一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及方法：通過葉臘石+還原鐵粉混合粉末填入第一廢水處理設備，初步處理重金屬；硅烷偶聯劑改性葉臘石填入第二廢水處理設備，用于吸附未被完全處理的重金屬離子及第一廢水處理設備中生成的鐵離子；磁鐵礦濾料填入第三廢水處理設備中，用于去除第一廢水處理設備中產生的鐵離子及混于水中的葉臘石或改性葉臘石粉；再用電化學方法回收重金屬；本發明對工業廢水中的重金屬離子的處理效果可以達到98%以上，本發明所述的吸附飽和的葉臘石及改性葉臘石經過酸性溶液清洗，可將70%以上的重金屬離子解吸下來，然后經堿性活化即可循環利用，達到節能減排，資源充分利用的目的。
【專利說明】一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及方法
(-)【技術領域】
[0001]本發明涉及廢水中重金屬離子回收的方法，特別涉及一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及回收重金屬離子、葉臘石、改性葉臘石循環利用的方法。
(二)【背景技術】
[0002]隨著我國工業化和城市化進程的高速發展，重金屬廢水的大量排放使得水源、土壤中的重金屬污染變得更加尖銳，加強水污染防治工作已刻不容緩。含重金屬離子的工業廢水主要來自采礦、電鍍、機械加工、金屬冶煉及部分化工行業。廢水中通常含有Pb、Cu、Cr、Hg、Cd、As、Zn、Co、N1、Sn、V等。這些污染成分不同于有機污染物，當其排放到環境中后，不能降解成無害的高端產品，只能改變存在形態或被轉移稀釋，有些重金屬離子甚至通過食物鏈、呼吸或是直接接觸的路徑而在生物體內富集，對生物和人體健康構成威脅，嚴重時甚至引起基因突變或誘發癌癥。
[0003]為保障公眾健康，合理、有效的去除水及廢水中的重金屬成為人類共同關注的重要問題。多年來，人們探索了多種去除重金屬的方法，其中包括化學法，離子樹脂交換法，電解法，反滲透法，電滲析法，蒸發濃縮法，生物法，吸附法等。化學沉淀法需要的離子濃度較高；離子樹脂交換法雖然具有處理量大，出水水質好，重金屬可回收利用的優點，但樹脂易受污染或氧化而失效，再生頻繁，操作費用高；電解法、反滲透法和電滲析法在重金屬廢水處理中雖占地面積小、技術可靠又不產生二次污染，但對重金屬離子濃度有一定限度，膜過于昂貴、分離效率隨時間衰減且易破碎，需定期更換，而且不能完全除去某些微粒；生物法適合連續生產，每次生產需培養新的菌種，成本較高，多余菌需滅菌后才能向環境中排放；而吸附法由于操作簡單、成本低、可再生、對離子濃度無要求等優點，成為一種倍受關注的重金屬廢水處理方法。
[0004]目前使用的吸附劑種類很多，最常見的是活性炭。活性炭無選擇性，可同時吸附多種重金屬離子，吸附容量大，但其成本高，使用壽命短，循環利用和操作費用高。因此，使用來源廣、價格低廉、吸附性能高及無二次污染的粘土礦物吸附劑已經成為一種研究趨勢。這些粘土礦物主要有沸石、膨潤土、蒙脫石、高嶺石、葉蠟石等。
[0005]葉臘石是一類鋁硅酸鹽礦物，價格低廉、來源豐富、易于加工。天然葉臘石由于具有熱穩定性，非膨脹性，耐酸堿腐蝕性且有電負性、離子交換能力和對有機和無機離子的吸附性等優良特性，是最有前途的重金屬吸附材料。
[0006]葉蠟石是由鋁氧八面體和硅氧四面體組成的2:1層狀結構的聚合物。在研磨制取葉蠟石粉時，由于層與層之間容易解離而產生一些表面，而其它表面(邊緣)的形成是由于離子和共價鍵的斷裂。因此，在水溶液中片的表面是疏水性的，可以充當中性吸附點來吸附非極性有機分子。而一些斷裂面由于四面體或八面體層中發生的替換，如Al3+替代Si4+或Mg2+，Fe2+和Ti2+替代Al3+形成帶負電的位點；其他斷裂面由于離子和共價鍵斷裂產生的親水基團，使葉臘石的邊緣部位產生三種類型的邊緣結合點:四面體的S1-OH，八面體Al-OH和四面體八面體的過渡位點S1-0-ΑΙ，由于在pH=4.5-9時四面體的S1-OH的位點是不帶電的，而顆粒邊緣處的八面體的配位鍵A1-OH是帶負電荷的，這些帶負電荷的結合位點可從水溶液中吸附重金屬陽離子。
