申请日2012.04.10
公开(公告)日2012.07.25
IPC分类号C02F9/08
摘要
复杂重金属废水应急快速处理方法，包括下列步骤：⑴、砂滤器过滤;⑵、高速泵混合：⑶、紫外光催化臭氧反应;⑷、微波催化活性碳反应;⑸、微电解反应;⑹、废水循环;⑺、芬顿反应;⑻、铝电极板电絮凝;⑼、污泥压滤;循环槽内的废水经流化泵泵入铁碳流化床循环处理;空气压缩机与铁碳流化床相连并防止铁碳流化床内的填料结块;微波活性碳反应器是一个活性碳填充塔，在活性碳填充塔的塔体外设置有微波发射器。本发明用于处理复杂重金属废水，其对应的设备具有简易快速、应急和升级转换三种功能，它无需投入多种化工原料，只需调节电流大小，就能够快速地处理各种复杂不明组分的重金属废水，使废水中的重金属及化学需氧量都能即时达标并排放。
权利要求书
1.复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：依工序排列包括下列步骤：
⑴、砂滤器过滤，将含有复杂重金属的废水送入砂滤器进行过滤处理，滤去废水中大颗粒杂物，提高废水透明度，以利于后续紫外光照射;
⑵、高速泵混合，高速泵将臭氧、氧气和来自步骤⑴的废水高速混合，产生微纳米级臭氧和氧气的混合气泡，从而成百倍地增加臭氧和氧气与废水的反应接触面积;
⑶、紫外光催化臭氧反应，紫外光催化臭氧反应在紫外光臭氧反应器中进行，用微波激发产生紫外光，来自步骤⑵的废水在紫外光照射下，废水中的部份臭氧被催化产生羟基自由基;
⑷、微波催化活性碳反应，微波催化活性碳反应在微波活性碳反应器中进行，用活性碳吸附来自步骤⑶的废水中未反应的臭氧和污染物，用微波催化活性碳，使活性碳再生，并使活性碳吸附废水中未反应的臭氧和污染物的反应不断地进行;
⑸、微电解反应，微电解反应在铁碳流化床上进行，来自步骤⑷的废水中已被裸露的重金属离子在微电解反应过程中析出为单体重金属;
⑹、废水循环，来自步骤⑸的废水在经过循环槽的过程中，既能沉降除去铁碳流化床带出的颗粒，又能防止流化泵抽空时泵的叶轮被气蚀，保护流化泵;
⑺、芬顿反应，芬顿反应在芬顿反应器中进行，将过氧化氢加入芬顿反应器中，过氧化氢与来自步骤⑹的废水和来自步骤⑼的滤液进入芬顿反应器进行芬顿反应，进一步分解废水中的氰化物及其它络合物类有机物，降低废水的化学需氧量;
⑻、铝电极板电絮凝，铝电极板电絮凝在电絮凝澄清器中进行，按照调节废水pH值的需要将过氧化氢、酸、碱、聚丙烯酰胺加入到电絮凝澄清器中，将来自步骤⑺的废水进行调节，pH值调节在7～8条件下，废水中的Fe++及Fe+++生成Fe-Al复合絮凝剂，使废水得到澄清;
⑼、污泥压滤，污泥压滤在压滤机中进行，步骤⑻排出的污泥经过压滤机压干成泥饼并排出，并将滤液反回步骤⑺重复处理。
2.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑹中，循环槽内的废水经流化泵泵入步骤⑸所述的铁碳流化床循环处理。
3.根据权利要求1或2所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑸中，涉及到的设备还包括与铁碳流化床相连并防止铁碳流化床内的填料结块的空气压缩机。
4.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑷中，所述微波活性碳反应器是一个活性碳填充塔，在活性碳填充塔的塔体外设置有微波发射器。
5.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器包括铝电极板、整流器、格板絮凝反应器和斜板。
