铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法技术

发明专利技术公开了一种铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法。本发明专利技术方法主要是：先取一定量的废铁屑和活性炭混合，用碱液浸泡、除油后，用清水洗净至pH值为中性，然后用酸浸泡以除去铁屑表面的氧化物，备用；将经预处理后的铁炭混合物填充至铁炭内电解反应柱内，调节废水的pH为1.8~2.2，用泵将废水打入反应柱内，同时向反应柱内曝气，并进行废水回流。反应0.5~2h后，出水加聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化铝（PAC）絮凝沉淀，再经泥水分离。本发明专利技术运行工艺简单、操作方便、处理效果好，不仅能将废水的pH值从2.0提高至6~6.5左右，节约调节废水pH所需碱量成本，而且实现废水中的重金属和氟化物同时去除的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境科学
，具体涉及火法冶炼过程中产生的含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水的深度处理方法。
技术介绍
含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水属于火法冶炼行业生产中较为典型的废水，目前国内处理该废水主要采用中和沉淀法和硫化法等，在运行过程中，这两种方法都会产生较大量的沉渣，且沉淀法产生的沉渣遇酸性环境容易返溶造成二次污染，而硫化法的处理成本较高。与此同时，采用沉淀法处理废水中的氟化物时，主要通过投加石灰使氟离子与钙离子形成CaF2沉淀而除去，而产生的CaF2沉淀容易包裹在Ca (OH) 2颗粒的表面，使之不能被充分利用，另外该废水中往往含有一定数量的盐类(硫酸钠、氯化钠、氯化铵等)时，会增大氟化钙的溶解度。因此用石灰处理后的废水中氟化物含量一般不会低于20 30mg/L,很难达到国家排放标准；而采用硫化法对该废水中氟化物几乎不能去除。铁炭内电解法是利用铁屑作为阳极材料，炭(包括活性炭、石墨、焦炭等)作为阴极材料，在含有酸性电解质的水溶液中发生电化学反应，在废水中会形成无数个微型原电池，通过电化学氧化还原作用、铁离子的絮凝作用、吸附共沉淀作用，以及铁屑填料层之间的物理吸附作用和过滤作用等协同实现对废水的净化处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种使用铁炭内电解法对含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水进行处理的方法。本专利技术方法使用操作方便、工艺简单、处理效果好、能耗低。本专利技术方法包括如下顺序的步骤( I)将废铁屑和活性炭混合，再用碱液浸泡、除油后，用清水洗净至pH值为中性，然后用酸浸泡以除去铁屑表面的氧化物，备用；( 2)将经步骤(I)预处理后的铁炭混合物填充至铁炭内电解反应柱内，用泵将已调节pH值为I. 8 2. 2的含氟多金属酸性冶炼废水打入反应柱内，同时向反应柱内曝气，并进行废水回流；(3)反应O. 5 2h后，出水加聚丙烯酰胺即PAM和聚合氯化铝即PAC絮凝沉淀，经泥水分离后，出水达到国家污水综合排放标准GB 8978-1996的一级标准。更进一步，步骤(I)所述铁炭混合物为铸铁屑与活性炭的混合物，混合物中，铸铁屑与活性炭的质量比为广1.5:1。步骤(I)所述的碱液为氢氧化钠的稀溶液，质量百分浓度为10°/Γ20% ;所述的酸为硫酸或盐酸的稀溶液，质量百分浓度为59TlO% ;步骤(2)所述的调节pH值采用氢氧化钠浓溶液调节。步骤(2)中，当废水中含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物的浓度较低时，铁炭内电解反应柱采用连续运行，回流量为10倍进水量，废水停留时间为I. 5h，曝气量为0.8^1. 2m3/h ;当废水中砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物的浓度较高时，铁炭内电解反应柱采用间歇运行，待废水充满反应柱后，关闭进水泵，控制废水反应停留时间为O. 5 2h，曝气量为O. 8^1. 2m3/h ;曝气管位于铁炭内电解反应柱的底部，在实际操作时，根据进水水质特点和出水水质要求调整回流比和停留时间，通过自动控制实现连续运行。本专利技术对重金属和氟化物的去除主要是通过吸附、离子交换、共沉淀等协调作用机理，其具体表现如下(I)吸附作用。铁炭内电解法处理含多金属和含氟化物废水时，除了填料自身对重 金属和氟化物有一定的吸附作用外，在曝气条件下，在内电解反应过程中形成的具有很大比表面积的Fe(OH)3胶体对重金属和氟离子产生氢键吸附，由于一些重金属离子和氟离子半径小，电负性强，通过Fe (OH)3胶体的吸附而容易被去除。( 2 )离子交换作用。由于氟离子与氢氧根的半径及电荷都相近，在铁炭内电解-絮凝除氟过程中，新生的Fe2+和Fe3+在废水中能形成[Fe (OH) 6]3等聚羟阳离子及水解后形成Fe (OH) 2 · ηΗ20和Fe (OH) 3 · ηΗ20水合物，其中的0H_能与废水中的F_发生交换，从而达到去除废水中氟化物的目的。