[0007]為提高重金屬廢水處理效率、加快透水性，可在葉臘石中加入還原鐵粉，起到還原、微電極、微攪拌、透水作用，加快葉臘石吸附效果，以提高重金屬去除率；也可對葉臘石進行表面有機改性。通過粘土表面的羥基基團，在粘土表面上接枝有機基團，使粘土的表面帶有氨基集團，與重金屬形成絡合物，從而去除重金屬。本發明采用的是將還原鐵粉與葉臘石原礦直接混合填入第一個填充腔，將N-2 (氨乙基)3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶聯劑((CH3O)^H3SiC3H6NHC2H4NH2)(該偶聯劑對水無危害)改性的葉臘石填入第二個填充腔，將磁鐵礦濾料填入第三個填充腔，徹底清除廢水中的重金屬離子。
[0008]目前大部分工業廢水處理技術會造成二次污染，如電鍍廢水處理過程中產生的電鍍污泥及外排含鹽量很高的廢水；硫化處理過程中產生大量的硫化氫氣體且處理污泥中含有大量的砷，銅等重金屬離子等。這些都將水污染轉化為了土壤污染，未達到根本上的治污效果。本工藝通過回收再利用工序進行廢水處理，并將高價重金屬離子還原為低價金屬離子的還原法，氧化還原置換法，微電極法和吸附法結合，高效率處理重金屬離子，然后用電化學方法實現對重金屬離子回收，而葉臘石及改性葉臘石可循環利用，避免二次污染。
(三)
【發明內容】
[0009]本發明目的是提供一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置及重金屬的回收方法。通過葉臘石+還原鐵粉混合粉末填入第一廢水處理設備，初步處理重金屬；硅烷偶聯劑改性葉臘石填入第二廢水處理設備，用于吸附未被完全處理的重金屬離子及第一廢水處理設備中生成的鐵離子；磁鐵礦濾料填入第三廢水處理設備中，主要用于去除第一廢水處理設備中產生的鐵離子，及混于水中的葉臘石或改性葉臘石粉，起到水質處理把關作用。吸附飽和后，將葉臘石、改性葉臘石分別進行酸浸，再用電化學方法回收重金屬，用去離子水對磁鐵礦濾料進行反清洗后再利用。
[0010]本發明采用的技 術方案是:
[0011]本發明提供一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置，所述廢水處理專用裝置由各自設有出水口和進水口的三個廢水處理設備單元依次串連構成，前一個廢水處理設備出水口與后一個廢水處理設備進水口相連接；所述廢水處理設備單元包括進水口，出水口，廢水處理設備單元內部設有填充腔室，所述出水口位于廢水處理設備單元靠近上方部位，所述進水口位于廢水處理設備單元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下緣一直延伸至進水口的下緣，所述出水口處設有水質檢測口，所述填充腔室底部鋪有濾板(優選多孔陶瓷濾板或多孔玻璃濾板)，所述濾板上表面鋪有濾布(主要用于預防填充劑泄露)，所述濾板的厚度高于填充腔室底端至進水口上緣的高度，所述出水口處設有阻擋填充劑流出的濾紙、濾布或海綿(優選海綿)；所述三個廢水處理設備單元結構相同并依次為第一廢水處理設備、第二廢水處理設備和第三廢水處理設備；所述第一廢水處理設備內以還原鐵粉和葉臘石的混合物為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第二廢水處理設備以硅烷偶聯劑改性葉臘石為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第三廢水處理設備以磁鐵礦為濾料填充于填充腔室內。
