[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，涉及含重金属电镀废水的净化技术，具体为一种纳米零价铁-电磁系统去除电镀废水中重金属的方法及装置。

背景技术

电镀是当今全球三大污染行业之一。就我国而言，全国电镀厂点约有15000家，每年排放出的废水达40亿m³，相当于国内几个大中城市的自来水供水量。中国新的《电镀污染物排放标准》于2008年8月1日起实施，要求新建的电镀企业排放废水中重金属含量必须符合新标准的要求，现有企业需要在2010年7月1日起执行新的排放标准。电镀工艺是指通过电解作用，在金属工件表面覆盖一薄层其它金属或合金的方法，包括镀前处理、镀上金属层和镀后处理等过程，常见的有电镀铜、镍、铬、铜锌合金、铜锡合金等。镀锌在整个电镀中约占一半，而镀锌的钝化绝大部分采用铬酸盐，因而钝化产生的含铬废水量很大，镀铬也是电镀中的一个主要镀种，其废水量也不少。在铜件酸洗、镀铜层的退除、铝件电化学抛光、铝件氧化后的钝化等作业中也广泛使用铬酸盐。电镀废水成分复杂，毒性大、危害性大，对生态环境有较大的破坏作用，如果其中的重金属排入河流、湖泊、海洋，或进入土壤环境中，会被生物富集并通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康。重金属的大量排放不仅污染环境、危害人民群众的生命健康，更是对宝贵的重金属资源的一种浪费。因此建立高效多功能的电镀废水处理方法对保护生态环境和人类健康有非常重要的意义。

常见的电镀废水处理方法主要有生化法、化学沉淀法、电解法、离子交换法以及膜分离法等。生化法投资和运行成本低，处理效果好，但污泥量大，且处理效果受温度和废水中氰化物等影响，不够稳定；化学沉淀法产生大量污泥，会对环境造成二次污染；电解法处理效果不够理想；离子交换法以及膜分离法等成本和能耗高、设备复杂、操作时间长且选择性低。

如何设计一种更经济的电镀废水处理方法是目前迫于解决的问题。以新材料为龙头的新技术的迅速发展为电镀废水中重金属的有效去除提供了新的手段和方法。零价铁独特的还原能力及表面化学使其能高效去除水体中的重金属。早在1999年，Moller等的研究结果表明，用微米级零价铁去除酸性岩排水中的镉离子、铜离子等均有良好去除效果。纳米零价铁是第一代用于环境修复领域的纳米材料，其独特的还原能力及表面化学使其能应用于重金属高效去除。研究表明，采用纳米零价铁去除重金属反应速率远高于普通零价铁材料。Mallouk等以聚合树脂为载体负载直径10～30 nm 的纳米零价铁材去除水中Cr(VI)和Pb(II)，结果发现Cr(VI)还原成Cr(III)，Pb(II)还原成Pb(0)。尽管该材料中铁含量仅为22.6%，但是反应速率是普通铁材料的30倍，两个月以后去除能力仍然是普通铁粉的21倍。2008年，Xiao-qin Li等研究表明：在pH=4～8时纳米零价铁对Cr的去除能力为180～50mgCr/g nZVI，而相同条件下微米铁（100目）的Cr的去除能力则小于4mgCr/g Fe。5g/L的纳米铁剂量处理1000mg/L Ni溶液，去除率为65%，去除能力为0.13 g Ni/g Fe（4.43 mequiv Ni(II)/g），远大于高岭石等其它无机吸附材料。

目前用nZVI处理含重金属电镀废水还是一种新的方法，因其操作简单、处理效果好具有较大的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是针对含重金属电镀废水现有的处理技术和手段存在的不足，提供一种纳米零价铁-电磁系统去除电镀废水中重金属的方法及其装置，分离出电镀废水中重金属，减少对受纳水体的污染。

本发明提出的纳米零价铁-电磁系统去除电镀废水中重金属的方法，具体步骤如下：

首先对电镀废水进行预处理，将预处理后的电镀废水与纳米零价铁（nZVI）通过搅拌充分混合、接触反应0.5-2小时，nZVI通过吸附或还原、以及络合和共沉淀作用一次性去除电镀废水中Zn、Cu、Pb、Cd或Ni等各种重金属，去除的重金属则聚集在nZVI颗粒上，密闭反应器分离区底部设置有电磁铁，反应完成后接通电源即产生磁场作用力，nZVI与处理后的电镀废水分离，开启底板，取出聚集有重金属的nZVI，完成电镀废水中重金属的有效分离：其中：纳米零价铁固含量为20～80g/L，电镀废水中加入的nZVI净含量为1～10g/L，所述电镀废水是指含锌（Zn）废水、含铜（Cu）废水、含镍（Ni）废水、含镉（Cd）废水、含铅（Pb）废水或含多种金属的混合重金属废水。