公布日：2023.05.26
申请日：2023.04.26
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/70(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种基于零价铁填充床系统的重金属废水处理方法。本发明的重金属废水处理方法，包括如下步骤：S1：对重金属废水进行pH调节、初沉、曝气，得到预处理废水；S2：将预处理废水送入零价铁填充床系统进行处理，零价铁填充床系统包括至少一级零价铁填充床反应器，零价铁填充床反应器设有填料层，填料层中填充有微米级零价铁；S3：对零价铁填充床系统出水进行碱沉、pH调节，形成处理出水。本发明的方法工艺流程简单，药剂消耗量少，处理成本低廉，对铜、镍、钴、锰、砷、镉、铬、铅等多种重金属均具有高效的去除效果，可用于矿山废水、电厂脱硫废水、电镀废水等实际废水的处理，能够实现多种实际废水的达标排放。
权利要求书
1.一种基于零价铁填充床系统的重金属废水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对重金属废水进行pH调节、初沉、曝气，得到预处理废水；S2：将预处理废水送入零价铁填充床系统进行处理，零价铁填充床系统包括至少一级零价铁填充床反应器，零价铁填充床反应器设有填料层，填料层中填充有微米级零价铁；S3：对零价铁填充床系统出水进行碱沉、pH调节，形成处理出水。
2.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，步骤S1中，pH调节为调节重金属废水的pH至6-8；曝气时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，步骤S2中，零价铁填充床反应器包括壳体，在壳体内部自上向下依次设置进水区、填料层和出水沉淀区，进水区、填料层和出水沉淀区之间的高度比为（1-5）：（2-3）：（1-6）。
4.根据权利要求3所述的重金属废水处理方法，其特征在于，壳体的上部和下部分别为圆筒形和倒梯形，进水区和填料层设置在壳体上部，出水沉淀区设置在壳体下部，壳体上部直径与填料层高度的比值为（2-5）：1，壳体下部底面直径与填料层高度的比值为（1-3）：1。
5.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，填料层包括填料和负载在填料中的微米级零价铁；其中，填料选自海绵、多面空心球、立体空心填料、悬浮球、石英砂和椰壳炭中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的重金属废水处理方法，其特征在于，微米级零价铁的粒径为30-50μm，微米级零价铁在填料中的负载量为5-10%。
7.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，步骤S2中，在将预处理废水送至零价铁填充床系统进行处理之前，先对零价铁填充床反应器进行活化；活化包括：向零价铁填充床反应器的填料层中加入NaNO3与FeSO4的混合溶液进行活化，活化时间为24-72h。
8.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，步骤S3中，碱沉包括：采用石灰水溶液将零价铁填充床系统出水的pH调节至9-11。
9.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，零价铁填充床系统包括两级以上零价铁填充床反应器，上一级零价铁填充床反应器的出水通过重力作用进入下一级零价铁填充床反应器进一步处理。
10.根据权利要求1所述的重金属废水处理方法，其特征在于，重金属废水中含有铜、锰、砷、硒、铅、镉、汞、铬和镍中的多种离子。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于零价铁填充床系统的重金属废水处理方法，其工艺流程简单，药剂消耗量少，对铜、镍、钴、锰、砷、镉、铬、铅等多种重金属均具有高效的去除效果。
本发明提供一种基于零价铁填充床系统的重金属废水处理方法，包括如下步骤：S1：对重金属废水进行pH调节、初沉、曝气，得到预处理废水；S2：将预处理废水送入零价铁填充床系统进行处理，零价铁填充床系统包括至少一级零价铁填充床反应器，零价铁填充床反应器设有填料层，填料层中填充有微米级零价铁；S3：对零价铁填充床系统出水进行碱沉、pH调节，形成处理出水。