[0012]進一步，所述濾板的厚度與填充腔室高度比為1:6~8 (優選1:8)。[0013]進一步，所述濾布為滌綸斜紋濾布(出水口處的濾布與濾板上的濾布相同)，通常采用滌綸斜紋濾布——抗磨性強、過濾速度快、壽命長。
[0014]進一步，所述海綿為水族過濾棉，透水性可以達到97%。
[0015]本發明還提供一種利用所述廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法:(1)將含重金屬離子的廢水PH值調節至6.0~6.5后泵入第一廢水處理設備的進水口，廢水流經第二廢水處理設備，在第二廢水處理設備水質檢測口處檢測第二廢水處理設備出水中金屬離子濃度，若出水中金屬離子濃度> 0.lmg/L時，將出水再次流經所述第一廢水處理設備和第二廢水處理設備，反復進行至第二廢水處理設備出水中金屬離子濃度為< 0.lmg/L時，將廢水流經第三廢水處理設備去除鐵離子，廢水達標排放；所述重金屬離子為 Pb、Cr、Cu、Hg、Cd、As、Zn、Co、N1、Sn 或 V (優選 Pb 或 Cu)；
[0016](2)填充劑的回收方法:①將第一廢水處理設備中吸附飽和的吸附填充劑或第二廢水處理設備中吸附飽和的吸附填充劑浸于pH值為I~3的酸性溶液中，超聲振蕩I~
1.5h (優選lh)，(由于還原鐵粉在第一廢水處理設備中所占的比例很少，而且經過還原、置換反應也要消耗掉一部分，故還原鐵粉可以全部溶于酸性溶液中)離心分離，得到上清液a和沉淀a，沉淀a調節pH值至7 (優選用2mol/L的氫氧化鈉水溶液調節)后用過量的去離子水沖洗，得到上清液b和沉淀b，再在100~110°C (優選90~110°C)真空爐烘干沉淀b，獲得回收后的葉臘石或硅烷偶聯劑改性葉臘石；②將第三廢水處理設備中的磁鐵礦濾料用去離子水反沖洗30~40min,流速為30~40m/h,回收再利用。
[0017](3)金屬離子回收:將步驟(2)中的上清液a和上清液b合并作為電解液置于電解槽中，以與所述的重金屬離子一致的重金屬為陰極，以石墨電極為陽極，在50~70°C (優選60°C)恒溫水浴中進行電沉積，電沉積完全后，將陰極板依次用去離子水、無水乙醇洗滌，干燥，獲得與所述重金屬離子相對應的重金屬板；將電解后的電解液及步驟(2)磁鐵礦濾料反復沖洗后的洗滌液合并，加入lOmol/L氫氧化鈉水溶液，室溫靜置沉淀，直到沉淀不析出為止，去除鐵離子。
[0018]進一步，步驟(1)所述第一廢水處理設備內的填充劑為原鐵粉和葉臘石以質量比1:14~1:20 (優選1:14)的混合物。
[0019]進一步，步驟(1)所述改性葉臘石按如下步驟制備:1)向氨基硅烷偶聯劑中緩慢滴加去離子水，超聲震蕩至溶液均勻澄清后即得到了偶聯劑的水解產物，向水解產物中加入體積終濃度為50%的無水乙醇稀釋，獲得表面改性劑；所述去離子水與偶聯劑質量比為1 ~2:1 (優選 1.18:1)；
[0020]2)將葉臘石在500r/min下機械球磨6h，制得葉臘石粉；將葉蠟石粉在120°C烘箱內預干燥30min后用無水乙醇潤濕葉臘石到糊狀為止，放在60~65°C恒溫水浴中磁力攪拌，緩慢滴加步驟I)制備的表面改性劑，攪拌60min后在110°C烘箱內干燥90min，即得到了硅烷偶聯劑改性葉臘石；所述氣基硅烷偶聯劑占葉臘石粉質量的1.6%。
[0021]進一步，步驟(2)所述酸性溶液為2mol/L鹽酸水溶液，用于解析吸附劑上的重金屬，溶解未反應的微量還原鐵粉；所述堿性溶液為2mol/L的氫氧化鈉水溶液，用于中和沉淀中的鹽酸，所加堿的量根據PH判斷，pH接近7時停止加堿。
[0022]本發明所述重金屬離子回收中，當上清液中含有多種重金屬離子時，可根據各金屬離子的平衡電勢高低來確定重金屬離子的析出順序，在相應的電壓下，選用不同的金屬陰電極對重金屬離子進行電沉積以達到分離回收目的。
[0023]與現有的廢水處理技術相比，本發明的創新主要體現在:
