CN107215940A - 多级布置均匀活化零价铁去除重金属的水处理***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级布置均匀活化零价铁去除重金属的水处理***及其方法，所述方法为：污水流入过滤床体，同时在过滤床体内多级均匀布置氧化剂，使氧化剂活化过滤床体内的零价铁，污水经过过滤床体排出即得净化水。本发明还公开了实施该方法的水处理***，包括氧化剂储存容器以及含有零价铁的过滤床体；所述过滤床体设置有污水进口；所述氧化剂储存容器通过氧化剂多级布置装置与所述过滤床体连接。本发明对重金属污染物具有更高效和稳定的处理能力，操作简单，在工业上的实现是经济可行的。

Description

多级布置均匀活化零价铁去除重金属的水处理***及方法
技术领域
本发明涉及一种利用零价铁进行水处理的***及方法，具体为多 级布置均匀活化零价铁去除重金属的水处理***及方法。
背景技术
零价铁(ZVI)具有低毒性、环境友好、价格便宜、易操作、绿 色无二次污染等优点，已成为受污染水体修复的重要技术之一，在 偶氮染料污水、氯代有机物污水、硝酸盐污水、高氯酸盐、除草剂、 重金属污水等污水治理方面备具广阔的应用前景。零价铁(ZVI)材 料应用主要包括铁屑、铁粉、纳米铁粉和海绵铁。零价铁(ZVI)颗 粒能够还原、吸附、沉淀去除多重重金属等有害物质。零价铁去除 污染物的机理分为：(1)铁的还原作用：铁是活泼金属，具有独特 的双层结构和阴离子层，电子高效传递给重金属离子，对重金属污 染物较强的还原性。(2)微电解作用：零价铁(ZVI)具有电化学 特性，电极反应中产生新生态[H]和Fe2+能与污水中的很多组分发生 氧化还原作用将很多污染物降解还原。(3)混凝、吸附或者共沉淀 作用：铁在腐蚀过程中会产生针铁矿、无定型氢氧化铁、HFO、絮 状的Fe(OH)2和Fe(OH)3等活性铁成分，他们具有很强的吸附、絮 凝、黏结、表面络合、螯合、架桥、卷扫、界面氧化、共沉淀能力， 藉此可控制重金属固液界面迁移。
零价铁去除水中重金属研究已经有一定基础，但是实际应用还 存在诸多问题。零价铁易与空气中的氧气分子和水中的溶解氧发生 反应，表面生成一层1～4nm致密的铁氧钝化层，导致腐蚀缓慢，反 应活性降低。零价铁(ZVI)内核被铁氧化物包裹而隔断进一步的腐 蚀及与污染物的接触，导致整体活性低，效率下降。为了克服零价 铁(ZVI)表面钝化，学界进行了许多尝试，包括制备纳米零价铁 (nZVI)、双金属系氧化物、外加弱磁场、超声波协同作用、负载型 纳米零价铁、杂化重金属离子(钯、镍)、酸溶等。上述改进一定程 度上能提高零价铁(ZVI)活性和增强重金属去除效率，但都存在诸 如成本过高、工程实施困难、带来二次污染等问题。
发明内容
基于上述背景技术，本发明的目的在于提供一种多级布置氧化 剂，可均匀活化零价铁去除重金属的水处理方法；通过布置网络状管 路，在床体空间内实现均匀的布置的氧化剂，使滤床内的零价铁得到 均匀的活化，使其更高效和稳定的去除水体中的重金属。
所述水处理方法具体为，污水进入过滤床体，同时在过滤床体内 多级均匀布置氧化剂，使氧化剂活化过滤床体内的零价铁，污水经过 过滤床体排出即得净化水。
本发明进一步提出的，所述水处理方法为：预检测污水中重金属 的含量以及污水的pH值，调节pH值，配置氧化剂的。污水通过管 道流入过滤床体内，同时氧化剂从氧化剂储存容器中通过氧化剂多级 布置装置进入过滤床体内，活化零价铁，所述污水通过活化后的零价 铁，从过滤床体的出口流出，再进行沉淀处理，即得净化水。
所述氧化剂多级布置装置可为网络状管路，可垂直方向，也可水 平方向布置。
