[發(fā)明專利]超導(dǎo)HGMS-活性炭耦合工藝處理重金屬廢水的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310666381.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN103693726A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李素芹;胡彬彬;熊國宏;錢鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué);北京麥爾得科技有限公司
• 主分類號(hào): C02F1/62
• 分類號(hào): C02F1/62;C02F1/28;C02F1/48
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于資源與環(huán)境領(lǐng)域，涉及利用超導(dǎo)HGMS(High?Gradient?Magnetic?Separation)技術(shù)與活性炭吸附的耦合工藝，可實(shí)現(xiàn)廢物處理及資源化利用。特別適合于酸性高濃度含砷重金屬廢水的處理與回用。

背景技術(shù)：

重金屬廢水主要來源于電鍍、冷軋鋼及有色金屬冶煉廠等，廢水中含有的鉻(Cr)、砷(As)、鎘(Cd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)等重金屬離子具有難降解、不可逆、毒性大和易被生物富集等特點(diǎn)，微量即可產(chǎn)生毒性效應(yīng)，危害極大，對(duì)其進(jìn)行高效治理已迫在眉睫。

超導(dǎo)高梯度磁分離(HGMS)技術(shù)以其投資省、占地小、低能耗、低成本、高效率在資源、環(huán)保領(lǐng)域顯示優(yōu)勢(shì)，處理速度是常規(guī)方法的5倍。但此技術(shù)對(duì)高濃度離子態(tài)物質(zhì)的分離與去除效果不佳。超導(dǎo)技術(shù)的引入克服了HGMS方法僅靠聚磁介質(zhì)來提高磁場(chǎng)梯度，對(duì)弱磁及非磁性物質(zhì)無能為力的缺陷，其具有超強(qiáng)污染物去除功能，使HGMS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。由于鋼鐵工業(yè)廢水中具有大量磁性微粒，可以直接采用HGMS去除，簡(jiǎn)單方便。我國上海的第一、第五鋼鐵廠及寶鋼都采用了高梯度磁濾法處理軋鋼廢水。高梯度磁過濾還可以用于發(fā)電廠及其它熱電廠的蒸汽冷卻循環(huán)水處理，從中去除細(xì)粒鐵磁性氧化物(Fe₃O₄，λ-Fe₂O₃和α-Fe₂O₃)、鐵磁性或順磁性放射性金屬元素及化合物。去除重金屬離子一直是高梯度磁分離處理工業(yè)廢水的研究重點(diǎn)。對(duì)于含Ni²⁺電鍍廢水，2002年孫水裕等分兩步進(jìn)行了磁種凝聚/磷分離技術(shù)處理Ni²⁺電鍍廢水試驗(yàn),處理后廢水中Ni2+的去除率達(dá)到99%以上，出水Ni²⁺為0.42mg/L；2012年李素芹、王俏等將超導(dǎo)-HGMS技術(shù)應(yīng)用于冶金除塵廢水處理，SS去除率接近100%，通過絮凝強(qiáng)化作用可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)弱磁及無磁性污染物的脫除；分離提取提釩殘?jiān)统龎m灰中有價(jià)物質(zhì)，釩渣提取物中氧化鐵可達(dá)56%，V2O5達(dá)4%左右；除塵灰提取物中Fe₂O₃可達(dá)56.29%、ZnO達(dá)18.61%。

目前，活性炭吸附法在重金屬廢水處理方面也逐步開始工業(yè)化應(yīng)用，取得較好的效果。已有的研究結(jié)果表明活性炭對(duì)鉛、鎘、銅、鋅等重金屬離子有很好的吸附效果，當(dāng)pH>5時(shí)對(duì)重金屬離子的去除率均達(dá)到98％以上，銅離子的活性炭最佳用量是0.3000g，鉛、鎘和鋅的活性炭最佳用量均為1.000g。銅、鉛、鎘和鋅離子的吸附平衡時(shí)間分別為3.5h、1h、1.5h和1.5h。但活性炭吸附存在價(jià)格貴、壽命短、成本高，需再生，特別是污染轉(zhuǎn)移等缺餡，限制其規(guī)模化應(yīng)用。

針對(duì)以上優(yōu)缺點(diǎn)及重金屬廢水呈酸性高濃度砷含量的水質(zhì)特點(diǎn)，為高效去除廢水中重金屬離子高效去除，發(fā)明一種耦合工藝方法，使之在藥品使用劑量小，反應(yīng)時(shí)間短，設(shè)備操作簡(jiǎn)單環(huán)節(jié)下就能實(shí)現(xiàn)重金屬廢水的高效處理。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的是為了提高含砷重金屬廢水的處理效果，特別砷是濃度大于1000mg/L的高濃度含砷重金屬廢水。針對(duì)重金屬廢水水質(zhì)特點(diǎn)，發(fā)明一種超導(dǎo)HGMS-活性炭吸附耦合工藝，使之無需進(jìn)行預(yù)處理，簡(jiǎn)單操作條件下即可脫除大量重金屬離子。比單獨(dú)采用吸附技術(shù)操作簡(jiǎn)單，處理效率高。通過多組正交試驗(yàn)，探討了活性炭的投加量、反應(yīng)時(shí)間、磁場(chǎng)強(qiáng)度等因素對(duì)重金屬離子去除率的影響。所述方法為：向重金屬廢水中投加適量活性炭后注入置放于高梯度磁場(chǎng)的反應(yīng)槽中，靜置一段時(shí)間即可從含砷廢水中脫除砷0.3-3678mg/L。處理前無需預(yù)處理，不調(diào)節(jié)廢水pH值。

進(jìn)一步地，活性炭投加量為0.1-0.9g/ml，優(yōu)選0.6-0.9g/ml。

進(jìn)一步地，超導(dǎo)高梯度磁場(chǎng)強(qiáng)度為3.0-5.0T，優(yōu)選4T。

進(jìn)一步地，在磁場(chǎng)中的靜置時(shí)間為1-15min，優(yōu)選10-15min。

進(jìn)一步地，所用設(shè)備包含，反應(yīng)槽、反應(yīng)槽進(jìn)水口、反應(yīng)槽出水口、圍繞在反應(yīng)槽外的超導(dǎo)高梯度磁場(chǎng)發(fā)生器，其中磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i不大于70mm，反應(yīng)槽直徑d/磁場(chǎng)發(fā)生器與反應(yīng)槽壁距離i不大于5，優(yōu)選3-4。

進(jìn)一步地，活性炭的飽和吸附量為6-8mg/g（1g活性炭吸附的砷離子量），可根據(jù)廢水含砷離子濃度特點(diǎn)適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)。