[0024](I)填充劑中的還原鐵粉可以:①將高價有毒的重金屬離子還原為低價重金屬離子，易于改性葉臘石的吸附將一部分強氧化性的金屬離子從溶液中置換出來，對Cr6+、Pb2+和As3+的處理效果尤為明顯，這時被還原的金屬與鐵粉之間可以構成粉末微電極，以廢水為電解質溶液對其它金屬進行電解；③粉末微電極引起的離子遷移也能起到輕微攪拌作用，促進改性葉臘石對未能置換的金屬離子的吸附效果；④去除水中強氧化性的金屬氧化物顆粒；⑤抑制微生物生長。
[0025](2)本發明以葉臘石及改性葉臘石作為吸附劑，葉臘石來源豐富、價格低廉，易于加工，制備工藝簡單。葉臘石具有與蒙脫石類似的四面體-八面體-四面體構成的層狀結構，但卻具有非膨脹性，耐熱穩定性，耐酸堿性和吸附性，可以有效的吸附廢水中鐵粉未能置換的重金屬離子、鐵離子及有機物，而且可以循環使用，不會產生二次污染。
[0026](3)氨基硅烷偶聯劑上的N原子可提供孤對電子，從而與受體金屬結合成配合物；同時，氨基水解成堿性，與酸性的重金屬離子發生中和而生成絡合物吸附在改性葉臘石表面。
[0027](4)本發明對工業廢水中的重金屬離子的處理效果可以達到98%以上。
[0028](5)本發明所述的吸附飽和的葉臘石及改性葉臘石經過酸性溶液清洗，可將85~91%的重金屬離子解吸下來，然后經活化即可循環利用，達到節能減排，資源充分利用的目的。
[0029](6)本發明廢水處理裝置中的磁鐵礦濾料強度高、濾速快、截污能力強、反沖洗時不易混層、使用周期長等特點 。對除鐵、除氟及除水中的懸浮物的效果也很明顯，能起到處理水質最后把關的作用。
(四)【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明廢水處理設備單元:1為進水口，2-1為濾紙，2-2為海綿，3為填充腔室(高度為80mm，直徑55mm) ;4為出水口，5為水質檢測口。
[0031]圖2為本發明廢水處理專用裝置:1為進水口，4為出水口，a為第一廢水處理設備，b為第二廢水處理設備，c為第三廢水處理設備。
[0032]圖3為回收葉臘石流程圖。
[0033]圖4為電沉積裝置圖:1_直流穩壓電，2-電解質，3-1電極，3_2電極。
[0034]圖5為X射線衍射圖譜(XRD )，a為葉臘石的XRD圖譜和b為改性葉臘石的XRD圖
-1'TfeP曰。
[0035]圖6紅外吸收譜圖(IR)，a為葉臘石的IR圖譜，c為硅烷偶聯劑的IR圖譜，b為改性葉臘石的IR圖譜。
[0036]圖7掃描電鏡圖(SEM)，a為葉臘石的SEM圖譜，b為改性葉臘石的SEM圖譜。
[0037]圖8為Pb標準液的陽極溶出伏安法擬合直線。
[0038]圖9為Cu標準液的陽極溶出伏安法擬合直線。
(五)【具體實施方式】[0039]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此:
[0040]實施例1填充劑的制備
[0041]以粒徑范圍為小于0.18mm的天然葉臘石為原料，N_2 (氨乙基)3_氨丙基甲基二甲氧基硅烷偶聯劑為改性試劑。
[0042]在50ml的燒杯中加入0.8g氨基硅烷偶聯劑，然后緩慢滴加0.95g去離子水，室溫下攪拌至溶液均勻澄清后即得到了硅烷偶聯劑水解后的產物(CH3OH) 2CH3SiC3H6NHC2H4NH2。向水解產物中加入體積終濃度為50%的無水乙醇進行稀釋，作為葉臘石表面改性劑。
[0043]將葉臘石放入瑪瑙罐中(球磨介質為瑪瑙球)，用QM-3SP4行星式球磨機在500r/min (正反轉/5min)下進行機械球磨,球磨時間為6h,制得葉臘石粉；將50g葉臘石粉在120°C烘箱內預干燥30min備用；用90~100ml無水乙醇潤濕葉臘石粉到糊狀為止，放在60~65°C恒溫水浴中磁力攪拌，再緩慢滴加水解后的偶聯劑產物，攪拌60min后在110°C烘箱內干燥90min，這樣即得到了硅烷偶聯劑改性葉蠟石。
