[发明专利]一种重金属废水生物质反应器

说明书

技术领域

本发明涉及环保污水处理设备技术领域，尤其是一种重金属废水生物质反应器。

背景技术

在工业生产过程中，富含重金属离子的废水在进入排污管道之前必须进行离子吸附处理，以避免对环境造成严重污染。废水吸附处理法是常用的废水物理化学处理法的一种，尤其适用于处理重金属废水，根据吸附过程一般可以物理吸附和化学吸附两种方式，吸附过程是溶剂、溶质和固体吸附剂综合体系中的界面现象。吸附现象的第一种推动力是溶剂对溶质的排斥作用，决定这种作用强度的重要因素是溶质的溶解度，溶质同溶剂的化学特性越相近，溶解度就越大，被多孔性固体吸附的趋势就越小；反之，溶质同溶剂的化学特性相差越大，溶解度越小，被吸附的趋势就越大。在水溶液中，溶剂水具有强极性，一些非极性的有机物就容易受到水的排斥，而被吸附在非极性的吸附剂表面上。吸附现象的第二种推动力是多孔性固体对溶质的亲和吸引作用，包括范德瓦耳斯力、静电引力以及化学键或氢键作用力。在范德瓦耳斯力或静电吸引力作用下进行的吸附称为物理吸附。这两种力是没有选择性的，因而物理吸附可以发生在固体吸附剂与任何溶质之间，但吸附强度则因吸附对象的不同而有很大差别。范德瓦耳斯力的作用强度较小，作用范围也小，因而吸附不牢固，具有可逆性，并可以形成多分子层的吸附。物理吸附过程是放热过程，温度降低有利于吸附，温度升高有利于解吸。在化学键力或氢键力作用下进行的吸附称为化学吸附。化学键力只存在于特定的各原子之间，所以化学吸附是有选择性的。化学键力的强度较大，其作用力范围不超过分子大小，因而化学吸附可逆性较差，只形成单分子层吸附。化学吸附是吸热过程，温度升高有利于吸附。物理吸附和化学吸附往往并存在吸附过程中。

吸附操作可分为静态间歇吸附法和动态连续吸附法两种。吸附法单元操作通常包括三个步骤。首先是使废水和固体吸附剂接触，废水中的污染物被吸附剂吸附；第二步将吸附有污染物的吸附剂与废水分离；最后进行吸附剂的再生或更新。按接触、分离的方式，吸附操作可分为静态间歇吸附法和动态连续吸附法两种。

动态连续吸附法是在流动条件下进行吸附，相当于连续进行多次吸附，即在废水连续通过吸附剂填料层时，吸附去除其中的污染物，其吸附装置有固定床、膨胀床和移动床等型式。各种吸附装置可单独、并联或串联运行，按水流方向可分为上向流式和下向流式两种，按承受的压力可分为重力式和压力式两种。得到广泛使用的是固定床吸附系统。

动态连续吸附法可以利用吸附柱试验绘制穿透曲线来确定最佳的操作参数。穿透曲线是出水中残留污染物浓度C与吸附柱过水量V之间的关系曲线，在通水初期，出水中污染物含量C1低于允许数值，水质良好，随着处理水量的增加，出水中污染物的浓度逐渐增高，当出水中污染物浓度达到允许数值C2的那一点C称为穿透点，越过穿透点后继续通水，出水中污染物的浓度急剧增加，直至接近于废水浓度C0。曲线ABCD为吸附柱在特定接触时间下的穿透曲线，曲线CD越陡，表明吸附作用越好，吸附剂的利用率越高。

生物质对废水中的重金属的去除是典型的生物质吸附现象，它不同于简单的吸附、沉积或者离子交换，是典型的物化过程与生化过程的复合体，因生物质的细胞壁化学组分不同及表面结构不同而具有明显的区别。生物质属于多孔性吸附剂，对重金属的吸附过程一般分为三个阶段：

1、颗粒外部扩散阶段：即吸附质从溶液中扩散到吸附剂表面。主要决定因素是重金属离子的外部扩散速度，一般与重金属离子浓度和生物质吸附剂的比表面积成正比，增加溶液与颗粒间的相对运动速度，也可以在一定程度上提高外部扩散速度，因此选用较小的粒径、采用搅拌混合方法在理论上具有提高吸附速度的作用。

2、孔隙扩散阶段：即重金属离子在吸附剂孔隙中继续向吸附点扩散阶段，这一阶段的主要决定因素是孔隙扩散速度，孔隙扩散速度与吸附质颗粒的大小和结构等因素有关，一般，吸附剂颗粒越小，孔隙扩散速度越快。外部扩散速度与孔隙扩散速度一起决定吸附速度。

3、吸附反应阶段：在该阶段重金属离子被吸附在吸附剂孔隙内的吸附点表面，形成吸附固定。