6.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器还包括过氧化氢、酸、碱、聚丙烯酰胺定量加药备用装置。
7.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器还包括氧化还原电位和pH值控制仪。
8.根据权利要求1所述的复杂重金属废水应急快速处理方法，其特征在于：在所述步骤⑻中，涉及到的设备还包括与所述电絮凝沉清器相连的砂碳过滤罐，经过澄清的废水从电絮凝沉清器进入砂碳过滤罐进行过滤，过滤达标的排放水从砂碳过滤罐排放。
说明书
复杂重金属废水应急快速处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理、环境保护技术领域，特别是涉及一种复杂重金属废水应急快速处理方法。
背景技术
当前，环境、资源、人口成为世界面临的三大主要问题，全球环境的恶化程度与日剧增，正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。随着电子、电镀、线路板、家电拆解行业的无序发展，重金属污染日益严重，突发性重金属污染事件逐年增多，已经对我国土壤、河流、农业生产及人民群众健康造成很大危害。政府已经把重金属污染列入要紧迫解决的问题。
重金属污染具有持久性、扩散性、富集性特点：
(1)持久性：它是不可降解的，会在土壤中存在成百上千年。
(2)扩散性：它可以随着地表水、地下水流动而由局部扩散到更广的范围。
(3)富集性：无论水中或土壤中的重金属，都会沿着食物链向生物链高端富集，最终进入人体，造成对人类健康的持久危害。
目前国内外对混合重金属废水的治理，广泛采用的技术是化学法，它是在废水中加入大量碱性化学物，使重金属形成重金属氧化物从废水中沉淀出来。这个方法已经有几十年历史，技术成熟，重金属去除率较高。但在现实运行中，却有三个障碍：
1、最佳沉淀pH互不覆盖，这些重金属氢氧化物都有不同程度的两性特征，最佳沉淀pH互不相容，所以必须分批处理，分别调节pH。
2、胶体难沉淀：有些重金属氢氧化物本质上是一种胶体，很难澄清，因此，必须加入絮凝剂并调节最佳pH。
3、只有非络合型金属离子才能产生重金属氢氧化物沉淀，在生产实践中，这种混合型废水中的重金属离子75%以上都是络合型的，必须通过破络反应才能使金属离子生成氢氧化物沉淀。对于氰化物型络合物，常采用两级氧化法，对EDTA型络合物，则必须采用强碱法。
以上三大问题，使整个废水处理工艺很复杂，要多次调节pH，多次加入不同氧化剂、酸、碱及絮凝剂多次澄清。于是，整个设备自控系统复杂，造成投资大、占地大、不可移动、运行成本高等一系列问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的重金属废水处理技术采用的自控系统复杂、造成投资大、占地大、不可移动、运行成本高的缺陷，提供一种复杂重金属废水应急快速处理方法，这种复杂重金属废水应急快速处理方法通过对应的设备来体现，其对应的设备具有简易快速、应急和升级转换三种功能，它无需投入多种化工原料，只需调节电流大小，即能够快速地处理各种复杂不明组分的重金属废水，使废水中的重金属及化学需氧量都能即时达标排放。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复杂重金属废水应急快速处理方法，依工序排列包括下列步骤：
⑴、砂滤器过滤，将含有复杂重金属的废水送入砂滤器进行过滤处理，滤去废水中大颗粒杂物，提高废水透明度，以利于后续紫外光照射;