所述沉淀处理具体为：从过来床体处理处理沉淀区，水中固体沉 淀会逐渐沉积在沉淀区的下部，沉淀区内的水流逐渐升高，水从溢流 区流出，即得净化水；
所述污水调节后的pH值为5.0～9.0，优选为6.0～8.0，进一步优 选为7.5。
本发明进一步提出，所述氧化剂选自过氧化钠、过氧化钾、臭氧、 氯气、二氧化氯、次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙、高氯酸盐、高锰酸 钾、氯酸盐、高铁酸盐、双氧水中的一种或多种；
优选地，所述活化剂选自高锰酸钾、次氯酸钠、氯酸盐、双氧水 中的一种或多种；
进一步优选地，所述氧化剂为次氯酸钠；
所述污水中重金属选自砷、汞、镉、铅、铬、硒、锑、铜、锌、 金、银中的一种或多种；
所述氧化剂与所述重金属的总摩尔的比为8～20：1，优选为10:1；
所述污水调节后的pH值为5.0～9.0，优选为6.0～8.0，进一步优 选为7.5；
所述重金属的浓度为0～100mg/L。
所述污水中重金属包括砷和/或锑，其中所述砷和锑的总浓度为 0～50mg/L。
所述污水流入的速率为每小时3～20倍床体积流量，优选为每小 时10倍床体积流量。
本发明可以处理水体包括污水、矿山污水、工农业污水、饮用水、 地表水应急处理、地下污染河流等，可以有效的去除上述水体中的重 金属，尤其是对砷、锑的去除效果显著。
本发明进一步提出的，所述水处理方法具体为：污水泵入过滤床 体内，由于污水中的固体污染物会逐渐堵塞过滤床体，污水在过滤床 体内的水位逐渐升高，所述滤床堵塞时，将气水启动反冲洗装置。
具体操作为：关闭污水及氧化剂流入阀门，打开所述气水反冲洗 装置中的风机，通过管道曝气，冲洗滤料，杂质通过过滤床体上部的 管道流出，流入污泥池内；
优选地，污水泵入过滤床体内，所述污水接触到液位触发器时， 关闭污水及氧化剂流入阀门，打开所述气水反冲洗装置中的风机，通 过管道曝气，冲洗滤料，关闭风机，冲洗水通过管道流入，进行为膨 胀冲洗1～10分钟，膨胀率为3～6％，冲洗水和杂质通过过滤床体上部 的管道流出，流入污泥池内。
本发明进一步提出所述水处理的方法在实际河流上的应用，具体 为：在河床内开挖沟槽，沟槽内放置所述过滤床体；按照进水流动的 方向，所述过滤床体进水侧顺次布置格栅、多孔隔板、透水性尼龙网， 出水侧也设置隔板，过滤床体的底部设置排水阀门，格栅高出河流最 高水位0.3～0.8m。
所述多孔隔板优选为不锈钢板。
过滤床体的进水侧设置多孔隔板，紧贴钢板布置透水性尼龙网阻 止零价铁和石英砂填料的泄露。
水平方向上通过潜流多级配置均匀布置氧化剂，竖直方向上通 过多级渗流对零价铁进行均匀活化，从而在空间上实现氧化剂的网 络状多级配置，达到对整个滤床中的零价铁均匀活化，且活化的同 时依然能净化污染水体。采用模块式清淤，对滤料进行快速换填， 能保证滤料清洗和置换过程中不影响水体净化。清淤过程中产生的 浓缩污泥做无害化处理。
本发明另一目的在于，提供一种实现上述方法的水处理***，所 述水处理***包括氧化剂储存容器以及含有零价铁的过滤床体；所述 过滤床体设置有污水进口；所述氧化剂储存容器通过氧化剂多级布置 装置与所述过滤床体连接。
所述氧化剂多级布置装置包括主管及多个支管；所述氧化剂储存 容器与主管连接，所述主管连接于均匀分布在过滤床体内的支管；
所述氧化剂多级布置装置用于将氧化剂在过滤床体的网络状分 层分布氧化剂。
本发明的一种优选技术方案为，所述氧化剂多级布置装置包括主 管及多个支管；所述氧化剂储存容器与主管连接，所述主管连接于均 匀分布在过滤床体内的支管；