[0044]葉臘石及改性葉臘石的X射線衍射圖譜分別見圖5中的a、b所示；葉臘石、硅烷偶聯劑和改性葉臘石的FTIR圖見圖6所示；葉臘石及硅烷偶聯劑改性葉臘石的SEM圖譜分別見圖7中的a、b所示。
[0045]由X射線衍射圖譜(圖5中的a、b)可以看出葉臘石結晶的程度及葉臘石表面的有機納入量。從相對應的(001)，(002)和(003)面衍射峰及其他衍射峰的減弱情況，說明偶聯劑包覆到了葉蠟石表面。但葉蠟石結構沒有發生改變，因為表面改性葉蠟石衍射峰的位置沒有改變。
[0046]FTIR圖(圖6)中的3530cm_l處的-OH基團的出峰情況，3170cm_l處的C-H的出峰情況，和1610cm-l處的C-NH-C的出峰情況，可以看出偶聯劑以化學鍵的方式吸附到了葉
臘石表面。
[0047]SEM圖(圖7)中葉臘石表面覆蓋了一層薄膜，與XRD、FTIR數據分析相吻合。
[0048]實施例2
[0049](I)廢水處理專用裝置(圖2):所述廢水處理專用裝置由各自設有出水口和進水口的三個廢水處理設備單元依次串連構成，前一個廢水處理設備出水口與后一個廢水處理設備進水口相連接；所述廢水處理設備單元(圖1)包括進水口 1，出水口 4，廢水處理設備單元內部設有填充腔室3 (高度為80mm，直徑55mm)，所述出水口位于廢水處理設備單元靠近上方部位，所述進水口位于廢水處理設備單元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下緣一直延伸至進水口的下緣，所述出水口處設有水質檢測口 5，所述填充腔室底部鋪有多孔玻璃板(高度為10mm)，所述多孔玻璃板的上表面鋪有滌綸斜紋濾布2-1，所述多孔玻璃板的厚度高于填充腔室底端至進水口上緣的高度，所述出水口處設有阻擋填充劑流出的水族海綿2-2 ;所述三個廢水處理設備結構相同并依次為第一廢水處理設備、第二廢水處理設備和第三廢水處理設備；所述第一廢水處理設備內以質量比1:14的還原鐵粉和葉臘石的混合物為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第二廢水處理設備以實施例1方法制備的硅烷改性葉臘石為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第三廢水處理設備c以磁鐵礦(由溫縣恒大凈水材料廠生產)為濾料填充于填充腔室內。
[0050](2)廢水處理方法:分別將含20mg/L、50mg/L鉛離子的廢水pH值調節至6.0~6.5后泵入第一廢水處理設備的進水口，廢水流經第二廢水處理設備,在第二廢水處理設備水質檢測口處檢測出水中鉛離子濃度，若出水中鉛離子濃度> 0.lmg/L時，將出水再次流經所述第一廢水處理設備和第二廢水處理設備，反復進行至第二廢水處理設備水質檢查口處出水中鉛離子濃度為< 0.lmg/L時，將廢水流經第三廢水處理設備去除鐵離子，廢水達標排放。[0051](3)填充劑的回收:當含鉛離子的廢水流經第一廢水處理設備進水口和第二廢水處理設備，在第二廢水處理設備水質檢測口處的鉛金屬離子濃度不再改變時(可以通過電化學工作站測試無明顯鉛離子還原峰)，表明吸附劑吸附達到飽和。將第一廢水處理設備中吸附飽和的葉臘石填料及剩余的還原鐵粉浸于2mol/L鹽酸水溶液中，振蕩lh，還原鐵粉完全溶解，離心分離，得到上清液a和沉淀a，在沉淀a中加入2mol/L的氫氧化鈉水溶液，攪拌，到PH為7 (中性)時，停止加堿，用去離子水洗滌，110°C干燥即獲得再生的葉臘石；將第二廢水處理設備中吸附飽和的改性葉臘石浸于2mol/L鹽酸水溶液中，振蕩lh，離心分離，得到上清液b和沉淀b，沉淀b加入2mol/L的氫氧化鈉水溶液，攪拌，到pH為7 (中性)時，停止加堿，再用去離子水洗滌后，110°C真空爐烘干，獲得再生的改性葉臘石，回收重復利用。將第三廢水處理設備中磁鐵礦通入去離子水，流速控制在30~40m/h反沖洗30~40min后，循環利用。
