一种去除废水中铊污染的装置及方法与流程

1.本发明属于工业废水处理的技术领域，具体涉及到一种去除废水中铊污染的装置及方法。


背景技术：

2.铊（tl，thallium）位于元素周期表中第六周期的第三主族，原子序数：81；原子量：204.383；元素符号：tl；常见化合价： 1、 3。金属铊呈蓝白色到银白色。铊（tl）是最毒的稀有金属元素之一，毒性次于甲基汞，是美国epa选定的13种优先考虑的金属污染物之一。铊是一种广泛应用于光学、医药、航天等行业的稀有重金属元素。铊常与其它金属矿物伴生，人类对含铊矿物的开采利用，加剧了铊在环境中的迁移，被动植物富集后，可通过食物链传输至人体，成为人类健康的潜在杀手。近年来发生的铊污染事件，对人们的人体健康和生态环境安全造成巨大威胁。尤其是有色矿业和钢铁冶金行业脱硫工序等产生的废水中，常伴有铊超标排放的情况。
3.铊污染事件发生后，水中铊的去除技术和应用得到重视。我国各级生态环境主管部门近年来已经陆续制定了多项与铊排放相关的环境标准，对铊的排放限值做出了严格规定。国标《无机化学工业污染物排放标准》（gb 31573
‑
2015）规定涉铊、锌、铜、铅重金属无机化合物工业的总铊排放限值为0.005mg/l；广东省地标《工业废水铊污染物排放标准》（db 44/1989—2017）规定总铊排放限值为0.002mg/l；江苏省地标《钢铁工业废水中铊污染物排放标准》规定钢铁工业废水中铊污染物在车间或生产设施废水排放口的排放限值为0.002mg/l。2020年12月21日，生态环境部印发《钢铁工业水污染物排放标准》（gb 13456
‑
2012）修改单，增加了对钢铁企业的总铊排放限值要求，要求钢铁联合企业烧结（球团）车间或生产设施废水排放口总铊排放限值为0.05mg/l；仅有烧结（球团）工序的钢铁非联合企业车间或生产设施废水排放口总铊排放限值为0.006mg/l。
4.目前，应用较多的铊去除技术有自然净化法、混凝法、吸附法、离子交换法、中和法和重复利用法等。排铊工业企业外排的废水水质复杂，水质多呈酸性，含有毒物质较多，对环境污染重。其处理可分为两大类：第一类，使污水中呈溶解状态的铊转变为不溶的重金属化合物，经沉淀和上浮法从污水中除去；第二类，将污水中的铊在不改变其化学形态的条件下，进行浓缩和分离，具体方法有反渗透法、电渗析法、蒸发浓缩法等，这种处理方法成本较高，对于一价铊的处理效果不明显。
5.常用的废水深度处理方法主要有臭氧催化氧化、膜分离、化学氧化等。近年来，电化学技术也逐渐应用在废水深度处理领域。近年来，由于电化学法设备占地面积小，操作灵活，排污量小，不仅可以处理无机污染物，也可以处理有机污染物，甚至连一些无法生物降解的有毒有机物与某些含重金属污水都可用此方法进行处理，再加上风力、核电等新兴发电技术的大力发展和推广应用带来的电能成本降低，使得电化学方法在治理废水方面的应用愈加广泛。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种去除废水中铊污染的装置及方法，可以解决上述问题，并且运行成本低、去除效率高、结构简单、操作方便。
7.为达上述目的，本发明提供了一种去除废水中铊污染的装置，包括并联的两个反应装置槽，反应装置槽内部设置有阳极和阴极，反应装置槽外部设置有直流电源，直流电源的正极与阳极电性连接，直流电源的负极与阴极电性连接；阳极的填料为铁屑，阴极的材料为烧结金属粉末滤芯；反应装置槽的上下方分别设置有出水管道和进水管道，出水管道与阴极连接。
8.进一步地，阴极设置有两组烧结金属粉末滤芯组件，每组包括6个烧结金属粉末滤芯，烧结金属粉末滤芯的间距为10mm。
9.进一步地，烧结金属粉末滤芯的中部和底部均设置有滤芯卡槽。
10.进一步地，出水管道设置有出水口和抽吸泵。
11.进一步地，阳极包括铁屑槽网和填充于铁屑槽网内的废弃铁屑，铁屑槽网底部设置有槽网固定槽，废弃铁屑的填充高度为铁屑槽网高度的16.7%~66.7%。
12.进一步地，反应装置槽的底部还设置有排空管和排泥管。
