申请日2016.07.20
公开(公告)日2016.09.07
IPC分类号C02F9/14; C02F103/16; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种去除冶金工业废水中锰的处理系统，包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、改性粉煤灰振摇吸附除锰装置、曝气池、生物氧化滤池、二次沉淀池、净水集水井。本系统创造性的利用了人工改性粉煤灰的离子化学键合特性，经过特殊加工后的粉煤灰能够在常温水溶液中与锰金属离子发生离子化学键合作用，将锰离子吸附于改性粉煤灰颗粒表面，从而达到吸附净化废水中锰金属离子的目的。同时，本系统应用了先进的微波技术，通过使用特定频率的微波辐射对粉煤灰进行改性处理，能够有效促进粉煤灰颗粒的体积膨胀，大大提高了粉煤灰的吸附效能。此外，本方法实现了对火电厂和燃煤锅炉废物——粉煤灰的二次利用，具有很高的环境效益。
权利要求书
1.一种去除冶金工业废水中锰的处理系统，其特征在于，该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、改性粉煤灰振摇吸附除锰装置、曝气池、生物氧化滤池、二次沉淀池、净水集水井等;其中，含有锰离子的冶金工业废水通过废水管线进入集水井，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，pH值调节池的出口通过废水管线连接改性粉煤灰振摇吸附除锰装置，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的出口通过废水管线连接曝气池，曝气池的出口通过废水管线连接生物氧化滤池，生物氧化滤池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水集水井，净水集水井的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排。
2.根据权利要求1所述的去除冶金工业废水中锰的处理系统，其特征在于，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置最前端设有粉煤灰进料口，粉煤灰进料口后部安装有1套轮式研磨机，轮式研磨机出口设有1部细料传送带，细料传送带中部上方并排安装有3支微波发生器和1部冷却风扇，细料传送带末端连接有软连接管，并与位于振摇吸附舱内部的多孔网状螺旋输送管相连，多孔网状螺旋输送管末端由软连接管连接至废渣输送带，将废渣排出本装置，同时多孔网状螺旋输送管分别通过4根驱动连杆与4部驱动电机相连，振摇吸附舱右下部设有进水阀门，左上部设有排水阀门。
3.根据权利要求2所述的去除冶金工业废水中锰的处理系统，其特征在于，火电厂和燃煤锅炉所产生的粉煤灰由改性粉煤灰振摇吸附除锰装置最左端的粉煤灰进料口进入本装置，经过轮式研磨机的粉碎研磨后，形成较小直径的粉煤灰颗粒，这些粉煤灰颗粒经细料传送带输送至微波发生器下方，此时，微波发生器启动并向其下方经过的粉煤灰颗粒发射特定频率的微波辐射，粉煤灰颗粒在这种微波辐射的作用下，发生均匀的体积膨胀，经过微波辐射处理后的改性粉煤灰颗粒再经冷却风扇送风冷却至常温后，由细料传送带输送至软连接管，并进入多孔网状螺旋输送管，多孔网状螺旋输送管由4根驱动连杆分别与4部驱动电机相连，在驱动电机的带动下做小幅度的水平振荡运动，此时经过pH值调节处理后(处理后pH值为5.5~6.5)的含有金属锰离子的冶金工业废水通过位于振摇吸附舱右下部的进水阀门进入振摇吸附舱内部，与多孔网状螺旋输送管中的改性粉煤灰颗粒发生接触，废水中的金属锰离子能够与改性粉煤灰颗粒发生离子化学键合作用，将锰离子吸附于改性粉煤灰颗粒表面，并且，改性粉煤灰颗粒在水平振荡运动的作用下会缓缓的向多孔网状螺旋输送管底部运动，最终排出多孔网状螺旋输送管，并由废渣输送带排出本装置，并进行外运处理;同时，经过吸附净化处理后的废水经由振摇吸附舱左上部的排水阀门排出本装置，并进入下一处理工序。
4.根据权利要求2所述的去除冶金工业废水中锰的处理系统，其特征在于，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的微波发生器的工作电压为55V，能够发出频率范围为450MHz~180GHz的微波。
