CN207943999U - 一种废水中重金属去除装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种废水中重金属去除装置，包括修复床、铁碳微电解池以及微波催化活性碳反应池，修复床内由下到上依次设有砂滤层、鹅卵石层及轻质土层，轻质土层内种植有修复植物种子，轻质土层的上方处设置有布水管；铁碳微电解池内由下到上依次间隔设有滤板和滤网，并且滤板将铁碳微电解池分隔成位于滤板下端的第一铁碳微电解层以及位于滤板与滤网之间第二铁碳微电解层；微波催化活性碳反应池内设有活性炭吸附层，微波催化活性碳反应池的内壁上设有第一微波发射器和第二微波发射器，且第一微波发射器与第二微波发射器呈对角设置。本实用新型结构简单、投资小、占地小、运行成本低、处理效率高，最终出水均能够达标排放。

Description

一种废水中重金属去除装置

技术领域

本实用新型属于污水处理装置技术领域，具体涉及一种废水中重金属去除装置。

背景技术

当前，环境、资源、人口成为世界面临的三大主要问题，全球环境的恶化程度与日剧增，正在对人类社会的生存与发展造成严重威胁。随着电子、电镀、线路板、家电拆解行业的无序发展，重金属污染日益严重，突发性重金属污染事件逐年增多，已经对我国土壤、河流、农业生产及人民群众健康造成很大危害。政府已经把重金属污染列入要紧迫解决的问题。

重金属污染具有持久性、扩散性、富集性特点：(1)持久性：它是不可降解的，会在土壤中存在成百上千年；(2)扩散性：它可以随着地表水、地下水流动而由局部扩散到更广的范围；(3)富集性：无论水中或土壤中的重金属，都会沿着食物链向生物链高端富集，最终进入人体，造成对人类健康的持久危害。

目前国内外对混合重金属废水的治理广泛采用的技术是化学法，它是在废水中加入大量碱性化学物，使重金属形成重金属氧化物从废水中沉淀出来。这种方法已经有几十年历史，技术成熟，重金属去除率较高。但在现实运行中，却有三个障碍：1、最佳沉淀pH互不覆盖，这些重金属氢氧化物都有不同程度的两性特征，最佳沉淀pH互不相容，所以必须分批处理，分别调节pH；2、胶体难沉淀，有些重金属氢氧化物本质上是一种胶体，很难澄清，因此，必须加入絮凝剂并调节最佳pH；3、只有非络合型金属离子才能产生重金属氢氧化物沉淀，在生产实践中，这种混合型废水中的重金属离子75％以上都是络合型的，必须通过破络反应才能使金属离子生成氢氧化物沉淀。以上三大问题使整个废水处理工艺很复杂，要多次调节pH，多次加入不同氧化剂、酸、碱及絮凝剂多次澄清。于是，整个设备自控***复杂，造成投资大、占地大、运行成本高等一系列问题。因此，很有必要开发出一种不受上述障碍限制，且运行简单，处理效率高的废水中重金属去除装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种废水中重金属去除装置，解决了现有技术中重金属去除设备自控***复杂、投资大、占地大、运行成本高的问题。

本实用新型提供了一种废水中重金属去除装置，包括修复床、铁碳微电解池以及微波催化活性碳反应池，所述修复床一侧的上端设有进水管，所述修复床内由下到上依次设有砂滤层、鹅卵石层以及轻质土层，所述轻质土层内种植有修复植物种子，所述修复床内位于所述轻质土层的上方处设置有布水管，所述布水管与所述进水管连通；所述修复床位于所述砂滤层下端处的侧壁上设置有第一出水管；

所述铁碳微电解池通过所述第一出水管与所述修复床连通，所述铁碳微电解池上与所述第一出水管相对的一侧设有第二出水管，所述铁碳微电解池内由下到上依次间隔设有滤板和第一滤网，并且所述滤板将所述铁碳微电解池分隔成位于所述滤板下端的第一铁碳微电解层以及位于所述滤板与所述第一滤网之间第二铁碳微电解层；

