CN104310667B - 一种修复地下水中重金属镉的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种修复地下水中重金属镉的装置，包括进水口(1)、搅拌器(2)、过水通道(3)、挡水隔板(4)、过水通道(5)半渗透膜(6)、过水通道(9)、阳离子交换树脂(10)、出水口(11)、离子交换区(12)、沉淀区(13)浓缩区(14)、微电解区(15)；所述经水泵抽提的地下水由进水口(1)进入沉淀区(13)，经搅拌，将部分镉与水体分离，随后地下水(3)进入浓缩区(14)，在挡水隔板和半渗透膜的作用下，部分镉浓缩并与地下水水体分离，随后进入微电解区(15)，将地下水进行电解，进一步对水质中镉进行处理。后通入离子交换区(12)，检测地下水中镉浓度范围在0.0108mg/L-0.011mg/L，经该装置处理后检测出地下水中镉浓度范围在0.00108mg/L-0.0011mg/L，去除率高达90％以上。

Description

一种修复地下水中重金属镉的装置
技术领域
本发明涉及一种修复地下水中重金属镉的方法，属于水处理领域。
背景技术
地下水是自然界水循环的重要组成部分，与人类活动和生存息息相关。随着生产的发展，地下水重金属污染的问题日益严重，已经成为当前人类所面临的最紧迫的环境污染问题之一。从毒性和对生物体的危害方面来看，重金属镉有如下特点：在天然水体中只要有微量浓度即可产生毒性效应。微生物一般不能降解它们，因此其影响很难在短时间内消除。通常情况下，突然给一旦被其污染，随着时间的推移，重金属镉会逐渐转移到地下水中，随着地下水的流动逐渐扩散，从而导致地下水严重污染。由于地下水与其重金属污染物质的物理化学作用过程十分复杂，其污染进程往往十分隐蔽和缓慢，既不容易及早发现，又难以在较短时间内治理奏效，因此地下环境的污染治理比地表环境更为复杂和困难，从而对修复技术也要求较高。
通常情况下对重金属污染的地下水采用的处理技术有物理(物理吸附法)物理化学法(乳状液膜分离法、气浮法气浮法、化学絮凝沉降法)、化学法钡盐法、还原沉淀法(离子交换法)、电化学法(电解法、电渗析法)及生物处理法。镉渣处理时主要用到干法解毒、湿法还原解毒、镉渣的无害化处理(堆贮法、化学法解毒、微生物法解毒、微波法解毒)。镉污染土壤的修复主要用到了电动力学修复、细菌及有机物还原、化学固定化/稳定化法、化学清洗法、电修复法、生物修复法。对镉的处理方法有：氢氧化物或硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法、氧化还原法、铁氧化体法、膜分离法和生化法等，对于高浓度或经过离子交换后浓缩的含镉废水，有电解及蒸发回收法。但是，都有的共同缺陷，就是处理工艺流程繁琐，处理周期长，处理成本高，对镉的修复率较低。
发明内容
本发明针对传统的修复方法周期长、见效慢且修复效率低等问题提供了一种修复周期短、见效快且修复率高的修复地下水中重金属镉的装置。
为了达到上述的目的，本装置的具体结构为：
包括进水口(1)、搅拌器(2)、过水通道Ⅰ(3)、挡水隔板(4)、过水通道Ⅱ(5)、半透膜(6)、铜(7)、锌(8)、过水通道Ⅲ(9)、阳离子交换树脂(10)、出水口(11)、离子交换区(12)、沉淀区(13)、浓缩区(14)、微电解区(15)；所述经由水泵抽提的地下水由进水口(1)水进入装置，首先进入沉淀区(13)，经搅拌器(1)搅拌并沉淀，留下部分地下水中镉；随后地下水经过水通道Ⅰ(3)进入浓缩区(14)，浓缩区内设有隔水挡板(4)及渗透半透膜(6)，半透膜(6)设置在隔水挡板(4)下部，使水从半透膜通过，而隔水挡板则阻挡下部分镉；随后地下水经过水通道Ⅱ(5)进入到由铜锌材料合成的微电解区(15)进行微电解反应，最后再经过过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)在阳离子交换树脂的作用下进行离子交换，以达到彻底去除地下水中的重金属镉的目的。
所述沉淀区(3)内设有搅拌器(2)，在含有镉的地下水中加入碱性物质后，经搅拌，地下水中镉沉淀。
所述浓缩区(14)内设有挡水隔板(4)和半透膜(5)，地下水经过渐次升高的挡水隔板，由于水在各挡板内停留时间差异，一部分水停留，另一部分通过半透膜，使水中部分镉被滤下，得到浓缩。
所述微电解区(15)内壁为铜制，外壁为锌制，构成较大的微电解区，地下水通过电解区，水中部分镉发生微电解反应。
