本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著科學(xué)的進(jìn)步和社會(huì)的不斷發(fā)展，綠色化學(xué)已經(jīng)深入人心。重金屬?gòu)U水不但來(lái)源廣泛而且產(chǎn)量巨大，主要來(lái)自各類工業(yè)生產(chǎn)制造——礦山、廢石場(chǎng)、選礦場(chǎng)、有色金屬冶煉及加工廠、電鍍廠、鋼鐵廠、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆和染料等各種工業(yè)廢水。此類廢水中往往含有fe、cr、pb、cd、mn、cu、zn、hg、ns、co等化合物微小顆?；蛑亟饘匐x子，如不妥善處理而直接排放，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前根據(jù)廢水處理技術(shù)的原理，主要有物理的處理方法、化學(xué)的處理方法、電化學(xué)的處理方法以及生物的處理方法等?，F(xiàn)今處理重金屬離子廢水常用的方法有沉淀法、生物法、吸附法、絮凝法和離子交換法等。但都存在一定的局限性，如費(fèi)用高、操作條件苛刻、易形成二次污染等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：
本發(fā)明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置，由十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐、重金屬離子廢水儲(chǔ)罐、泡沫分離塔、空氣分布器、消泡裝置、泡沫收集器、空氣壓縮機(jī)、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第四閥門、第一離心泵、第二離心泵、重金屬離子廢水流量控制器、十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器、壓縮空氣流量控制器、泡沫塔液位控制器、成分分析檢測(cè)顯示元件和高選器組成；十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐的出口依次通過第一離心泵和第一閥門與泡沫分離塔的第一入口連接；重金屬離子廢水儲(chǔ)罐的出口依次通過流量控制器、第二離心泵和第二閥門與泡沫分離塔的第二入口連接；重金屬離子廢水流量控制器同時(shí)與第二閥門的控制端和第一閥門控制器的信號(hào)輸入端連接，第一閥門控制器的控制端接收重金屬離子廢水流量控制器的輸出信號(hào)并與第一閥門連接；泡沫分離塔液位控制器與第四閥門連接；泡沫分離塔的泡沫出口與消泡裝置連接，所述泡沫收集器與消泡裝置連接；壓縮空氣與泡沫分離塔底部入口連接，泡沫分離塔依次通過成分分析檢測(cè)顯示元件、高選器與第三閥門控制器連接，第三閥門控制器與第三閥門連接，第三閥門通過旁路控制空氣壓縮機(jī)輸送至泡沫分離塔底部壓縮空氣流量。
本發(fā)明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的方法，包括以下步驟：
(1)模擬配置濃度分別為0.3mg/l的cr3+(cr(no3)3水溶液)、0.2mg/l的cd2+(cdso4水溶液)和0.25mg/l的pb2+(pb(no3)2水溶液)的廢水溶液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的硫酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)模擬廢水的ph為7.0，置于重金屬離子廢水儲(chǔ)罐中，通過第二離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(2)將濃度為150mg/l的十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液置于十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐中，通過第一離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(3)空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)增壓輸送至泡沫分離塔底部，再經(jīng)空氣分布器分布，為泡沫分離塔中表面活性劑氣泡產(chǎn)生的動(dòng)力及介質(zhì)；
(4)重金屬離子廢水溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液自泡沫分離塔底部入口進(jìn)入塔內(nèi)后被分布的氣泡攪拌均勻，同時(shí)混合液中的重金屬離子被氣泡表面的活性劑吸附，氣泡上升至塔頂泡沫出口流入泡沫收集器，被泡沫收集器上端的消泡裝置消泡后成液態(tài)積存于收集器底部，該液體即為重金屬離子濃縮液；
(5)重金屬離子濃縮液經(jīng)后期回收處理后，可得相應(yīng)產(chǎn)品；