所述微波催化活性碳反应池通过所述第二出水管与所述铁碳微电解池连通，所述微波催化活性碳反应池内设有活性炭吸附层，所述微波催化活性碳反应池内位于所述活性炭吸附层上方处的内壁上设有第一微波发射器，所述微波催化活性碳反应池内位于所述活性炭吸附层下方处的内壁上设有第二微波发射器，且所述第一微波发射器与所述第二微波发射器呈对角设置；所述微波催化活性碳反应池一侧的下端设有第三出水管。

优选的，所述轻质土层由将草炭、蛭石按照8：2的质量比混合而成。

优选的，所述鹅卵石层由粒径大于2cm的鹅卵石铺设而成。

优选的，所述轻质土层内种植的修复植物种子为芦苇种子、美人蕉种子或菖蒲种子。

优选的，所述布水管上设置有多个喷淋头。

优选的，所述第一出水管位于所述修复床内的一端设有第二滤网。

优选的，所述滤板与所述第一滤网的滤孔孔径均小于0.5cm。

优选的，所述第一铁碳微电解层以及所述第二铁碳微电解层内均填充有铁碳混合物，且所述铁碳混合物的粒径大于0.5cm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型设置修复床，并在修复床内种植富集重金属离子的水生植物来吸收废水中的重金属离子，工艺简单，处理效率高。

2)本实用新型设置铁碳微电解池，利用铁碳微电解池的氧化-还原作用以及絮凝、吸附作用将电镀废水中的重金属离子、无机物以及有机物基本去除，使水质得到很好的净化。

3)本实用新型设置微波催化活性碳反应池对铁碳微电解池的出水进一步处理，微波催化活性碳反应池能够高效吸附降解废水中剩余的重金属离子和污染物，同时能够延长活性炭的使用时间，既经济又高效。

4)本实用新型结构简单、投资小、占地小、运行成本低、处理高效，最终出水均能够达标排放。

附图说明

图1为本实用新型提供的废水中重金属去除装置的结构示意图。

图标记说明：

1-进水管，2-砂滤层，3-鹅卵石层，4-轻质土层，5-布水管，6-第一出水管，7-第二出水管，8-第一滤网，9-滤板，10-活性炭吸附层，11-第一微波发射器，12-第二微波发射器，13-第三出水管。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

一种废水中重金属去除装置，具体如图1所示，包括修复床、铁碳微电解池以及微波催化活性碳反应池，修复床一侧的上端设有进水管1，修复床内由下到上依次设有砂滤层2、鹅卵石层3以及轻质土层4，砂滤层2的厚度一般为20cm左右，轻质土层4的厚度一般为30cm左右。含重金属污染物的废水进入修复床后，首先进入轻质土层4，轻质土层4由草炭、蛭石按照8：2的质量比混合而成，因此其孔隙较大，废水在其中运行受到的阻力小，水流速度受影响较小。轻质土层4内种植有修复植物种子，如芦苇种子、美人蕉种子或菖蒲种子，这类水生植物的生长速度快，周期短，且根系发达，茎叶茂密，能够很好的吸收吸附含重金属污染物废水中的重金属离子。并且当这些植物快速生长到一定高度之后，大量的重金属离子已经富集到植物茎叶之中，此时对其进行收割后提炼植物体内的重金属，留茬的植物继续生长，继续富集废水中的重金属离子。

废水从轻质土层4出来后进入鹅卵石层3，鹅卵石层3由粒径大于2cm的鹅卵石铺设而成，可以对随废水流下的轻质土进行拦截，避免其流失；废水从鹅卵石层3出来后进入砂滤层2，砂滤层2能对废水进行过滤，截留轻基质和悬浮物质，有利于下一步的处理。

轻质土层4的上方设置有布水管5，布水管5上设置有多个喷淋头，喷淋头能够使修复床内进水分布均匀，一方面能够避免水流集中冲击轻质土层4，另一方面有利于水生植物均匀高效的富集重金属离子。