所述离子交换区(12)内装有填料氢型阳离子交换树脂(10)，地下水通过时，水中镉发生离子交换反应，将镉彻底去除。
本发明的工作原理：水先进入沉淀区(13)搅拌使地下水中镉分离并沉淀。再经过浓缩区(14)内隔水挡板(4)的渗透半透膜(6)，半透膜使水通过，挡板阻挡并浓缩镉等其他杂质。随后地下水经过水通道Ⅱ(5)进入到由铜锌材料合成的微电解区(15)进行微电解反应，最后再经过过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)进行离子交换，以达到彻底去除地下水中的重金属镉。
本发明的应用方法：
(1)通过地下水的地质勘探，确定污染地下水源上游和下游；
(2)再通过对地下水水质检测，确定地下水水中重金属镉点源分布图；
(3)对照地下水水中重金属镉点源分布图，找到重污染区域，并在地下水源上游重污染区打一口井，井深度直达上游地下水源接触面；
(4)在距上游水井200～500m下游区打下同样一口井，井深度直达下游地下水源接触面；
(5)用水泵从上游水井中抽出地下水到地面重金属镉修复装置中，经修复装置处理后，直接通入下游水井中，同时，灌入经净化后的河水，直到下游水井灌满为止。
所述的重金属镉修复装置分为四区，一区为沉淀区(13)、二区为浓缩区(14)、三区为微电解区(15)、四区为离子交换区(12)。
所述的一区沉淀区(13)为一锥形，内部设有一搅拌器(2)，锥底为沉淀物。
所述的二区浓缩区(14)内有一半透膜和一排隔水挡板(4)，在渗透的作用下半透膜可是水分子自由通过，所述隔水挡板后板比前板高2-5cm。
所述的三区微电解区(15)是由铜、锌合金材料构成，其区室内部是金属铜(7)，金属铜外镀层锌(8)，在铜锌合金外有一空隙，为过水通道Ⅱ(5)、过水通道Ⅲ(9)。
所述的四区离子交换区(12)内填充阳离子交换树脂(10)。
地下水经水泵抽提由入水口(1)进入沉淀区(13)，并向水中加入碱性物质，搅拌，沉淀；随后地下水经过水通道Ⅰ进入浓缩区(14)，在隔水挡板(4)和半渗透膜(6)的作用下，水中镉浓缩分离，随后经过水通道Ⅱ进入微电解区(15)进行电解反应，再经过水通道Ⅲ进入离子交换区(12)，与阳离子交换树脂(10)发生离子交换反应，最后经出水口(11)回灌入其他洁净水源。
本发明具有的显著优势在于：(1)、先通过搅拌沉淀，将水中杂质去除，再进行浓缩，使水中不同物质的溶质和溶剂分开；(2)、通过微电解去除一些金属离子，进一步降低水的硬度，最后相对洁净的地下水再通过离子交换，去除水中部分残留镉。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明图1为本发明的结构示意图。
其中；(1)入水口；(2)搅拌器；(3)过水通道Ⅰ；(4)挡水隔板；(5)过水通道Ⅱ；(6)半透膜；(7)铜；(8)锌；(9)过水通道Ⅲ；(10)阳离子交换树脂；(11)出水口；(12)离子交换区；(13)沉淀区；(14)浓缩区；(15)微电解区。
具体实施方案
(1)通过地下水的地质勘探，确定污染地下水源上游和下游；
(2)再通过对地下水水质检测，确定地下水水中重金属镉点源分布图；
(3)对照地下水水中重金属镉点源分布图，找到重污染区域，并在地下水源上游重污染区打一口井，井深度直达上游地下水源接触面；
(4)在距上游水井200～500m下游区打下同样一口井，井深度直达下游地下水源接触面；
(5)用水泵从上游水井中抽出地下水到地面重金属镉修复装置中，经修复装置处理后，直接通入下游水井中，同时，灌入经净化后的河水，直到下游水井灌满为止。
所述的重金属镉修复装置分为四区，一区为沉淀区(13)、二区为浓缩区(14)、三区为微电解区(15)、四区为离子交换区(12)。
所述的一区沉淀区(13)为一锥形，内部设有一搅拌器(2)，锥底为沉淀物。
所述的二区浓缩区(14)内有一半透膜和一排隔水挡板(4)，在渗透的作用下半透膜可是水分子自由通过，所述隔水挡板后板比前板高2-5cm。
所述的三区微电解区(15)是由铜、锌合金材料构成，其区室内部是金属铜(7)，金属铜外镀层锌(8)，在铜锌合金外有一空隙，为过水通道Ⅱ(5)、过水通道Ⅲ(9)。
所述的四区离子交换区(12)内填充阳离子交换树脂(10)。
