申请日2021.02.09
公开（公告）日2021.05.18
IPC分类号C02F1/70; C02F1/52
摘要
本发明提供一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法和设备。所述方法包括以下步骤：1)将金属铝熔化并加入催化剂，将熔融合金液浇铸成铝合金颗粒；2)将所述铝合金颗粒加入到污水处理器中，加入污水进行反应，3)反应完全后，将反应混合物过滤得到清水，未反应完全的铝合金颗粒用于下一次水处理。本发明采用的铝合金颗粒还原能力强，能与去离子水持续反应而不钝化，能将污水中有机废物还原分解；无机废物还原为低价态无毒的离子，对污水的PH值适用范围广。反应同时生成氢氧化铝，起到絮凝剂的作用，把污水中的悬浮物吸附后沉降。具有更好的综合水处理效果。
权利要求书
1.一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将金属铝熔化并加入催化剂，将熔融合金液浇铸成铝合金颗粒；所述催化剂是由以下低熔点金属中的一种或多种组成的合金、或含有以下低熔点金属中的一种或多种的化合物：锡、铋、铟、锌、钾、锂和锑，所述催化剂质量占原料的总质量的0.05～1.5％；
2)将所述铝合金颗粒加入到污水处理设备中，加入污水进行反应，
3)反应完全后，将反应混合物过滤得到清水，未反应完全的铝合金颗粒用于下一次水处理。
2.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，所述催化剂为纯铋、纯铟、铟铋合金、铋铟锡锌合金、铋铟锡铅合金、铋钾合金、铋锂合金中的一种。
3.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，步骤1)中，待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机制成粒径为2-5mm的铝合金颗粒。
4.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水中污染物的质量比为100～1000。
5.根据权利要求4所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，所述污水含有有机污染物和/或无机污染物；步骤2)的反应时间为15～120min。
6.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，还包括操作：将铝合金颗粒与污水反应生成的氢气冷凝、干燥后收集。
7.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水反应时进行搅拌，搅拌速度为50～100r/min。
8.根据权利要求1所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，其特征在于，步骤3)中，将反应混合物从处理设备中排出，进行压滤得到清水。
9.一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，其特征在于，包括密封的处理器，所述处理器的上部设置有污水进口，顶盖上开有氢气出口；所述处理器内放置有滤网，在滤网上放置铝合金颗粒；所述反应器的下半部为锥形，锥形底部为水出口。
10.根据权利要求9所述的用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，其特征在于，所述滤网的网孔大小为0.5～1mm；和/或
所述水出口通过管路连接有压滤机。
说明书
一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法和设备
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用铝合金颗粒处理污水的方法及采用的设备。
背景技术
零价金属具有较强的还原活性，可以去除水中的重金属、农药、偶氮染料、硝基芳香族化合物以及硝酸盐、高氯酸盐等多种污染物质，因此在水处理上具有广阔的应用前景。常用的零价金属包括铁、铝、锌等，其中零价铁因具有经济低毒、含量丰富的特点，因此应用最为广泛。但零价铁在还原去污过程中易表面钝化而失去活性。
零价铝是一种强还原剂，其氧化还原电位为E0(Al3+/Al)＝-1.662V，相比于零价铁E0(Fe2+/Fe)＝-0.44V具有更低的还原电位，具有更高的还原能力。