5.根据权利要求2所述的去除冶金工业废水中锰的处理系统，其特征在于，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的多孔网状螺旋输送管驱动电机的工作电压为380V，额定功率为2.8KW，平均扭矩为3.9N·m。
说明书
一种去除冶金工业废水中锰的处理系统
技术领域
本发明涉及一种去除冶金工业废水中锰的处理系统，属于环境保护中的废水处理领域。
背景技术
锰是在地壳中广泛分布的元素之一，它在地壳中的含量为0.085%，约占地壳总原子数的万分之三。虽然在海水中含锰量很少，但在海洋深处的淤泥中，含锰却达千分之三。锰的各种价态的氧化物中以二氧化锰最重要，在大自然中，便有大量天然的二氧化锰——软锰矿，它是冶炼锰铁合金的主要原料。在制造玻璃时，加入少量二氧化锰作为脱色剂，二氧化锰也可作为火柴工业的助燃剂，电池工业的氧化剂，油漆和油墨的催干剂，与氢氧化钾混合可制成高锰酸钾。此外，锰还用于有色金属、化工、医药、食品、分析和科研等方面。
锰为社会带来GDP增长的同时，也给生态环境造成了严重的破坏，这反过来制约了社会的发展脚步，给人们的正常生活带来较大的影响。地表水中锰含量超标的现象本不多见。但近年来随着经济的迅速发展，伴随着各种工业污染，锰通过炼钢炉里释放的烟尘、电厂锅炉排放的粉煤灰、锰矿的开采和加工以及市政焚烧炉污染等途径进入大气中，然后沉降进入土壤和水环境中。而电解锰、干电池生产和部分农药生产企业含锰污水的排放更可直接污染地表水。加上自然界中一些含锰天然土壤被长期冲刷流入河流，造成某些地区水体底泥中锰的自然本底值偏高，受到人为活动干扰时进入水体，导致地表水中铁锰含量不断升高。
目前，净化处理含锰废水的方法主要包括以下几种：
(1)絮凝沉淀法：
絮凝沉淀法是通过向废水中投加混凝剂，使废水中难以沉淀的细小颗粒及胶体颗粒脱稳并互相聚集成粗大的颗粒而沉淀，从而实现与废水的分离，达到水质净化的目的。本方法的优点是操作简单、管理方便、投资省、运行费用低;但同时，此方法也存在对废水pH值要求较严格、絮凝剂污染严重等缺点。
(2)微电解法：
用铁屑微电解法处理电解锰酸性废水时，一方面废水中分散的胶体微粒、极性分子、细小污染物受微电场的作用，向相反电荷的电极方向移动，聚集在电极上，形成大颗粒而沉淀;另一方面电极反应不断消耗废水中的H+，使得OH-浓度增高，当达到一定浓度时，废水中的一些重金属离子就会转化为溶度极低的金属氢氧化物而沉淀，从而达到处理电解锰废水的目的。微电解法处理废水中锰的效果比较好，但是需要较为复杂的技术和设备，投资成本比较高，不适合广泛应用。
(3)液膜分离法：
当含重金属离子废水与乳液接触时金属离子的传递过程主要分为萃取反应和反萃取反应，通过传质原理可知，废水中的金属离子透过液膜浓缩在膜内相中，从而达到分离的目的。本方法具有高效、快速、节能的优点，但是处理成本比较高。
目前，现有的处理冶金工业废水中金属锰的方法存在技术条件要求高、设备投资较大、会产生二次污染等问题。因此，有必要摆脱现有的处理技术思路，开辟出处理含锰废水的新途径，进而开发一种全新形式的冶金工业废水中金属锰的处理技术。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种去除冶金工业废水中锰的处理系统，该系统包括集水井、粗格栅、一次沉淀池、pH值调节池、改性粉煤灰振摇吸附除锰装置、曝气池、生物氧化滤池、二次沉淀池、净水集水井;其中，含有锰离子的冶金工业废水通过废水管线进入集水井，在此进行集中收集和初步稳定调节，集水井的出口通过废水管线连接粗格栅，在此去除废水中的大直径固体物质，粗格栅的出口通过废水管线连接一次沉淀池，在此进一步去除废水中的不溶物质，一次沉淀池的出口通过废水管线连接pH值调节池，废水在此进行pH值的精确调节，pH值调节池出水的pH值范围为5.5~6.5，以满足改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的入水pH值要求，pH值调节池的出口通过废水管线连接改性粉煤灰振摇吸附除锰装置，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的出口通过废水管线连接曝气池，在此通过好氧曝气过程对废水中剩余的COD进行初步氧化分解处理，曝气池的出口通过废水管线连接生物氧化滤池，在此对废水残留的COD进行最后的深度净化处理，生物氧化滤池的出口通过废水管线连接二次沉淀池，在此将废水中的剩余不溶物质全部除去，二次沉淀池的出口通过废水管线连接净水集水井，净水集水井的出口通过废水管线将经过本系统处理后的净化出水外排。