[0052](4)金屬離子回收:將步驟(3)獲得的上清液a和上清液b合并進行陽極溶出伏安法分析(對照陽極溶出伏安法中出峰的位置，確定重金屬的種類，根據重金屬離子制備的擬合直線方程求出上清液中所對應的重金屬離子濃度)并作為電解液置于電解槽中，以鉛板為陰極，以石墨電極為陽極，在60°C恒溫水浴中進行電沉積，電沉積完全后，將陰極(鉛板)依次用去離子水、無水乙醇洗滌至鉛板上無附著物，25~30°C干燥，獲取單質鉛。鉛離子的回收率可達到93%。
[0053](5)將電解后的電解液及磁鐵礦濾料反沖洗后的洗滌液合并，加入10mol/L氫氧化鈉溶液，直到沉淀不析出為止，去除鐵離子。
[0054]為檢測處理后的水中鉛離子的含量，首先配置不同濃度的鉛離子溶液，獲得Pb2+標準液的陽極溶出伏安法擬合直線如圖8所示；Pb2+標準液的陽極溶出伏安法擬合直線如圖8所示；Pb擬合后的直線方程為:Υ=15.39104χ+7.39798。吸附前后的鉛離子濃度的結果見表1。
[0055]表1陽極溶出伏安法測試結果
[0056]
廢水處理設備吸附前Pb含量吸附后Pb含量 Pb的吸附率％
_mg/L_mg/L_
a 20 0.035830744 99.82
b 0.035830744 / 100
c / / 100
a 50 0.562072655 98.87
b 0,562072655 / 100
_c_/_/_100
[0057]/表不未檢出(低于檢出限)檢出限:0.0 lmg/L[0058]根據陽極伏安法分析，第三廢水處理設備流出的溶液在鐵離子電位上所對應的峰不明顯，說明鐵離子已經被處理到可達標排放。
[0059]實施例3
[0060]廢水處理專用裝置及處理方法、吸附劑回收方法同實施例2，將廢水改為含20mg/L、50mg/L銅離子的廢水；
[0061]金屬離子回收方法同實施例2，以銅板為陰極，以石墨電極為陽極，在60°C恒溫水浴中進行電沉積，電沉積完全后，將陰極(銅板)依次用去離子水、無水乙醇洗滌，干燥，獲取單質銅,銅的回收率可達到90%。
[0062]電解后的電解液及磁鐵礦濾料反沖洗后的洗滌液的處理同實施例2，加入高濃度氫氧化鈉溶液，直到沉淀不析出為止，去除鐵離子。
[0063]為檢測處理后的水中銅離子的含量，首先配置不同濃度的銅離子溶液，繪制的Cu2+標準液的陽極溶出伏安 法擬合直線如圖9所示；擬合后的直線方程為:Y=0.13396X+0.29014，通過擬合后的方程求出銅離子濃度，所得結果見表2。
[0064]表2陽極溶出伏安法測試結果
[0065]
【權利要求】
1.一種去除廢水中重金屬離子的專用裝置，所述廢水處理專用裝置由各自設有出水口和進水口的三個廢水處理設備單元依次串連構成,前一個廢水處理設備出水口與后一個廢水處理設備進水口相連接；所述廢水處理設備單元包括進水口，出水口，廢水處理設備單元內部設有填充腔室，所述出水口位于廢水處理設備單元靠近上方部位，所述進水口位于廢水處理設備單元靠近下方部位，所述填充腔室位于出水口下緣一直延伸至進水口的下緣，其特征在于:所述出水口處設有水質檢測口，所述填充腔室底部鋪有濾板，所述濾板上表面鋪有濾布，所述濾板的厚度高于填充腔室底端至進水口上緣的高度，所述出水口處設有阻擋填充劑流出的濾紙、濾布或海綿；所述三個廢水處理設備單元相同并依次為第一廢水處理設備、第二廢水處理設備和第三廢水處理設備；所述第一廢水處理設備內以還原鐵粉和葉臘石的混合物為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第二廢水處理設備以硅烷偶聯劑改性葉臘石為吸附填充劑填充于填充腔室內，所述第三廢水處理設備以磁鐵礦為濾料填充于填充腔室內。
2.如權利要求1所述去除廢水中重金屬離子的專用裝置，其特征在于所述濾板的厚度與填充腔室高度比為1:6~8。