(6)重金屬離子廢水溶液與表面活性劑溶液按15:1的流量比流入泡沫分離塔；空氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓輸送至泡沫分離塔底部，其流量為550-800ml/min；
(7)泡沫分離塔中重金屬離子溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液平均停留時(shí)間控制在0.5-1h，經(jīng)泡沫分離重金屬離子后的殘液經(jīng)塔底出口排出；
(8)模擬重金屬離子廢水溶液經(jīng)該工藝對(duì)處理后殘液中pb2+、cd2+、cr3+的殘留濃度分別低于0.0365mg/l、0.031mg/l和0.030mg/l，達(dá)到了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，泡沫分離塔中重金屬離子去除率為84.1％-95.4％。
本發(fā)明的有益效果在于：
本發(fā)明是一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置與方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是根據(jù)表面吸附的原理,通過向溶液中鼓泡并形成泡沫層，將泡沫層與液相主體分離，由于表面活性物質(zhì)聚集在泡沫層內(nèi),就可以達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)或凈化液相主體的目的。該技術(shù)具有三個(gè)特點(diǎn):(1)設(shè)備比較簡(jiǎn)單、能耗低、投資少,而且操作和維修都方便；(2)在常溫或低溫下操作,因此適用于熱敏性和化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的成分的分離；(3)適用于低溫度組分的濃縮和回收。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中：1-十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐、2-重金屬離子廢水儲(chǔ)罐、3-泡沫分離塔、4-空氣分布器、5-消泡裝置、6-泡沫收集器、7-空氣壓縮機(jī)、f1-第一閥門、f2-第二閥門、f3-第三閥門、f4-第四閥門、b1-第一離心泵、b2-第二離心泵、f1c-重金屬離子廢水流量控制器、f2c-十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器、f2c-壓縮空氣流量控制器、lc-泡沫塔液位控制器、aei-成分分析檢測(cè)顯示元件、gs-高選器。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：
本發(fā)明以垃圾滲濾液為處理對(duì)象，以十二烷基硫酸鈉(sds)為表面活性劑的溶液為原料，采用泡沫分離法，連續(xù)分離廢水中的鉛(pb2+)、鎘(cd2+)、鉻(cr3+)，并采用連續(xù)控制系統(tǒng)對(duì)工藝條件進(jìn)行控制，達(dá)到持續(xù)、穩(wěn)定、高效的去除廢水中重金屬離子的目的。
如圖1所示：本發(fā)明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的裝置，由十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐1、重金屬離子廢水儲(chǔ)罐2、泡沫分離塔3、空氣分布器4、消泡裝置5、泡沫收集器6、空氣壓縮機(jī)7、第一閥門f1、第二閥門f2、第三閥門f3、第四閥門f4、第一離心泵b1、第二離心泵b2、重金屬離子廢水流量控制器f1c、十二烷基硫酸鈉溶液流量控制器f2c、壓縮空氣流量控制器f3c、泡沫分離塔液位控制器lc、成分分析檢測(cè)顯示元件aei和高選器gs組成；十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐的出口依次通過第一離心泵和第一閥門與泡沫分離塔的第一入口連接；重金屬離子廢水儲(chǔ)罐的出口依次通過流量控制器、第二離心泵和第二閥門與泡沫分離塔的第二入口連接；重金屬離子廢水流量控制器同時(shí)與第二閥門的控制端和第一閥門控制器的信號(hào)輸入端連接；第一閥門控制器的控制端與第一閥門連接；泡沫分離塔液位控制器與第四閥門連接；泡沫分離塔的泡沫出口與消泡裝置連接，所述泡沫收集器與消泡裝置連接；壓縮空氣與泡沫分離塔底部入口連接，泡沫分離塔依次通過成分分析檢測(cè)顯示元件、高選器與第三閥門控制器連接，第三閥門控制器與第三閥門連接，第三閥門通過旁路控制空氣壓縮機(jī)輸送至泡沫分離塔底部壓縮空氣流量。
本發(fā)明一種高效處理廢水中多種重金屬離子的方法，包括以下步驟：