所述支管的数量为每立方米过滤床体至少包含2根支管，优选为 每立方米过滤床体包含8根支管；所述零价铁选自钢珠、铁粒中的一 种或两种；零价铁的粒径为8～100目，优选为15～80目；根据零价铁 的性质可以很容易想到其他类型的零价铁，比如生铁颗粒、熟铁颗粒 具有同等的活化潜力，因此适用本发明的零价铁种类不限上述几种。
所述过滤床体内设有均匀分布的多层筛网，所述筛网的层数不少 于2个；
每层筛网至少对应一个支管；所述过滤床体内还包括脱脂棉层， 所述脱脂棉层置于其他过滤材料的下部。
本发明内所述的“顶部”、“下部”是相对位置，顶部为过滤床体 的进水端，下部为过滤床体的出水端。
所述水处理***包括污水储存容器，用于储存污水；
所述污水储存容器所述、氧化剂储存容器与所述过滤床体中设有 水流控制泵；所述污水储存容器、所述氧化剂储存容器内设有搅拌装 置；
所述过滤床体的出口连有沉淀区，优选所述沉淀区呈漏斗状；沉 淀区可以进一步净化，过滤床体排出的处理水进行沉淀区的沉淀可将 固体状等杂质沉淀在底部，底部连有排污管道，管道设有阀门，净化 过程中阀门关闭。处理水进入沉淀区内，清水慢慢的升高，通过隔板 中的孔隙，进入溢流区，溢流区排出的清水即为净化水；
所述隔板的材质优选不锈钢。
所述过滤床体内设有均匀分布的多层筛网，所述筛网的层数不少 于2个；每层筛网至少对应一个支管，每层筛网上均匀的分布着零价 铁，氧化剂通过支管通入过滤床体内，以最短时间活化零价铁，并且 活化的效果明显。
所述污水储存容器的搅拌装置主要用于污水pH值得调整；所述 氧化剂储存容器内的搅拌装置主要用于氧化剂添加时充分、均匀的溶 解；
所述过滤床体的出口连有沉淀区，优选所述沉淀区呈漏斗状；
本发明进一步提出，所述的水处理***还包括气水反冲洗装置， 所述气水反冲洗装置及所述氧化剂储存容器与所述过滤床体并联连 接；
所述气水反冲洗装置及所述氧化剂储存容器与所述过滤床体间 分别设有阀门；所述气水反冲洗装置包含风机；
所述过滤床体的顶部设有液位触发器；所述过滤床体的上部设有 污泥流出管道，所述管道连有污泥池。
当过滤床体内的杂质较多，会阻碍污水的过滤，污水的在过滤床 体内的水位会越来越高，当水位接触的过滤床体的顶部时，会接触到 液位触发器，并发出警报，此时将启动反冲洗装置，关闭污水及氧化 剂的进水阀门，打开反冲洗装置与过滤床体之间的阀门，此时，氧化 剂储存容器与所述过滤床体连接的管道包括外部连接的主管及支管 转变为反冲洗装置是气体和冲洗水的流入管道，进行反冲，使其装置 内的杂质排除。
反冲洗时能够利用高压气射流摩搓冲洗滤料层，使滤料处于悬 浮流化疏松状态，能很好的解决滤床堵塞问题。
所述反冲洗是一种气水微膨胀反冲洗方法，利用较大气(水) 流压力/速度摩搓冲洗滤料层，使滤料处于悬浮流化疏松状态，具有 一定的膨胀度，水利牵引悬浮物向上，使截留在滤料表面、滤层缝 隙间的杂质、污泥、小颗粒等在水力剪切和滤料颗粒的双重碰撞作用下，从滤料表面脱落，随水流冲出滤床，恢复滤料的纳污能力， 保证滤床的高效运行。
本发明的另一优选技术方案为，所述氧化剂多级布置装置为多孔 隔板和格栅；氧化剂通过潜流从入口到出口的水平方向和渗流从上至 下的垂直方向同时渗透滤床，实现氧化剂三维网络状多级配置模式， 达到滤床内零价铁的均匀活化。
所述过滤床体内还包含其他过滤材料，所述其他过滤材料选自石 英砂、沸石、陶粒或火山岩中的一种过多种，优选为石英砂；所述零 价铁与所述其他过滤材料的比例为1:0～10；零价铁的粒径为8～100 目，优选为15～80目；所述过滤床体进水侧竖直布置多孔隔板，按照 进水流动的方向，。所述过滤床体进水侧顺次布置格栅和竖直的多孔 隔板。
所述隔板的孔径为5～20mm，优选为8～15mm。