3.如權利要求1所述去除廢水中重金屬離子的專用裝置，其特征在于所述濾布為滌綸斜紋濾布。
4.如權利要求1所述去除廢水中重金屬離子的專用裝置，其特征在于所述海綿為水族過濾棉。
5.一種利用權利要求1所述廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法:其特征在于所述方法為:(I)廢 水處理:將含重金屬離子的廢水PH值調節至6.0~6.5后泵入第一廢水處理設備的進水口，廢水流經第二廢水處理設備，在第二廢水處理設備水質檢測口處檢測第二廢水處理設備出水中金屬離子濃度，若出水中金屬離子濃度> 0.lmg/L時，將出水再次流經所述第一廢水處理設備和第二廢水處理設備，反復進行至第二廢水處理設備出水中金屬離子濃度為< 0.lmg/L時，將廢水流經第三廢水處理設備去除鐵離子，廢水達標排放；所述重金屬離子為Pb、Cr、Cu、Hg、Cd、As、Zn、Co、N1、Sn或V ； (2)填充劑的回收:①將第一廢水處理設備中吸附飽和的吸附填充劑或第二廢水處理設備中吸附飽和的吸附填充劑浸于PH值為I~3的酸性溶液中，超聲振蕩I~1.5h，離心分離，得到上清液a和沉淀a，沉淀a調節pH至7后用去離子水沖洗，得到上清液b和沉淀b，再在100~110°C真空爐烘干沉淀b，獲得回收后的葉臘石或硅烷偶聯劑改性葉臘石?級將第三廢水處理設備中的磁鐵礦濾料用去離子水反沖洗30~40min，流速為30~40m/h，回收再利用。 (3)金屬離子回收:將步驟(2)中的上清液a和上清液b合并作為電解液置于電解槽中，以與所述的重金屬離子一致的重金屬為陰極，以石墨電極為陽極，在50~70°C恒溫水浴中進行電沉積，電沉積完全后，將陰極板依次用去離子水、無水乙醇洗滌，干燥，獲得與所述重金屬離子相對應的重金屬板。
6.如權利要求5所述利用廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法，其特征在于步驟(1)所述硅烷偶聯劑改性葉臘石按如下步驟制備:1)向氨基硅烷偶聯劑中緩慢滴加去離子水，超聲震蕩至溶液均勻澄清后即得到了偶聯劑的水解產物，向水解產物中加入體積終濃度為50%的無水乙醇稀釋，獲得表面改性劑；所述去離子水與偶聯劑質量比為I~.2:1 ； 2)將葉臘石在500r/min下機械球磨6h，制得葉臘石粉；將葉蠟石粉在120°C烘箱內預干燥30min后用無水乙醇潤濕葉臘石到糊狀為止，放在60~65°C恒溫水浴中磁力攪拌，緩慢滴加步驟I)制備的表面改性劑，攪拌60min后在110°C烘箱內干燥90min，即得到了硅烷偶聯劑改性葉蠟石；所述氨基硅烷偶聯劑占葉蠟石粉質量的1.6%。
7.如權利要求5所述利用廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法，其特征在于步驟(1)所述第一廢水處理設備內的填充劑為原鐵粉和葉臘石以質量比1:14~20的混合物。
8.如權利要求5所述利用廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法，其特征在于步驟(1)所述金屬離子為鉛離子或銅離子。
9.如權利要求5所述利用廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法，其特征在于步驟(2)所述酸性溶液為2mol/L鹽酸水溶液,所述堿性溶液為2mol/L的氫氧化鈉水溶液。
10.如權利要求5所述利用廢水處理專用裝置處理廢水并回收金屬離子的方法，其特征在于步驟(3)所述電沉積溫度為60°C。
【文檔編號】C02F101/20GK103523969SQ201310464419
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月30日 優先權日:2013年9月30日
【發明者】李國華, 任曉青 申請人:浙江工業大學