉淀池底部。将上层清液取出，底部沉淀送 入压滤机中进行压滤，得到含钒滤饼。测得上层清液中钒元素含量为 0.90mg/L，铝元素含量为1340mg/L。
(3)用100mL量筒量取95mL生化处理二沉池剩余污泥，再向其中加 入上述上层清液(即含铝清液)5mL，搅拌均匀后静置30分钟，测得静置 后产物的SV30=33%。