可选地，所述格栅的垂直方向开孔宽度为4-8mm。
本发明的有益效果至少包括以下几点：
(1)采用多级布置氧化剂，均匀活化床体内零价铁，零价铁颗 粒表面腐蚀更加迅速、充分、均匀，较短的时间内表面腐蚀生成均 匀稳定的活性氧化铁组分，且产生的铁氧化合物活性组分均匀分配 于床体，克服了现有技术需要预活化的问题，能更加高效和稳定的去除水体中重金属；
(2)本发明实现了多级活化和反冲洗一体化；能同时活化和过 滤，具有均匀活化零价铁滤床的功能，反冲洗时能够利用高压气射 流摩搓冲洗滤料层，使滤料处于悬浮流化疏松状态，很好的解决滤 床堵塞问题；
(3)本发明所述的水处理方法在治理重金属污染河流的效果显 著；对重金属污染物具有更高效和稳定的处理能力；该方法操作简 单；在工业上的实现是经济可行的。
附图说明
图1为单级布置氧化剂活化零价铁的装置图；
图2为单级布置氧化剂活化零价铁共去除As(V)和Sb(V)的效果 图；
图3为均匀布置氧化剂活化零价铁的装置图；
图4为均匀布置氧化剂活化零价铁共去除As(V)和Sb(V)的效果 图；
图5(a)为多级布置氧化剂均匀活化零价铁处理重金属工业污水 的滤床装置图；
图5(b)为多级布置氧化剂均匀活化零价铁处理重金属工业污水 的滤床装置图中A-A，B-B，C-C的剖面图；
图6多级布置氧化剂均匀活化零价铁治理重金属污染河流方案设 计图。
图中：101-污水储存容器；102-污水搅拌装置；103-污水进水管 道；104-污水蠕动泵；105-氧化剂储存容器；106-氧化剂搅拌装置； 107-氧化剂进水管道；108-氧化剂蠕动泵；109-主管；110-支管；111- 筛网；112-石英砂层；113-脱脂棉层；114-零价铁滤料层；115-取样口； 116-沉淀区；117-多孔钢板；118-溢流槽；119-出水管道；120-清水池； 121-液位触发器；122-风机；123-止回阀；125-过滤床体出水口；126- 控制阀门；127-反冲洗水泵；128-单向阀门；130-反冲洗管道1；131- 反冲洗管道2；
200-粗格栅；201-细格栅；202-多孔不锈钢板；203-尼龙网；204- 锚杆斜拉挡墙；205-零价铁滤料层；207-出水不锈钢板；208-滤床底 部阀门。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1：
如图1所示，单级布置氧化剂(氧化剂从上流向下方)活化零 价铁共去除As(V)和Sb(V)：实验装置为下向流过滤床体，材质为有 机玻璃，上下用盖子旋紧，外径5cm，内径4cm，总长度40cm，总 体积500ml。过滤床体由下至上依次为：脱脂棉层(113)厚度2cm， 石英砂层(112)厚度4cm，零价铁滤料层(114)高度30cm，零价 铁体积为0.36L，重量1.5kg，上部留3cm空间用水器从上配水，从 上至下设4个取样口(115)。实验采用四种不同的氧化剂活化零价 铁去除重金属，所用氧化剂分别为H2O2、KMnO4、HClO、ClO2， 实验前将Sb(V)、As(V)溶液和氧化剂在污水储存容器(101)中混合， Sb(V)、As(V)溶液分别用焦锑酸钾和砷酸钠定量配置，浓度分别为 5000μg/L。氧化剂与锑、砷总的摩尔比为10:1，氧化剂在氧化剂储存容器(105)中配制，通过氧化剂搅拌装置(106)混合均匀，通 过进水管道(107)经氧化剂蠕动泵(108)泵如过滤床体内。
待处理的污水，先检测pH值，用NaOH溶液和HCl溶液调节 pH至7.5左右，通过污水搅拌装置(102)混合均匀，将含有重金属 (As和Sb)污水通过进水管道(103)经污水蠕动泵(104)泵至滤 柱顶端均匀配水，流速约为10倍空床体积(BV)/h，出水经过0.45μm 微孔滤膜过滤后梯度稀释，并测定As(V)和Sb(V)的浓度。