13.采用上述装置去除废水中铊污染的方法，包括以下步骤：（1）并联两个反应装置槽，将含铊废水从其中一个反应装置槽的进水管道投入反应装置槽内，打开直流电源开关，通过电化学耦合反应去除铊；（2）将去除铊的废水使用抽吸泵抽吸排出，当出水压头降低到进入系统前的进水压头的30%时，投入清洁剂并开启反洗模式；（3）开启反洗模式后，另一个反应装置槽开始重复步骤（1）和步骤（2），两个反应装置槽交替运行，即可。
14.上述方案中，电化学耦合反应包括以下反应：阳极反应：（1）fe
‑
6e
→
2fe
3
；（2）fe
‑
4e
→
2fe
2
；（3）fe
2
‑
e
→
fe
3
；（4）2fe
3
6h2o
→
2fe(oh)3 6h

；（5）2fe(oh)3 有机物
→
2fe(oh)[有机物]
↓
；阴极反应：（6）6h2o 6e
→
3h2↑
6oh
‑
。
[0015]
本发明通过电化学耦合反应，废水中残存的铊与阳极铁屑通电氧化后产生的fe(oh)3发生混凝、凝聚反应后形成矾花沉淀，最终经过沉淀与阴极金属粉末滤芯超滤的双重作用，使废水中残存的铊得以稳定去除。
[0016]
进一步地，反洗模式包括以下步骤：关闭反应装置槽的进水管道，排空余水，将高压水从反应装置槽的出水管道泵入烧结金属粉末滤芯，再将处理后的泥水排空，即可。
[0017]
采用上述方案的有益效果是：反洗开始时，装置停止运行并把装置内的残水排空，进入备用模式（另一装置同时进入运行模式）。采用高压水（4~8mpa）反向从装置出水口处泵
入滤芯，附着在滤芯内部和表面的污染物即被清除。混有附着污染物的泥水混合物通过排空管排出，即完成反洗过程。
[0018]
进一步地，清洁剂为碱式清洁剂，密度为0.900～1.000g/cm3，ph值为11~13。
[0019]
进一步地，高压水的压强为4~8mpa。
[0020]
综上所述，本发明具有以下优点：1、本发明的反应装置槽采用并联的方式，可以同时进行反洗和正常运行的工作，增加工作效率；2、本发明通过电化学耦合反应，废水中残存的铊与阳极铁屑通电氧化后产生的fe(oh)3发生混凝、凝聚反应后形成矾花沉淀，最终经过沉淀与阴极金属粉末滤芯超滤的双重作用，使废水中残存的铊得以稳定去除；3、本发明的含铊废水经电化学氧化和烧结金属粉末滤芯耦合处理后，处理后出水直接由抽吸泵抽出，不必设立单独的二次沉淀池，可大大节省土建费用；4、经本发明处理过的含铊废水的水质，铊浓度可稳定小于0.002mg/l，远低于现有技术中对含铊废水处理浓度的要求；5、本发明将针对现有技术处理废水中铊的不足，开发出一种深度去除废水中铊污染的装置和方法，用于废水中铊的深度处理，其优点在于运行费用低，一次性投资省，处理效果高效，工艺简单易行，无二次污染。
附图说明
[0021]
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明装置的底部平面图；其中，1、进水管道；2、直流电源；3、铁屑槽网；4、阳极；5、槽网固定槽；6、阴极；7、滤芯卡槽；8、抽吸泵；9、出水管道；10、反应装置槽；11、排泥管；12、排空管。
具体实施方式
[0022]
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0023]
本发明提供了一种去除废水中铊污染的装置，包括并联的两个反应装置槽10，如图1所示：反应装置槽10内部设置有阳极4和阴极6，反应装置槽10外部设置有直流电源2，直流电源2的正极与阳极4电性连接，直流电源2的负极与阴极6电性连接；阳极4的填料为铁屑，阴极6的材料为烧结金属粉末滤芯；反应装置槽10的上下方分别设置有出水管道9和进水管道1，出水管道9与阴极6连接。
[0024]
在本发明一个优选的实施例中，如图2所示，反应装置槽10的材质为玻璃钢，厚度为6mm，尺寸为：l
×
b
×
h=600mm
×
450mm
×
1600mm。阳极4包括外部设置的铁屑槽网3和填充于铁屑槽网3内的废弃铁屑，铁屑槽网3底部设置有槽网固定槽5，其中：废弃铁屑装在铁屑槽网3中，铁屑槽网3的尺寸为：l
×
b
×
h=200mm
×
200mm
×
1200mm，材质为ss304不锈钢。其中填充废弃铁屑，填充高度h=800mm。废弃铁屑来自车床加工废料，成分是fe2o3，粒度10~30目，填充度为60%。因为铁屑是牺牲阳极，当铁屑消耗至h=200~400mm之间时，补充铁屑至h=