地下水经水泵抽提由入水口(1)进入沉淀区(13)，并向水中加入碱性物质，搅拌，沉淀；随后地下水经过水通道进入浓缩区(14)，在隔水挡板(4)和半渗透膜(6)的作用下，水中镉浓缩分离，随后经过水通道Ⅱ进入微电解区(15)进行电解反应，再经过水通道Ⅲ进入离子交换区(12)，与阳离子交换树脂(10)发生离子交换反应，最后经出水口(11)回灌入其他洁净水源。
实例1
对长江中下游某区域地下水抽提，先通入沉淀区(13)，搅拌器搅拌(2)，转速为60r/min，沉淀，沉淀后经过水通道Ⅰ(3)进入浓缩区(14)，隔水挡板(4)间隔为10cm，部分地下水通过半渗透膜(6)，经过水通道Ⅱ进入微电解区(15)，随后地下水电解后由过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)，阳离子交换树脂(10)填充量为30g/L。最后，处理过的地下水经出水口(11)排出，处理周期完成，测得地下水处理前镉浓度含量为0.0108mg/L，处理后镉浓度为0.00120mg/L，本发明对地下水中镉去除率为88.5％。
实例2
对长江中下游某区域地下水抽提，先通入沉淀区(13)，搅拌器搅拌(2)，转速为120r/min，沉淀，沉淀后经过水通道Ⅰ(3)进入浓缩区(14)，隔水挡板(4)间隔为15cm，部分地下水通过半渗透膜(6)，经过水通道Ⅱ进入微电解区(15)，随后地下水电解后由过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)，阳离子交换树脂(10)填充量为35/L。最后，处理过的地下水经出水口(11)排出，处理周期完成测得地下水处理前镉浓度含量为0.0109mg/L，处理后镉浓度为0.00119mg/L，，本发明对地下水中镉去除率为89％。
实例3
对长江中下游某区域地下水抽提，先通入沉淀区(13)，搅拌器搅拌(2)，转速为180r/min，沉淀，沉淀后经过水通道Ⅰ(3)进入浓缩区(14)，隔水挡板(4)间隔为15cm，部分地下水通过半渗透膜(6)，经过水通道Ⅱ进入微电解区(15)，随后地下水电解后由过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)，阳离子交换树脂(10)填充量为40g/L。最后，处理过的地下水经出水口(11)排出，处理周期完成，测得地下水处理前砷浓度含量为0.011mg/L，处理后砷浓度为0.0011mg/L，本发明对地下水中镉去除率为90％。

Claims (5)

1.一种修复地下水中重金属镉的装置，其特征在于：包括进水口(1)、搅拌器(2)、过水通道Ⅰ(3)、挡水隔板(4)、过水通道Ⅱ(5)、半透膜(6)、铜(7)、锌(8)、过水通道Ⅲ(9)、阳离子交换树脂(10)、出水口(11)、离子交换区(12)、沉淀区(13)、浓缩区(14)、微电解区(15)；所述经由水泵抽提的地下水由进水口(1)水进入装置，首先进入沉淀区(13)，经搅拌器(2)搅拌并沉淀，留下部分地下水中镉；随后地下水经过水通道Ⅰ(3)进入浓缩区(14)，浓缩区内设有挡水隔板(4)及渗透半透膜(6)，半透膜(6)设置在挡水隔板(4)下部，使水从半透膜通过，而挡水隔板则阻挡下部分镉；随后地下水经过水通道Ⅱ(5)进入到由铜锌材料合成的微电解区(15)进行微电解反应，最后再经过过水通道Ⅲ(9)进入离子交换区(12)在阳离子交换树脂的作用下进行离子交换，以达到彻底去除地下水中的重金属镉的目的。
2.根据权利要求1所述的一种修复地下水中重金属镉的装置，其特征在于：所述沉淀区(13)内设有搅拌器(2)，在含有镉的地下水中加入碱性物质后，经搅拌，地下水中镉沉淀。
3.根据权利要求1所述的一种修复地下水中重金属镉的装置，其特征在于：所述浓缩区(14)内设有挡水隔板(4)和半透膜(6)，地下水经过渐次升高的挡水隔板，由于水在各挡板内停留时间差异，一部分水停留，另一部分通过半透膜，使水中部分镉被滤下，得到浓缩。
4.根据权利要求1所述的一种修复地下水中重金属镉的装置，其特征在于：所述微电解区(15)内壁为铜制，外壁为锌制，构成较大的微电解区，地下水通过电解区，水中部分镉发生微电解反应。
5.根据权利要求1所述的一种修复地下水中重金属镉的装置，其特征在于：所述离子交换区(12)内装有填料氢型阳离子交换树脂(10)，地下水通过时，水中镉发生离子交换反应，将镉彻底去除。
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