Murphy(Chemical removal of nitrate from groundwater.Nature，1991，350:223-225.)等人通过零价铝将水溶液中的硝酸盐成功还原为NH4+，证实零价铝具有较高的电子转移能力。Lin(Chromate reduction by zero-valent A1 metal as catalyzed bypolyoxometalate.Water research，2009，43(20)；5015-5022)等利用多金属氧酸盐预处理零价铝还原降解络酸盐，在这个反应过程中零价铝表面氧化层被去除后表现出极强的还原能力。
零价铝的应用存在的主要问题是其表面氧化层的存在，因此零价铝必须通过预处理去除其表面氧化层，才能发挥其强还原能力。
发明内容
为解决上述现有技术的问题，本发明提出了一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法。
本发明的又一目的是提出一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，包括以下步骤：
1)将金属铝熔化并加入催化剂，将熔融合金液浇铸成铝合金颗粒；所述催化剂是由以下低熔点金属中的一种或多种组成的合金、或含有以下低熔点金属中的一种或多种的化合物：锡、铋、铟、锌、钾、锂和锑，所述催化剂质量占原料的总质量的0.05～1.5％；
2)将所述铝合金颗粒加入到污水处理设备中，加入污水进行反应，
3)反应完全后，将反应混合物过滤得到清水，未反应完全的铝合金颗粒用于下一次水处理。
步骤1)中所述金属铝可以是铝锭、回收的废铝、铝边角料中的一种或多种。采用回收的废铝、铝边角料可以大大降低成本。
其中，所述催化剂为纯铋、纯铟、铟铋合金、铋铟锡锌合金、铋铟锡铅合金、铋钾合金、铋锂合金中的一种。
进一步地，步骤1)中，待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机制成粒径为2-5mm的铝合金颗粒。
其中，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水中的污染物质量比为100～1000。
本方法处理污水的pH值范围较广，可以是pH值＝1～14的范围。
本方法可以处理有机污水，也可处理有重金属污染的无机污水。所述污水含有有机污染物和/或无机污染物；所述有机污染物包括但不限于甲基橙、甲基蓝、亚甲基蓝、偶氮类染料、硝基化合物；所述无机污染物包括但不限于铜离子、铬(VI)离子、镉离子、硝酸盐、高氯酸盐。
本发明的一种优选技术方案为，所述污水含有有机污染物和/或无机污染物；步骤2)中的反应时间为15～120min。
基于处理有机污水的试验，确定实际水处理操作中的水力停留时间(HydraulicRetention Time，简写作HRT)，是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与反应器内铝合金颗粒作用的平均反应时间。增加铝合金颗粒用量，可以在较短的时间内完成反应。
所述的方法，还包括操作：将铝合金颗粒与污水反应生成的氢气冷凝、干燥后收集。
其中，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水反应时进行搅拌，所述搅拌的速度为50-100r/min。
其中，步骤3)中，将反应混合物从处理设备中排出，进行压滤得到清水。
本发明提出的处理水中污染物的方法，可采用任何能实现水力停留时间、并能够收集氢气的设备。以下为本申请提出的一种优选的水处理设备：
一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，包括密封的处理器，所述处理器的上部设置有污水进口，顶盖上开有氢气出口；所述处理器内放置有滤网，在滤网上放置铝合金颗粒；所述处理器的下半部为锥形，锥形底部为水出口。
本发明用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，采用密封结构，可以同时收集产生的氢气。
处理器内充满氢气，还保证了铝合金颗粒不会接触到氧化性气体。
其中，所述滤网的网孔大小为0.5～1mm；和/或
所述水出口通过管路连接有压滤机。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的污水处理方法工艺简单，铝合金颗粒无需后续氧化层的去除，还原能力强，能与去离子水持续反应而不钝化，可处理pH值中性的污水，无需添加其他化学药剂。因此降低了对污水处理设备的要求，进而降低了污水处理的成本。
本发明采用的铝合金颗粒能将污水中有机废物还原分解；无机废物还原为低价态无毒的离子，对污水的PH值适用范围广。反应同时生成氢氧化铝，起到絮凝剂的作用，把污水中的悬浮物吸附后沉降，因此具有更好的综合水处理效果。
本方法中铝合金颗粒大小为2～5mm，不存在微米级金属粉体(尤其是铝粉)易于爆炸的风险，安全可靠。污水处理器的设计简单有效，可进行连续化处理，工作效率高。
（发明人：刘伯文;李秀刚;付宝建）