在本发明步骤S1中，pH调节为调节重金属废水的pH至6-8；曝气时间为1-2h。研究表明：采用pH调节池、初沉池和曝气池对实际的重金属废水依次进行pH调节、初沉、曝气的预处理工艺，能够有效提高后续零价铁填充床反应器对重金属的处理效果，其原因可能在于：上述特定的预处理工艺将成分复杂的实际重金属废水中络合态的重金属转化为离子态重金属，降低了废水中固体悬浮物的浓度以及其它杂质成分的干扰作用，避免了实际废水中复杂成分带来的不利影响，进而后续采用微米级零价铁即可获得良好的处理效果。
实际脱硫废水中通常含有400-1200mg/L的氨氮，在不同的pH值条件下，基于氨与水分子相对挥发度的差异，通过曝气将氨以分子氨的形式从水中分离（公式1），络合态的重金属解络合，变为离子态重金属（公式2），从而更容易被零价铁填充床反应器高效去除。
在本发明步骤S2中，零价铁填充床反应器包括壳体，在壳体内部自上向下依次设置进水区、填料层和出水沉淀区，进水区、填料层和出水沉淀区之间的高度比为（1-5）：（2-3）：（1-6）。
具体地，壳体的上部和下部分别为圆筒形和倒梯形，进水区和填料层设置在壳体上部，出水沉淀区设置在壳体下部，壳体上部直径与填料层高度的比值为（2-5）：1，壳体下部底面直径与填料层高度的比值为（1-3）：1。
填料层包括填料和负载在填料中的微米级零价铁；其中，填料选自海绵、多面空心球、立体空心填料、悬浮球、石英砂和椰壳炭中的至少一种，优选为海绵、石英砂、椰壳炭、多面空心球或立体空心填料，进一步优选为海绵、石英砂或椰壳炭。研究表明：海绵、石英砂、椰壳炭对实际废水中的重金属处理迅速且去除效果稳定，处理效果最佳；其次多面空心球、立体空心填料的处理效果亦较佳。此外，微米级零价铁的粒径可以为30-50μm，微米级零价铁在填料中的负载量可以为5-10%。
特别是，在将预处理废水送至零价铁填充床系统进行处理之前，先对零价铁填充床反应器进行活化；活化包括：向零价铁填充床反应器的填料层中加入NaNO3与FeSO4的混合溶液进行活化，活化时间为24-72h，优选为24h。更具体地，混合溶液中NaNO3的浓度为25-35mg/L，优选为30mg/L；混合溶液中FeSO4的浓度为25-35mg/L，优选为30mg/L；混合溶液的加入速率为10-15mL/h，优选为12mL/h。
在本发明步骤S3中，碱沉包括：采用石灰水溶液将零价铁填充床系统出水的pH调节至9-11。
本发明对零价铁填充床反应器的设置级数不作严格限制，可根据实际情况合理设置；具体地，零价铁填充床系统可以包括两级以上零价铁填充床反应器，上一级零价铁填充床反应器的出水通过重力作用进入下一级零价铁填充床反应器进一步处理。
本发明对重金属废水不作严格限制，重金属废水中可以含有铜、锰、砷、硒、铅、镉、汞、铬和镍中的多种离子，包括但不限于矿山废水、电厂脱硫废水、电镀废水等实际废水，废水中各重金属的浓度为0-160mg/L；经本发明的方法处理后，处理出水中的重金属离子浓度均达到《中华人民共和国污水综合排放标准》（GB8978-1996）。
本发明的实施，至少具有以下优势：1、本发明的重金属废水处理方法工艺流程简单，药剂消耗量少，能耗低，处理成本低廉，对复杂实际废水具有很好的处理效果，可高效去除水中多种重金属，具有广泛的应用前景；2、本发明采用微米级零价铁，相比于纳米级零价铁，减缓了团聚现象，阻止了铁离子的快速溶出失活；并且通过NaNO3与FeSO4混合溶液的活化，动态生成了活性铁组分，使得体系保持长期稳定的处理重金属性能；3、本发明采用特定的零价铁填充床系统进行处理，在设置多级零价铁填充床反应器时，可以利用不同反应器的高度差通过重力作用实现重金属废水的多级反应，降低了能耗，提高了处理效果；相对于传统的铁盐沉淀法，产生的固体废渣量少，对水质复杂、重金属浓度高达150mg/L的实际废水均可处理达标；4、本发明采用pH调节池、初沉池和曝气池作为零价铁填充床系统的预处理工艺，可将络合态的重金属转化为离子态重金属，降低废水中固体悬浮物浓度，保证了零价铁填充床装置对重金属的处理效果；同时，零价铁填充床系统后采用碱沉池进行碱沉，进一步去除废水中多余的铁、锰等离子，采用微米级零价铁即可实现与纳米级零价铁相当甚至更佳的处理效果，保证处理出水满足排放标准。
（发明人：刘海洋;梁秀广;徐乐瑾;杨言;高焕冉;张国柱;荆亚超;高阳;李飞）