修复床位于砂滤层2下端处的侧壁上设置有第一出水管6，第一出水管6位于所修复床内的一端设有第二滤网14，第二滤网14可以截留砂滤层2内细沙，避免其进入铁碳微电解池，影响处理效果。

铁碳微电解池通过第一出水管6与修复床连通，铁碳微电解池上与第一出水管6相对的一侧设有第二出水管7，铁碳微电解池内由下到上依次间隔设有滤板9和第一滤网8，并且滤板9将铁碳微电解池分隔成位于滤板9下端的第一铁碳微电解层以及位于滤板9与第一滤网8之间第二铁碳微电解层。

铁碳微电解池能够对废水中的重金属进行很好的处理，其净化废水的机理如下：

(1)Fe-C微电解的氧化-还原作用。由于铁和碳的电势有明显差异，在电解质溶液中相互接触的铁屑和碳构成数目众多的微小原电池，铁作为阳极被腐蚀，碳作为阴极，Fe不断失去电子变成Fe²⁺进入溶液，失去的电子传递到碳的表面，当溶液中H⁺浓度较高时，H⁺在碳的表面获得电子变成H₂析出，形成析氢腐蚀；在氧气环境下，O₂在碳表面获得电子生成H₂O或者OH^-，形成吸氧腐蚀。

电极反应如下：

阳极(Fe)：Fe＝Fe²⁺+2e Eo＝-0.44V；

阴极(C)：2H⁺+2e＝H₂ Eo＝0.00V；

当有氧时：

阴极：O₂+4H⁺4e＝2H₂O Eo＝1.23V。

O₂+2H₂O+4e＝4OH^- Eo＝0.40V

阳极Fe失去电子而被氧化至较高价态(Fe²⁺)，阴极C附近的H⁺得到电子产生新生态氢，在有氧环境下，微原电池有较高的电极电位差，电化学反应速率较快。污水中的某些反应物，如H⁺、O₂等作为电子受体，在阴极表面发生还原作用而还原至较低的价态。阴极、阳极产生的新生态氢、亚铁离子以及金属铁具有强还原性，极易与电镀污水中的重金属离子以及有机物发生氧化还原反应，重金属离子以及有机物在电极表面、溶液中直接或间接参与了氧化还原反应，从而使大部分的金属离子还原成金属单质沉淀，使有机物分解成CO₂和H₂O等小分子的物质，从而使污染物得到去除。

(2)铁盐絮凝、吸附和络和架桥作用

微电解产物铁离子絮凝生成的氢氧化铁、氢氧化亚铁多羟基聚合物以胶体形态存在，可以通过胶体颗粒表面的吸附作用去除电镀污水中的有机污染物和重金属离子。絮凝形成的胶体颗粒细小，比表面积大，具有很强的表面吸附作用，电镀污水中的一些非极性有机化合物具有憎水性，很容易与胶体颗粒表面接合，以各种形态结合在胶体颗粒表面上的有机物，随胶体颗粒迁移、沉淀、过滤，并且进行包括降解在内的各种界面反应，最终从水中分离出去。

需要说明的是，在实际工程使用中，铁碳填料非常容易板结，板结后填料配水不均匀，实际使用效果就下降，同时，采用滤池形式装填的填料在更换时，劳动工作量非常大，造成该工艺实际推广的困难。因此本施用新型采用滤板9将铁碳微电解池分隔成位于滤板9下端的第一铁碳微电解层以及位于滤板9与第一滤网8之间第二铁碳微电解层，即将铁碳填料分散放置，减少了堆积在一起的压力，从而减少了板结的可能，同时还采用下部进水的方式，对铁碳层有冲击作用，进一步减少了板结的可能。

进一步需要说明的是，滤板9以及第一滤网8的滤孔孔径均小于0.5cm，而第一铁碳微电解层、第二铁碳微电解层内填充的铁碳混合物的粒径大于0.5cm，这样能够防止第二铁碳微电解层内填充的铁碳混合物落入第一铁碳微电解层，从而容易板结。