如图2所示：单级布置氧化剂活化零价铁对As(V)的去除效果来 看，初始出水浓度高达1400μg/L。随着流出体积的增加，As(V)出 水浓度渐次降低，但是即便流出体积达到1000BV时，出水浓度依 然高达400-600μg/L。直到床体运行到200小时，去除率才逐渐趋 于稳定，由最初的70％上升至98％。单级布置氧化剂活化零价铁对 Sb(V)的去除效果来看，出水的初始浓度高达1700μg/L，初始去 除率仅为65％。随着运行时间增加，去除率渐次增加，上升至92％， 但出水浓度依然保持在400μg/L左右。
氧化剂单级活化模式下，过滤床体整体活化不均匀，从外观看 上部颜色为浓稠的黄褐色铁氧化物，零价铁表面被腐蚀变得粗糙， 附着了丰富的铁氧化物；下部仍为黑褐色的零价铁完整颗粒，表面 氧化腐蚀较弱。活化的整体效果表现为上部活化充分，而下部活化 不充分，从而影响了活化零价铁对重金属的去除效果。
实施例2:
如图3所示，多级均匀布置氧化剂活化零价铁共去除As(V)和Sb(V)：该实验装置所述过滤床体的尺寸及内部滤料的布置，以及污 水储存容器与实施例1相同；但是该实验装置的氧化剂储存装置与 过滤床体通过管道连接，其中包括主管(109)，主管深入过滤床体内，均匀的分布了若干层支管(110)，支管分若干层均匀活化零价 铁，过滤床体外设4个取样口用于取样测量；另外过滤床体内设有 多个筛网(111)，将零价铁均匀分别在各层筛网(111)上。
含Sb(V)和As(V)的污水储存容器(101)中混合，同时用NaOH 溶液和HCl溶液调节pH为7.5左右，并用污水搅拌装置(102)均 匀搅拌混合。氧化剂添加到氧化剂储存容器(105)中，通过氧化剂 搅拌装置(106)均匀搅拌稀释储备，Sb(V)和As(V)污水通过管道(103)经污水蠕动泵(104)通过进水管(103)泵至顶端配水，流 速约为10倍空床体积(BV)/h。氧化剂经蠕动泵(108)、主管(109) 和支管(110)压力射流多级均匀布置，氧化剂与锑、砷总的摩尔比 为10:1。出水经过0.45μm微孔滤膜过滤后梯度稀释，并测定As(V) 和Sb(V)的浓度。
多级均匀布置氧化剂活化零价铁共去除As(V)和Sb(V)的效果如 图4所示：分别采用四种氧化剂(KMnO4,NaClO,ClO2,H2O2)多级 均匀配置活化零价铁的条件下，出水As(V)的浓度从0-10000BV自 始至终都低于10μg/L，去除率一直维持在99.9％以上；Sb(V)去除 率一直维持在99％以上。多级均匀布置氧化剂去除重金属的处理效 果非常显著，始终未见As(V)穿透，Sb(V)出水浓度也始终低于 40μg/L。与参照组(实施例1)单级活化模式相比，该装置的活化模 式下，As(V)和Sb(V)的出水浓度降低了近10倍。
单级布置氧化剂条件下，上部活化充分而下部活化弱。过滤 10000BV的体积后，各取样口(如图1和3所示)多次取样测定(重 复十次取平均值)污染物的浓度。单级和多级布置氧化剂(H2O2) 活化零价铁，过滤床体内As(V)和Sb(V)的剖面浓度和去除量如下表1所示。单级配置氧化剂(H2O2)活化零价铁时，As(V)和Sb(V)主 要在过滤床体的上半部分被去除，过滤床体的下半部分去除重金属 的效率并不高。多级均匀布置氧化剂的活化条件下，氧化剂由蠕动 泵通过主管和支管***压力射流均匀布置，滤柱中的零价铁整体上 得到了均匀活化，各部分都能发挥有效拦截和去除As(V)和Sb(V) 的功能，因此对重金属的去除更加高效和稳定。