(3)共沉淀作用。在内电解反应过程中，铁屑中的硅通过氧化还原等作用生成Na2SiO3与废水中的F_发生络合反应，使废水中的F_以Na2SiO6的形式络合沉淀；同时在较高 PH 条件下，新生的 Fe2+、Fe3+ 能与 F—形成 FeF2+、FeF2+、FeF3、FeF4' FeF52_ 和 FeF63_6 种络合物，铁氟络合离子在絮凝过程中会形成铁氟络合物(FeFx(OH) (3_x)和Na(x_3)FeFx)或夹杂在新形成的Fe (OH) 3絮体中沉降下来；内电解反应过程中新生的Fe2+、Fe3+和金属离子共同形成活性较高的氢氧化物胶体，同时新生的Fe2+、Fe3+与砷形成难溶的砷酸铁沉淀物，这些胶体和沉淀物再通过络合吸附、混凝、共沉淀形成聚合度较大的高分子络合沉淀，达到除去砷、铅、铬、镉等多金属离子的目的。通过铁炭内电解作用，利用新生的Fe2+和Fe3+与重金属离子和氟离子的络合作用，以及铁离子水解中间产物和最后生成的Fe(OH)3矾花对重金属离子和氟离子的吸附、离子交换、共沉淀等作用去除水中的多种重金属和氟化物。本专利技术具有如下有益效果(I)本专利技术是通过铁炭内电解处理含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性冶炼废水，所用的铁屑为工业废铁屑，以废治废。本专利技术方法在实际运行过程中具有占地面积小、设备紧凑，工艺简单、操作方便、耗能低、投资少的特点。(2)与化学法相比，本专利技术技术运行成本低，在处理过程中不需投加药剂、不会增加废水中的盐分、不需处理剩余污泥，管理维护简便，运行成本主要为电费。(3)原废水的酸度较大，一般pH值在I. Γ1. 5，处理过程中只需将其pH值提高至1.8^2. 2，所以需碱量小；并且经过铁炭内电解作用后，能提高废水的pH，节约调节废水pH所需碱量成本。同时新生的[H]和新生的Fe2+具有很高的化学活性，能实现废水中的重金属和氟化物同时去除的效果。(4)铁炭反应柱内采用内回流，通过加大回流方式增加废水对铁炭表面沉积物的冲刷力，加大反应传质推动力，加快反应速率，同时对铁的氧化物和氢氧化物以及其他重金属氧化物垢等具有清除作用。因此本专利技术中的铁屑不易板结，持续运行效果稳定。(5)在操作过程中，本专利技术方法是采用不同的运行方式对废水进行处理，在实际操作上，根据进水水质特点和出水水质要求可调整回流比和停留时间，通过自动控制实现连续运行。(6)在处理过程中，废水在空间上完全混合、在时间上完全推流运行，反应速率高，同一反应器仅通过改变运行工艺参数就可以处理不同浓度的废水。(7)本专利技术可高效处理含砷、铅、铬、镉等多金属和氟化物酸性综合冶炼废水，首次将铁炭内电解法应用于含氟化物废水的治理，并且，效果好，重金属砷的去除率在97%以上，重金属铅、铬的去除率达到80%以上，废水中氟化物的去除率达到90%。(8)本专利技术不仅适于处理含氟多金属酸性冶炼废水，同时对电镀重金属废水、农药废水、印染废水等也有很好的处理效果。具体实施例方式下面结合具体实例对本专利技术作进一步详细的描述。 实施例I :处理废水为湖南郴州某冶炼厂废水(pH=1.4、氟化物=18.72mg/L、As=24. 18mg/L、Cr 总=113. 8mg/L、Pb2+=6. 46mg/L、Cd2+=O. 55mg/L)。取一定量的废铁屑和炭，按照I. 5:1的质量比混合，用10% (质量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：（1）将废铁屑和活性炭混合，再用碱液浸泡、除油后，用清水洗净至pH值为中性，然后用酸浸泡以除去铁屑表面的氧化物，备用；（2）将经步骤（1）预处理后的铁炭混合物填充至铁炭内电解反应柱内，用泵将已调节pH值为1.8~2.2的含氟多金属酸性冶炼废水打入反应柱内，同时向反应柱内曝气，并进行废水回流；（3）反应0.5~2h后，出水加聚丙烯酰胺即PAM和聚合氯化铝即PAC絮凝沉淀，经泥水分离后，出水达到国家污水综合排放标准GB?8978?1996的一级标准。

【技术特征摘要】
1.一种铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤(1)将废铁屑和活性炭混合，再用碱液浸泡、除油后，用清水洗净至PH值为中性，然后用酸浸泡以除去铁屑表面的氧化物，备用；(2)将经步骤(I)预处理后的铁炭混合物填充至铁炭内电解反应柱内，用泵将已调节 pH值为I. 8 2. 2的含氟多金属酸性冶炼废水打入反应柱内，同时向反应柱内曝气，并进行废水回流；(3)反应O.5 2h后，出水加聚丙烯酰胺即PAM和聚合氯化铝即PAC絮凝沉淀，经泥水分离后，出水达到国家污水综合排放标准GB 8978-1996的一级标准。2.根据权利要求I所述铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼废水的方法，其特征在于步骤(I)所述铁炭混合物为铸铁屑与活性炭的混合物，混合物中，铸铁屑与活性炭的质量比为广1.5:1。3.根据权利要求I所述铁炭内电解共沉淀处理含氟多金属酸性冶炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴友芝，刘坚，彭喜，杨双，胡维，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：