800mm。
[0025]
其中，阴极6设置有两组烧结金属粉末滤芯组件，烧结金属粉末滤芯组件上方通过管道连接在一起，并且管道与出水管道连接，每组包括6个烧结金属粉末滤芯，烧结金属粉末滤芯的间距为10mm。烧结金属粉末滤芯，同时起到电化学阴极和膜滤的双重作用。滤芯材质为ss304不锈钢，过滤精度：50nm~1
µ
m，膜管长：1200mm，膜管外径：60mm，膜管使用范围：ph值0～14，温度≤200℃，设计压力≤0.25mpa。废铁屑和烧结金属粉末滤芯均为外购。
[0026]
在本发明的一个优选的实施例中，直流电源2的输入电源为交流三相380v
±
10%，50hz\60hz
±
10%。输出电源为直流稳压稳流，稳压精度≤1%，稳流精度≤1%。输出电压调节范围：0~24v额定电压值连续可调，输出电流调节范围：0~500a额定电流值连续可调，输出电压、电流显示分辨率分别为1v、1a。
[0027]
在本发明的一个优选的实施例中，出水管道9设置有出水口和抽吸泵8。经电化学氧化和烧结金属粉末滤芯耦合处理后的出水直接由抽吸泵8抽出，不必设立单独的二次沉淀池，可大大节省土建费用。
[0028]
在反应装置槽10的底部还设置有排空管12，用于检修。在反应装置槽10的底部还设置有排泥管11，产生的含铊污泥经排泥管11排出后进一步无害化处置。
[0029]
本发明还提供了使用上述装置去除废水中铊污染的方法，包括以下步骤：（1）并联两个反应装置槽10，将含铊废水从进水管道1投入反应装置槽10，打开直流电源2开关，通过电化学耦合反应去除铊；（2）将去除铊的废水使用抽吸泵8抽吸排出，当出水压头降低到进入系统前的进水压头的30%时，投入清洁剂并开启反洗模式；（3）反洗模式包括：反洗开始时，第一个反应装置槽10停止运行并把其内部的残水排空，进入备用模式，另一个反应装置槽10同时进入运行模式；采用4~8mpa的高压水反向从装置出水口处泵入滤芯，附着在滤芯内部和表面的污染物即被清除，混有附着污染物的泥水混合物通过排空管12排出，即完成反洗过程；（4）另一个反应装置槽10反洗模式结束后，切换成运行模式，再将其切换成反洗模式，使两个并列的反应装置槽10采用分别处于运行模式和反洗模式的状态，即可完成对废水中铊的清除。
[0030]
在本发明的一个优选的实施例中，清洁剂为碱式清洗剂，其理化性质如下：外观：无色至淡黄色透明液体；密度：0.900～1.000g/cm3；ph值：11~13。
[0031]
在本发明的一个优选的实施例中，反应装置槽10的运行采用间歇操作方式，运行周期分为进水阶段（2h）、电化学氧化阶段（2h）、抽吸阶段（1h）和静沉阶段（1h）共4个阶段完成一个循环（合计6h），之后进入下1个处理循环。
[0032]
使用方法：经常规方法处理后的含铊废水从进水管道1进入反应装置槽10。直流电源2通电后，阳极4废弃铁屑填料产生的fe(oh)3与废水中的铊发生混凝、凝聚反应后形成矾花沉淀，最终经过沉淀与阴极6的烧结金属粉末滤芯超滤的双重作用，使废水中的铊得以稳定去除。净化后的废水经抽吸泵8抽吸排出。当被抽吸排出的出水压头降低到进入系统前的进水压头的30%左右时，对反应装置槽10进行反洗。反应装置10采用一用一备的并联方式。其中一套系统进行反洗时，切换到另一套系统进行正常运行。反应装置10的运行采用间歇操作方式。运行周期分为进水阶段（2h）、电化学氧化阶段（2h）、抽吸阶段（1h）和静沉阶段
（1h）共4个阶段完成一个循环（合计6h），之后进入下1个处理循环。
[0033]
实施例1取自陕西某钢铁厂脱硫废水经“中和 混凝沉淀”处理后的废水作为进水水样，进水管道中的废水中的铊含量为0.14~0.25mg/l。经本发明提供的去除废水中铊污染的装置及方法处理后，其出水中的铊浓度如下表1所示。
[0034]
表1处理前后废水中铊浓度变化表由表1可知，经过本发明提供的去除废水中铊污染的装置及方法处理后，铊浓度可稳定小于0.002mg/l。
[0035]
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。