其中，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置由粉煤灰改性处理区和粉煤灰振摇吸附舱两部分组成，该装置最前端设有粉煤灰进料口，粉煤灰进料口后部安装有1套轮式研磨机，轮式研磨机出口设有1部细料传送带，细料传送带中部上方并排安装有3支微波发生器和1部冷却风扇，细料传送带末端连接有软连接管，并与位于振摇吸附舱内部的多孔网状螺旋输送管相连，多孔网状螺旋输送管末端由软连接管连接至废渣输送带，将废渣排出本装置，同时，多孔网状螺旋输送管分别通过4根驱动连杆与4部驱动电机相连，同时，振摇吸附舱右下部设有进水阀门，左上部设有排水阀门;火电厂和燃煤锅炉所产生的粉煤灰由改性粉煤灰振摇吸附除锰装置最左端的粉煤灰进料口进入本装置，经过轮式研磨机的粉碎研磨后，形成较小直径的粉煤灰颗粒，这些粉煤灰颗粒经细料传送带输送至微波发生器下方，此时，微波发生器启动并向其下方经过的粉煤灰颗粒发射频率为95.3GHz的微波辐射，粉煤灰颗粒在这种微波辐射的作用下，会发生均匀且适度的体积膨胀，经过微波辐射处理后的改性粉煤灰颗粒再经冷却风扇送风冷却至常温后，由细料传送带输送至软连接管，并进入多孔网状螺旋输送管，多孔网状螺旋输送管由4根驱动连杆分别与4部驱动电机相连，可在驱动电机的带动下做小幅度的水平振荡运动，此时，经过pH值调节处理后(处理后pH值为5.5~6.5)的含有金属锰离子的冶金工业废水通过位于振摇吸附舱右下部的进水阀门进入振摇吸附舱内部，与多孔网状螺旋输送管中的改性粉煤灰颗粒发生接触，废水中的金属锰离子能够与改性粉煤灰颗粒发生离子化学键合作用，将锰离子吸附于改性粉煤灰颗粒表面，并且，改性粉煤灰颗粒在水平振荡运动的作用下会缓缓的向多孔网状螺旋输送管底部运动，最终排出多孔网状螺旋输送管，并由废渣输送带排出本装置，并进行外运处理;同时，经过吸附净化处理后的废水经由振摇吸附舱左上部的排水阀门排出本装置，并进入下一处理工序。
其中，pH值调节池的作用是将经过一次沉淀的废水pH值调节至5.5~6.5，以满足改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的入水pH值要求;其中，曝气池的作用是通过好氧曝气过程对废水中剩余的COD进行初步氧化分解处理;其中，生物氧化滤池的作用是对废水残留的COD进行最后的深度净化处理。
其中，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的微波发生器的工作电压为55V，能够发出频率范围为450MHz~180GHz的微波，平均使用寿命为9000h。
其中，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的振摇吸附舱的有效容积为2800m3，其多孔网状螺旋输送管采用硬质不锈钢材料，抗拉强度为575N/mm2，维氏硬度为180HV，布氏硬度为171HB。
其中，改性粉煤灰振摇吸附除锰装置的多孔网状螺旋输送管驱动电机的工作电压为380V，额定功率为2.8KW，平均扭矩为3.9N·m。
通过本系统处理后的废水，其金属锰的去除效率可达99.2%。
本发明的优点在于：
(1)本系统摆脱了现有的冶金工业废水中金属锰的处理技术思路，创造性的利用了人工改性粉煤灰的离子化学键合特性，经过特殊加工后的粉煤灰能够在常温水溶液中与锰金属离子发生离子化学键合作用，将锰离子吸附于改性粉煤灰颗粒表面，从而达到吸附净化废水中锰金属的目的，其处理效率可达到99.2%。
(2)本系统还创新应用了先进的微波技术，通过使用特定频率的微波辐射对粉煤灰进行改性处理，能够有效促进粉煤灰颗粒的体积膨胀，大大提高了粉煤灰的吸附效能。
(3)本系统实现了对火电厂和燃煤锅炉废物——粉煤灰的二次利用，既重复利用了生产废物，又大大节省了处理物料成本，具有很高的经理效益和环境效益。
(4)本系统原理简单易行，设计施工成本较低，并且处理效果较好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。