表1单级和多级布置氧化剂(H2O2)活化零价铁滤柱内As(V)和Sb(V)的剖 面浓度和去除量
实施例3
如图5a所示，该装置采用不锈钢制作，具体包括：污水储存容 器(101)、氧化剂储存容器(105)、过滤床体，过滤床体内包含零 价铁滤料层(114)和石英砂层(112)，氧化剂储存容器与过滤床体 连接的管道连接，其管道包括主管(109)和和深入过滤床体内均匀 分布的支管(110)，所述装置还包括漏斗形沉淀区)、溢流区为锯齿 溢流槽(118)、气水反冲洗***及过程控制***(PLC柜)。气水反 冲洗***由液位触发器(121)、罗茨风机(122)、止回阀(123)、 反冲洗水泵(124)、主管(109)和支管(110)组成。过滤床体采 用重力流，均匀配水，均匀布置氧化剂，底部漏斗型，经多孔钢板 折流向上溢流出水。
氧化剂在氧化剂储存容器(105)中经氧化剂搅拌装置(106) 充分搅拌混合，氧化剂多级布置装置包括主管(109)和支管(110)， 用以多级布置氧化剂，均匀活化零价铁，重金属污水经过配水槽在 滤床内布置，经过零价铁滤层(114)，再滤过支撑滤料均质石英砂层(112)，其中石英砂层包括石英砂层和粗石英砂层，通过滤床体 底部的出水口(125)流入下部的漏斗沉淀区(116)，流经多孔钢板 (117)，锯齿溢流槽(118)，通过出水管道(119)，流入清水池(120)。
当滤料堵塞水头损失增加，滤速变慢，液位增高，将触发液位 发生器(121)，开始进行反冲洗，首先关闭进污水蠕动泵(104)和 氧化剂蠕动泵(108)，打开反冲洗风机(122)，高压气体经过单向 控制阀门(126)，通过多级布置氧化剂***，主管(109)和支管(110) 进行均匀曝气，对均质零价铁滤料层(114)和支撑滤料石英砂(112) 进行强烈的摩擦搓洗。曝气冲洗后，同时开启反冲洗水泵(127)， 通过单向阀门(128)，水气通过主管(109)和支管(110)对滤料 进行冲洗，冲洗水和截留杂质经过反冲洗管道(130)和(131),流 入污泥浓缩池(129)。关闭罗茨风机(122)，再调节反冲洗水量， 进行微膨胀冲洗1～10min，微膨胀率3～6％，出水排入污泥池(129)。
滤床的整体安装：底部铺设粗石英砂，高度为0.3m，粗石英砂 上部铺设承托层均质石英砂，粒径为2mm，高度为0.4m，承托层中 铺设曝气盘和反冲洗主管和支管。承托层上部为均质零价铁(ZVI)， 粒径为1.0mm，高度为1.2m，整体滤床高度为3.5m，保证滤料30％的反冲洗膨胀率。
实施例4
某选矿污水中Pb、Cr、Cd的初始浓度分别为2.5、0.5、0.12mg/L。 利用多级均匀布置氧化剂(H2O2)活化零价铁，处理该重金属污水， ***稳定运行100天，处理效果如表3所示。多级均匀布置氧化剂 (H2O2)活化零价铁，能稳定和高效的去除重金属Pb,Cr和Cd。
表3多级布置氧化剂(H2O2)均匀活化零价铁处理某重金属选矿污水的去 除结果
实施例5
某S矿区现有多家有色金属冶炼工厂，采选过程中产生了大量 的尾矿堆砌在H处，导致河道支流A和B都有不同程度的砷污染， 对下游居民健康和饮水安全造成巨大威胁。河流的污水总量约1×105 m3/d，流量为1.16m3/s，在干流中检测As的含量约为200μg/L。针 对上述重金属砷的污染采取了治理措施，在C处设计活化零价铁滤 床，采用多级布置氧化剂均匀活化，长期稳定治理重金属污染河流 (如图6-1所示)。过滤床体设计的水力停留时间为20min(换算72 BV/d)，计算过滤床体的体积应为1380m3，考虑水量变化滤床采用 1500m3。