(1)模擬配置濃度分別為0.3mg/l的cr3+(cr(no3)3水溶液)、0.2mg/l的cd2+(cdso4水溶液)和0.25mg/l的pb2+(pb(no3)2水溶液)的廢水溶液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的硫酸或氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)模擬廢水的ph為7.0，置于重金屬離子廢水儲(chǔ)罐中，通過第二離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(2)將濃度為150mg/l的十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液置于十二烷基硫酸鈉溶液儲(chǔ)罐中，通過第一離心泵增壓輸送至泡沫分離塔底部入口；
(3)空氣經(jīng)空氣壓縮機(jī)增壓輸送至泡沫分離塔底部，再經(jīng)空氣分布器分布，為泡沫分離塔中表面活性劑氣泡產(chǎn)生的動(dòng)力及介質(zhì)；
(4)重金屬離子廢水溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液自泡沫分離塔底部入口進(jìn)入塔內(nèi)后被分布的氣泡攪拌均勻，同時(shí)混合液中的重金屬離子被氣泡表面的活性劑吸附，氣泡上升至塔頂泡沫出口流入泡沫收集器，被泡沫收集器上端的消泡裝置消泡后成液態(tài)積存于收集器底部，該液體即為重金屬離子濃縮液；
(5)重金屬離子濃縮液經(jīng)后期回收處理后，可得相應(yīng)產(chǎn)品；
(6)重金屬離子廢水溶液與表面活性劑溶液按15:1的流量比流入泡沫分離塔；空氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓輸送至泡沫分離塔底部，其流量為550-800ml/min；
(7)泡沫分離塔中重金屬離子溶液及十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液平均停留時(shí)間控制在0.5-1h，經(jīng)泡沫分離重金屬離子后的殘液經(jīng)塔底出口排出；
(8)模擬重金屬離子廢水溶液經(jīng)該工藝對(duì)處理后殘液中pb2+、cd2+、cr3+的殘留濃度分別低于0.0365mg/l、0.031mg/l和0.030mg/l，達(dá)到了廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，泡沫分離塔中重金屬離子去除率為84.1％-95.4％。
工藝控制回路描述：
1.原料液流量比值控制系統(tǒng)—單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制目的使重金屬離子廢水溶液與十二烷基硫酸鈉(sds)的表面活性劑溶液流量比為15:1；儲(chǔ)罐2中的重金屬離子廢水溶液經(jīng)泵2輸送至泡沫分離塔的底部第二入口，其流量經(jīng)輸送管路的測(cè)量?jī)x表測(cè)量后輸入到流量控制器f1c，與f1c的給定值
(150ml/min)比較并經(jīng)f1c運(yùn)算后一路信號(hào)輸出信號(hào)給控制閥2，控制重金屬離子廢水溶液的流量為150ml/min；f1c運(yùn)算后的另一路信號(hào)輸送至f2c；儲(chǔ)罐1中的表面活性劑溶液經(jīng)泵1輸送至泡沫分離塔底部第一入口，其流量經(jīng)f2c輸出信號(hào)傳遞給輸送管路中的控制閥1調(diào)節(jié)，保證重金屬離子溶液與表面活性劑溶液的流量比為15:1。該比值控制系統(tǒng)如因重金屬離子廢水濃度變化可予以調(diào)整。
2.泡沫分離塔溶液平均停留時(shí)間控制系統(tǒng)—單回路控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制的目的為(1)控制泡沫分離塔底部液位在塔高的1/5-1/4范圍，保證塔上部有足夠的分離空間，可使塔內(nèi)上升的泡沫帶液率低于10％；(2)控制泡沫塔底部殘液流量，使兩股原料液在塔內(nèi)的平均停留時(shí)間為0.5-1小時(shí)。具體控制回路為：泡沫分離塔底部液位檢測(cè)儀表將液位檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入到液位控制器lc中，與給定值比較并經(jīng)lc運(yùn)算后輸出信號(hào)給控制閥4，通過控制通過閥4殘液流量來(lái)控制液位，達(dá)到控制目的；
3.廢水中重金屬離子殘液濃度控制系統(tǒng)—單回路控制系統(tǒng)該控制系統(tǒng)的目的是通過控制空氣流量使泡沫塔殘液濃度低于0.03mg/l，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；具體控制回路為：泡沫分離塔底部殘液中重金屬離子經(jīng)成分分析檢測(cè)顯示元件aei檢測(cè)后，輸出殘液中各個(gè)金屬離子含量，經(jīng)高選器gs選擇高濃度信號(hào)作為f3c的輸入信號(hào)，與f3c的給定值(0.03mg/l)比較并經(jīng)f3c運(yùn)算后其輸出信號(hào)給空氣流量控制閥3，通過控制進(jìn)入泡沫分離塔的壓縮空氣流量，保證廢水中重金屬離子去除率達(dá)84.1％-95.4％。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。