⑵、高速泵混合，高速泵将臭氧、氧气和来自步骤⑴的废水高速混合，产生微纳米级臭氧和氧气的混合气泡，从而成百倍地增加臭氧和氧气与废水的反应接触面积;
⑶、紫外光催化臭氧反应，紫外光催化臭氧反应在紫外光臭氧反应器中进行，用微波激发产生紫外光，来自步骤⑵的废水在紫外光照射下，废水中的部份臭氧被催化产生羟基自由基;
⑷、微波催化活性碳反应，微波催化活性碳反应在微波活性碳反应器中进行，用活性碳吸附来自步骤⑶的废水中未反应的臭氧和污染物，用微波催化活性碳，使活性碳再生，并使活性碳吸附废水中未反应的臭氧和污染物的反应不断地进行;
以上反应要达到的效果是：使废水中被络合物络合的重金属离子成为裸露的单体金属离子;
⑸、微电解反应，微电解反应在铁碳流化床上进行，来自步骤⑷的废水中已被裸露的重金属离子在微电解反应过程中析出为单体重金属;
⑹、废水循环，来自步骤⑸的废水在经过循环槽的过程中，既能沉降除去铁碳流化床带出的颗粒，又能防止流化泵抽空时泵的叶轮被气蚀，保护流化泵;
⑺、芬顿反应，芬顿反应在芬顿反应器中进行，将过氧化氢加入芬顿反应器中，过氧化氢与来自步骤⑹的废水和来自步骤⑼的滤液进入芬顿反应器进行芬顿反应，进一步分解废水中的氰化物及其它络合物类有机物，降低废水的化学需氧量;
⑻、铝电极板电絮凝，铝电极板电絮凝在电絮凝澄清器中进行，按照调节废水pH值的需要将过氧化氢、酸、碱、聚丙烯酰胺加入到电絮凝澄清器中，将来自步骤⑺的废水进行调节，pH值调节在7～8条件下，废水中的Fe++及Fe+++生成Fe-Al复合絮凝剂，使废水得到澄清;
⑼、污泥压滤，污泥压滤在压滤机中进行，步骤⑻排出的污泥经过压滤机压干成泥饼并排出，并将滤液反回步骤⑺重复处理。
上述各步骤所需设备均组合在一个钢架底盘上，可以整体吊运、放置现场，通水通电即可使用。
进一步的，在所述步骤⑹中，循环槽内的废水经流化泵泵入步骤⑸所述的铁碳流化床循环处理。
进一步的，在所述步骤⑸中，涉及到的设备还包括与铁碳流化床相连并防止铁碳流化床内的填料结块的空气压缩机。
进一步的，在所述步骤⑷中，所述微波活性碳反应器是一个活性碳填充塔，在活性碳填充塔的塔体外设置有微波发射器。
更进一步的，在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器包括铝电极板、整流器、格板絮凝反应器和斜板。
更进一步的，在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器还包括过氧化氢、酸、碱、聚丙烯酰胺定量加药备用装置。
更进一步的，在所述步骤⑻中，所述电絮凝澄清器还包括氧化还原电位和pH值控制仪。
更进一步的，在所述步骤⑻中，涉及到的设备还包括与所述电絮凝沉清器相连的砂碳过滤罐，经过澄清的废水从电絮凝沉清器进入砂碳过滤罐进行过滤，过滤达标的排放水从砂碳过滤罐排放。
本发明的有益效果是：1、本发明中的高速泵混合技术亦即微纳米气泡技术，使臭氧+氧气(O3+O2)形成直径仅1～10nm的微气泡，而常规Ti曝气头仅能产生直径300～500mm的气泡，于是气液接触面积成百倍地增加，反应加快了。2、本发明中的紫外光催化臭氧反应技术采用微波激发紫外光的臭氧反应技术，用紫外光激发臭氧，可以使部分臭氧产生羟基自由基，从而加快了臭氧反应速度。这已为很多研究证实，但大规模工业用案例极少，原因是：现有技术的臭氧反应器是一个7～8米高的空心塔，而常规高压电紫外光长度不到一米，无论将其安装在塔的上部、中部或是下部，都解决不了高电压灯管接电头防水漏电的问题，本发明采用微波激发产生紫外光，高压电只接通设备体外的微波发射器，以高频电磁波形式向水体中的灯管发射能量，这就不存在高压灯管接线头漏电漏水的问题。