过滤床体的长度为100m、宽度为10m、深度为1.5m， 零价铁与均质石英砂配比按照1:0.1～1:10均匀混合。沟槽两侧开挖 坡度为45-60°，采用锚杆斜拉挡墙(204)护坡。进水侧设置多孔不 锈钢板(202)，孔径为10mm。紧贴钢板布置透水性尼龙网(203) 阻止零价铁和石英砂填料的泄露。出水侧也设置不锈钢板(207)， 底部设置排水阀门(208)(如图6-2所示)。过滤床体用粗格栅(200) 进行拦截较粗大的悬浮物和漂浮物，如纤维、碎皮、毛发、树叶、 塑料制品等，采取人工清渣或者机械清渣。细格栅(201)进行更细 小尺寸颗粒物的拦截，采用人工或者机械清渣，防止过滤床体堵塞， 过栅流速一般采用0.6-1.0m/s，格栅槽宽为5mm，格栅高出最高水 位0.5m。
多级均匀配置活化零价铁的操作模式如下：如图6-3所示，根 据水质情况在D处进行加压泵射流投加氧化剂NaClO，投加浓度为 10mM；NaClO迅速溶解后通过多孔不锈钢板(202)和尼龙网(203)， 既能在水平方向上通过潜流多级配置均匀布置氧化剂，也能在竖直方向上通过多级渗流对零价铁滤料层(205)进行均匀活化，在立体 空间上实现氧化剂的三维网络状多级配置，达到对整个滤床中零价 铁均匀活化。活化时间为24小时，活化过程中产生的高活性羟基氧 化铁通过吸附共沉淀等机理去除重金属离子，净化后从滤床底部(208)口排出。该设计实现了活化的同时不影响滤床对污染水体的 净化功能。
重金属污染河水过滤操作模式如图6-4所示：关闭滤床底部阀 门(208)，受污水体水平方向上通过潜流被床体过滤，过滤水从不 锈钢板(207)顶部溢流达标排放，设计滤床的稳定运行时间为100d。
过滤床体填料的更换：随着过滤时间的延长，进水中重金属离 子吸附、沉降在滤料表面，滤层间的缝隙会逐渐被细小颗粒物堵塞， 滤床的处理能力逐渐减弱，滤层阻力和水头损失逐渐变大。采用模 块式清淤，对滤料进行快速补填，能保证滤料清洗和置换过程中不 影响水体净化的同时进行。清淤过程中产生的浓缩污泥做无害化处 理。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发 明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进， 这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神 的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种多级布置均匀活化零价铁去除重金属的水处理方法，其特征在于，污水进入过滤床体，同时在过滤床体内多级均匀布置氧化剂，使氧化剂活化过滤床体内的零价铁，污水经过过滤床体排出即得净化水。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述方法具体为：预检测污水，调节pH值，通过管道流入过滤床体内，同时氧化剂从氧化剂储存容器中通过氧化剂多级布置装置进入过滤床体内，氧化剂均匀活化零价铁，所述污水通过活化后的零价铁，从过滤床体的出口流出，进行沉淀处理，即得净化水；
所述预检测包括检测污水中重金属的含量、检测污水的pH值；
所述污水调节后的pH值为5.0～9.0，优选为6.0～8.0，进一步优选为7.5；
所述沉淀处理具体为：水从过滤床体的出口流入沉淀区，沉淀区内的水流逐渐升高，从溢流区流出，即得净化水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述氧化剂选自过氧化钠、过氧化钾、臭氧、氯气、二氧化氯、次氯酸、高锰酸钾、次氯酸钠、次氯酸钙、高氯酸盐、氯酸盐、高铁酸盐、双氧水中的一种或多种；
