[发明专利]提高纳米零价铁利用率处理废水的装置及方法

说明书

技术领域

本发明提供一种提高纳米零价铁利用率处理废水的装置及方法，属于废水处理领域。

背景技术

随着矿业、冶金、化工、染料、医药等行业发展，大量工业废水排入水体，严重污染环境，威胁人类生命健康。相关统计显示，我国大部分水域和土壤都已受到不同程度污染，2004年太湖底泥中总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平；大连湾60%监测站沉积物含镉量超标，渤海锦州湾部分监测站排污口临近海域沉积物锌、铅、镉和汞含量超过第三类海洋沉积物质量标准；近年来，印染废水等工业废水对太湖、淮海等流域造成严重污染。因此，工业废水污染治理迫在眉睫。目前处理方法有物理法、化学法和生物法。物理法如吸附、离子交换等，投资大，处理费用高,适合处理污染物浓度低的工业废水废水；化学法由于需过量添加化学药剂,产生大量废渣,该废渣处理不当易导致二次污染；生物法由于大部分工业废水可生化性差，难以达到良好处理效果。

金属铁（零价铁）一直被用于处理工业废水，但普通零价铁还原速度慢、效率低。纳米零价铁是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围的零价铁，由于亚胶体尺寸及独特原子结构，纳米零价铁具有明显的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而具有特殊磁性、催化和化学性质。与普通尺寸零价铁相比，纳米零价铁不仅有较强的还原性，还具有尺寸小、比表面积大、表面能高等特点，使其处理污染物时具有处理效率高、产泥量少、二次污染小等优点。

作为废水污染修复材料，纳米零价铁发展前景良好，但其遇到下述工程技术问题：（1）目前纳米零价铁多用于实验室小试研究和地下水污染修复，如何实现其在工业废水中应用；（2）现有纳米零价铁反应器仅适用于间歇式废水处理，如何实现废水连续处理；（3）如何有效分离处理后废水和废水中固体悬浮物，保证出水水质；（4）纳米零价铁处理工业废水成本高，如何提高反应效率，降低处理成本。中国发明专利（CN102583689A）介绍了一种“纳米零价铁-电磁系统去除电镀废水中重金属的方法及其装置”，其主要特征是将纳米零价铁和电镀废水置于反应装置内混合反应，反应装置底部设电磁铁，反应完成后接通电源即产生磁场作用力，实现处理后废水和废水中固体悬浮物分离。但该方法仍有下述缺点：（1）处理后废水中固体悬浮物除纳米零价铁外，还含有Fe_x(OH)_y絮体等非磁性物质，电磁系统不能将其与处理后废水完全分离，且电磁分离耗电量大，设备管理复杂；（2）该方法仅适于间歇式废水处理，无法实现废水连续处理，工程化应用可行性不高；（3）纳米零价铁化学性质相对稳定，与水反应缓慢，使用寿命较长，处理后废水中固体悬浮物仍含纳米零价铁有效成分，该方法没有将其循环利用，纳米零价铁利用率低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一提高纳米零价铁利用率处理废水的方法及装置。该方法将纳米零价铁置于本发明提供的一体式装置中，利用该装置的反应、加速沉淀及污泥回用功能处理废水，可实现：（1）利用纳米零价铁连续处理废水；（2）高效分离处理后废水和废水中固体悬浮物，保证出水水质；（3）循环利用纳米零价铁，降低成本；（4）减少纳米零价铁非必要氧化。

为达上述目的，本发明所采用技术方案为：一种纳米零价铁反应、沉淀、回用一体式装置，其主体为一个一体式反应器，从左至右依次为连通的反应区、缓冲区和沉淀区，反应区底部设反应泥斗，反应泥斗底部设排泥管；反应区内设搅拌器；反应区左侧的侧壁上设有进水管和加药管，加药管与纳米零价铁加药泵相连；进水管与进水泵相连，位于反应区内部的进水管处设有进水口挡板；反应区上部设进气管和排气管；进气管与氮气钢瓶连接；沉淀区底部设回流泥斗，回流泥斗底部设有循环管，循环管和污泥循环泵连接，污泥循环泵还与反应泥斗底部相连；回流泥斗上方设有与水平方向成50°～75°的斜板，斜板上方设三角堰；沉淀区右侧的侧壁上设有出水管；

本发明中，反应区、缓冲区和沉淀区由两块挡板隔开，反应区：缓冲区：沉淀区=15:1:8～10体积比，反应区和缓冲区之间挡板为下挡板，由底部延伸至装置上部，下挡板高度：装置总高度=3/4～6/7，缓冲区和沉淀区之间挡板为上挡板，由顶部延伸至距沉淀区底部1/4～1/7处，即上挡板高度：装置沉淀区高度=3/4～6/7。

使用上述纳米零价铁装置处理废水法步骤如下：