微波催化活性碳反应池通过第二出水管7与铁碳微电解池连通，微波催化活性碳反应池内设有活性炭吸附层10，微波催化活性碳反应池内位于活性炭吸附层10上方处的内壁上设有第一微波发射器11，微波催化活性碳反应池内位于活性炭吸附层10下方处的内壁上设有第二微波发射器12，第一微波发射器11与第二微波发射器12呈对角设置；微波催化活性碳反应池一侧的下端设有第三出水管13。

铁碳微电解池的出水中大部分的重金属离子和有机污染物都得到了去除，为了进一步减少污水中污染物尤其是重金属离子的含量，铁碳微电解池的出水进入微波催化活性碳反应池，通过微波催化活性碳反应池内设置的活性炭吸附层10吸附剩余的重金属离子和污染物，同时微波催化活性碳反应池内还设置有品牌均为松下，型号均为2m244-m1的第一微波发射器11和第二微波发射器12，第一微波发射器11和第二微波发射器12均与外部电源连接，辐射微波，活性炭吸收微波的能力很强，在微波作用下，活性炭表面会产生许多热点，这些热点的温度比活性炭表面的平均温度高很多，有利于促进重金属离子和污染物在活性炭表面的吸附，另一方面还能使吸附到活性炭表面的有机污染物氧化降解，从而使吸附有有机污染物的热点空出来，继续吸附重金属离子，从而推迟活性炭的吸附饱和时间。

需要说明的是，第一微波发射器11与第二微波发射器12呈对角设置，可以使整个活性炭吸附层10都处于微波辐射下，有利于反应的进行。

本实用新型中，以上公开的仅为本实用新型的具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种废水中重金属去除装置，其特征在于，包括修复床、铁碳微电解池以及微波催化活性碳反应池，所述修复床一侧的上端设有进水管(1)，所述修复床内由下到上依次设有砂滤层(2)、鹅卵石层(3)以及轻质土层(4)，所述轻质土层(4)内种植有修复植物种子，所述修复床内位于所述轻质土层(4)的上方处设有布水管(5)，所述布水管(5)与所述进水管(1)连通；所述修复床位于所述砂滤层(2)下端处的侧壁上设置有第一出水管(6)；

所述铁碳微电解池通过所述第一出水管(6)与所述修复床连通，所述铁碳微电解池上与所述第一出水管(6)相对的一侧设有第二出水管(7)，所述铁碳微电解池内由下到上依次间隔设有滤板(9)和第一滤网(8)，并且所述滤板(9)将所述铁碳微电解池分隔成位于所述滤板(9)下端的第一铁碳微电解层以及位于所述滤板(9)与所述第一滤网(8)之间第二铁碳微电解层；

所述微波催化活性碳反应池通过所述第二出水管(7)与所述铁碳微电解池连通，所述微波催化活性碳反应池内设有活性炭吸附层(10)，所述微波催化活性碳反应池内位于所述活性炭吸附层(10)上方处的内壁上设有第一微波发射器(11)，所述微波催化活性碳反应池内位于所述活性炭吸附层(10)下方处的内壁上设有第二微波发射器(12)，且所述第一微波发射器(11)与所述第二微波发射器(12)呈对角设置；所述微波催化活性碳反应池一侧的下端设有第三出水管(13)。

2.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述轻质土层(4)由将草炭、蛭石按照8：2的质量比混合而成。

3.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述鹅卵石层(3)由粒径大于2cm的鹅卵石铺设而成。

4.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述轻质土层(4)内种植的修复植物种子为芦苇种子、美人蕉种子或菖蒲种子。

5.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述布水管(5)上设置有多个喷淋头。

6.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述第一出水管(6)位于所述修复床内的一端设有第二滤网。

7.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述滤板(9)与所述第一滤网(8)的滤孔孔径均小于0.5cm。

8.根据权利要求1所述的废水中重金属去除装置，其特征在于，所述第一铁碳微电解层以及所述第二铁碳微电解层内均填充有铁碳混合物，且所述铁碳混合物的粒径大于0.5cm。