优选地，所述活化剂选自高锰酸钾、次氯酸钠、氯酸盐、双氧水中的一种或多种；
进一步优选地，所述氧化剂为次氯酸钠；
所述污水中的重金属选自砷、汞、镉、铅、铬、硒、锑、铜、锌、金、银中的一种或多种；
所述重金属的浓度为0～100mg/L，其中砷和锑的总浓度为0～50mg/L；
所述氧化剂与所述重金属的总摩尔的比为8～20：1，优选为10:1。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述污水流入的速率为每小时3～20倍床体积流量，优选为每小时10倍床体积流量。
5.实施权利要求1-4任一所述方法的水处理***，其特征在于，包括氧化剂储存容器以及含有零价铁的过滤床体；所述过滤床体设置有污水进口；所述氧化剂储存容器通过氧化剂多级布置装置与所述过滤床体连接。
6.根据权利要求5所述的水处理***，其特征在于，所述氧化剂多级布置装置包括主管及多个支管；所述氧化剂储存容器与主管连接，所述主管连接于均匀分布在过滤床体内的支管；
所述支管的数量为每立方米过滤床体至少包含2根支管，优选为8根支管；
所述零价铁选自钢珠、铁粒中的一种或两种；零价铁的粒径为8～100目，优选为15～80目；
所述过滤床体内设有均匀分布的多层筛网，所述筛网的层数不少于2层，优选为8层；每层筛网至少对应一个支管。
7.根据权利要求6所述的水处理***，其特征在于，所述氧化剂储存容器与所述过滤床体中设有水流控制泵；所述氧化剂储存容器内设有搅拌装置；
所述过滤床体的出口连有沉淀区，优选所述沉淀区呈漏斗状；
所述沉淀区连有溢流区，所述沉淀区与所述溢流区间设有隔板，隔板上设有多个孔隙。
8.根据权利要求6或7所述的水处理***，其特征在于，所述***还包括气水反冲洗装置，所述气水反冲洗装置及所述氧化剂储存容器与所述过滤床体并联连接；
所述气水反冲洗装置及所述氧化剂储存容器与所述过滤床体间分别设有阀门；所述气水反冲洗装置包含风机；
所述过滤床体的顶部设有液位触发器；所述过滤床体的上部设有污泥流出管道，所述管道连有污泥池。
9.根据权利要求6-8任一所述的水处理***，其特征在于，污水流入过滤床体内，所述滤床堵塞时，关闭污水及氧化剂流入阀门，打开所述气水反冲洗装置中的风机，通过管道曝气，冲洗滤料，杂质通过过滤床体上部的管道流出，流入污泥池内；
优选地，污水泵入过滤床体内，水位升高，所述污水接触到液位触发器时，关闭污水及氧化剂流入阀门，打开所述气水反冲洗装置中的风机，通过管道曝气，冲洗滤料，关闭风机，冲洗水通过管道流入，进行为膨胀冲洗1～10分钟，膨胀率为3～6％，冲洗水和杂质通过过滤床体上部的管道流出，流入污泥池内。
10.根据权利要求5所述的水处理***，其特征在于，所述氧化剂多级布置装置为多孔隔板和格栅；
所述过滤床体内还包含其他过滤材料，所述其他过滤材料选自石英砂、沸石、陶粒或火山岩中的一种过多种，优选为石英砂；所述零价铁与所述其他过滤材料的比例为1:0～10；零价铁的粒径为8～100目，优选为15～80目；按照进水流动的方向，所述过滤床体进水侧顺次布置格栅和竖直的多孔隔板；所述隔板的孔径为5～20mm。
11.根据权利要求10所述的水处理***，其特征在于，所述水处理***用于处理污水的具体方法为：在河床内开挖沟槽，沟槽内放置所述过滤床体；按照进水流动的方向，所述过滤床体进水侧顺次布置格栅、多孔隔板、透水性尼龙网，出水侧也设置有隔板，过滤床体的底部设置排水阀门，格栅高出河流最高水位0.3～0.8m；所述多孔隔板优选为不锈钢板。
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