3、本发明中的微波催化活性碳反应技术采用了微波激活活性碳反应技术;臭氧反应有两个特点：在反应初期的15～30分钟内，反应速度很快，表现为化学需氧量降低速率快，因为这时水中有机物浓度相对较高，尤其水中小分子量有机物含量高时，这个特征更明显，这阶段水中化学需氧量总降解量仅占水中总化学需氧量的30%左右;在反应后期的30分钟后，反应速度很慢，表现为化学需氧量降低不大，因为这时水中有机物含量已较低，易降解的小分子有机物大部分已被分解，剩下的大多是难降解的大分子有机物，要完成这段反应，需耗2～5小时以上，如果仅采用常规臭氧反应塔，则反应塔排气中臭氧浓度高，臭氧浪费大，这在工程成本上不能接受。本发明中的微波催化活性碳反应步骤成功地解决了上述问题。4、本发明中的微电解反应技术采用三相流化床技术解决了铁碳填料失活、堵塞难题，它的运行要点是：①正常情况下，它是以膨胀床运行，即填料颗粒仅处于临界流化工况，颗粒表面之间仅是轻微摩擦而又相互接触，此时能耗最低。由床层阻力△P监测铁碳填料结块前奏，当△P达到一临界值时，PLC会自动增大流化泵流化压力。②由床层内ORP值监测铁碳填料的反应活性，当ORP降到临界点时，PLC也会调整进水泵流量，以调整反应时间，同时调整流化泵出力，改变流化工况，增加颗粒相互摩擦力，更新反应表面。③由床层pH值监测重金属在铁碳颗粒表面析出的快慢，由PLC调整酸碱加入量以稳定pH在特定区间。上述各点是在各种重金属模拟废水测定曲线基础上，综合得出△P-pH-ORP-Q关系、转变成程序、输入PLC中完成。5、本发明中的芬顿反应技术进一步分解废水中的氰化物及其它络合物类有机物、并进一步降低废水的化学需氧量，芬顿反应器控制氧化还原电位(ORP)值。所述芬顿反应器是一个很经典的芬顿反应体系，在芬顿反应器中，Fe++/H2O2比例及H2O2投加总量决定了反应效率，由于进入芬顿反应器的Fe++量已由三相流化床的微电解过程决定，因而只需控制H2O2加入量。本发明的创新之处在于仅用一个ORP值即可反馈到PLC中，指令H2O2投药系统。6、本发明中的铝电极板电絮凝把芬顿反应器产生的Fe++及Fe+++调节在pH值为7～8条件下生成Fe-Al复合絮凝剂，使废水得到澄清、过滤达标并排放。本发明的创新之处在于用铝电极板电絮凝，它能够：①、自动升高废水pH1-2个单位，使废水由芬顿反应器中pH4自动升至pH5-6，此时铝电极溶出率最快，新生AL+++活性最大。②、新生的AL+++与废水中的Fe+++在此pH下形成Fe-AL复合絮凝剂核心，絮凝效果最好。③、铝电极板能把废水中多余的Fe+++量换析出Fe0，避免产水反黄，产水无色清亮。④、由于上述情况，在电极后的絮凝反应槽中只需极少量碱，便可由pH5-6升到pH7-8，碱耗极低。7、这种复杂重金属废水应急快速处理方法通过对应的设备来体现，其对应的设备具有简易快速、应急和升级转换三种功能，它无需大量投入多种化工原料，只需调节电流大小，即能够快速地处理各种复杂不明组分的重金属废水，使废水中的重金属及化学需氧量都能即时达标排放。8、其对应的设备是一套机电一体化、自动化、组装式可用车辆移动的设备;在突发性事件发生时，能用平板车将该设备拉到现场，接上水管，利用车载发电机供电，该设备即能运行。9、该设备能够使产生重金属废水的企业的废水站升级，放在废水站工艺首端作预处理用，可以提升整个废水站的效能;放在废水站工艺末端，作深度处理用，可提升废水站排放水质的达标率。10、更换设备内电极及催化剂填料，可以实现机组功能转换，成为劣质水源的供水设备。