一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法。
技术背景
[0002]随着我国工业化和城镇化步伐的快速推进，各类采矿废渣、电镀废水、冶金及金属加工废水的无序排放正使得我国的重金属污染问题日益突出，重金属污染事件层出不穷。重金属(如含镉、汞、铅、铜等)污染持久性强、对生物有富集作用以及能产生放大效应等，而且大部分的重金属元素污染都有着较高的生物毒性，即便是浓度很小，所产生的污染效果和危害性也是十分显著的。
[0003]铜污染是重金属污染中比较常见的一种，近年来曾经有一些报道海湾地区铜污染造成牡蛎肉变绿的事件。铜元素是人体所必须的微量元素，它参与人体30多种酶和金属蛋白的合成，但过量摄入铜元素，会在肝脏中产生蓄积，从而造成人体铜中毒。有证据表明铜元素可诱导B-淀粉样蛋白(一种神经毒性蛋白)的聚集，可能引起老年痴呆症。同时有调查显示帕金森病患病率增加与铜元素的长时间显露有关联。当浓度超过0.6ppm时，会对水稻的生长发育产生危害。总之，铜离子会污染地表水、地下水及土壤，对人类健康和水生动植物带来极大危害。
[0004]γ_聚谷氨酸(Poly-γ-Glutamic Acid)，简称γ-PGA，是一种由微生物合成的高分子聚合物。γ-聚谷氨酸的特点之一是它能够吸附水溶液中的金属阳离子，这是由于其结构中具有COO-反应活性基团，这种COO-反应活性基团对铜离、汞离子、锌离子、铬离子等具有键和作用。γ-聚谷氨酸是由微生物发酵而来，在纳豆(黄豆发酵豆)中被首次发现，具有水溶性和强吸附性等特点。需要强调的是，这种物质无毒、可生物降解，不管是对环境还是对人体都没有危害，符合环境友好的需求。
[0005]工业废水中的铜离子可由化学沉降法、离子交换法和吸附等方法去除。但电镀废水中的铜离子常与其他金属离子及络合物共存，使得这些方法在处理铜离子，特别是去除低浓度铜离子时效果不甚理想，因而近年来使用γ -聚谷氨酸吸附絮凝去除重金属得到越来越多的关注。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种利用γ -聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置及方法，可以控制进水流量、γ-聚谷氨酸量及水力停留时间，通过搅拌使γ-聚谷氨酸和铜离子充分接触，并使沉淀絮体得到保护，可以批量处理含铜废液，提高铜离子的去除效率。
[0007]为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为:
[0008]—种利用γ-聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的装置，包括反应装置、进水箱和加药箱，其中，进水箱和加药箱均与反应装置连通，反应装置内部分为上端的反应腔室和下端的贮渣排渣腔室，两者之间通过排渣漏斗隔开，排渣漏斗的下端开口处设置导渣装置。
[0009]优选的，所述反应装置内部还设置有搅拌装置。搅拌装置可以促进装置内溶液的混合，促进γ-聚谷氨酸对铜离子的吸附作用。
[0010]优选的，所述导渣装置为半球形，该半球形导渣装置的半径大于排渣漏斗下端开口的半径。由于导渣装置位于排渣漏斗的正下方，当导渣装置的半径较大时，可以在留出排渣缝隙的同时，将絮凝物导入贮渣排渣腔室，并有效防止了反应腔室中溶液的流动对贮渣排渣腔室中的絮凝物产生扰动，有利于絮凝物的收集。
[0011]优选的，所述导渣装置为锥体。锥体的上部分可以伸入到排渣漏斗的下端开口，也可以设置于排渣漏斗的下端开口的下端，可以更好地对絮凝物起到导送和保护的作用。
[0012]优选的，所述加药箱与反应腔室的上端连通。加药箱与反映腔室的上端连通，可以使γ-聚谷氨酸更好地与废水混合，防止γ-聚谷氨酸在扩散的过程中进入到贮渣排渣腔室中，造成浪费。
[0013]优选的，所述进水箱与反应腔室的下端连通。
[0014]优选的，反应腔室的下端设置排水阀。当废水处理一段时间后，开启该排水阀即可将净化后的废水排出，可以不用打开贮渣排渣腔室，有效地将絮凝物进行了隔离。
[0015]优选的，贮渣排渣腔室的下端设置有排渣出水阀。挡贮渣排渣腔室中的絮凝物积累到一定量，可以将腔室内的水排出，然后将絮凝物排出。
[0016]优选的，所述反应腔室内设置液位计，加药箱和反应腔室之间连接有计量栗。液位计可以控制投入的废水的量，计量栗可以控制γ-聚谷氨酸的加入量，从而控制γ-聚谷氨酸与废水的比例，获得最佳的净化效果。
[0017]—种利用γ -聚谷氨酸去除电镀废水中铜离子的方法，包括如下步骤:
[0018]I)将γ-聚谷氨酸溶液和含铜废液加入到反应装置的反应腔室中，搅拌，反应；
[0019]2)铜离子絮凝物沿着排渣漏斗进入贮渣排渣腔室中，并在导渣装置的引导作用下，下落到贮渣排渣腔室的边缘；
[0020]3)废水中铜离子絮凝完毕后，打开排水阀，将净化水排出，一个处理周期完成；
[0021]4)当完成设定个处理周期后，将贮渣排渣腔室中的铜离子絮凝物排出。
[0022]优选的，步骤I)中，γ-聚谷氨酸溶液的浓度为10_12g/L。在该浓度范围内，可以通过精确控制γ-聚谷氨酸溶液的体积，来控制γ-聚谷氨酸与废水的比例。
[0023]进一步优选的，步骤I)中，γ -聚谷氨酸溶液与含铜废液的体积比为1:40-1:30。当γ-聚谷氨酸与含铜废水的用量比例是这样时，γ-聚谷氨酸可以有效吸附含铜废水中的铜离子，一方面保证了废水中铜离子的有效去除，另一方面使γ-聚谷氨酸得到最好利用，避免了浪费。
[0024]优选的，步骤I)中，反应的温度为15_30°C。当反应的温度在该温度范围内时，γ -聚谷氨酸吸附铜离子的速率最高，对铜离子的去除效果最好。
[0025]优选的，步骤I)中，反应的时间为8-10min。在15_30°C温度下，反应8_10min后，γ-聚谷氨酸对铜离子的吸附已经达到了平衡，而此时的平衡状态下，单位摩尔数的γ-聚谷氨酸吸附的铜离子的量最多，这是经过实验反复验证而得。
[0026]优选的，步骤4)中，当装置连续运行8-12小时，进行清渣。当装置反复运行一段时间后，铜离子絮凝物积累了一定量，再进行清理，可以保证废水净化的连续性。由该技术特征可以看出，本发明的装置处理铜离子废水可以连续处理8-12小时，大大提高了铜离子废水的处理效率。
[0027]本发明的有益效果为:
[0028]1、将γ-聚谷氨酸以液态形式加入，符合其极易溶于水的特点，也更易控制投加量;
[0029]2、在反应过程中，已经絮凝的颗粒被排渣漏斗和导渣装置隔离，絮凝体不易被破坏。在一个处理周期完成后的排水过程中，由于排渣漏斗和导渣装置的隔离作用，絮凝体不易被水流激起重新回到反应系统，不会随水流排出造成二次污染，而是贮存在下层，待多个处理周期完成后，沉淀絮体再被集中清理。这样保证了整个处理过程的连续性、稳定性和高效性。
【附图说明】
[0030]图1为本发明的结构示意图；
[0031]图2为本发明的另一实施方式结构示意图。
[0032]其中，1、进水箱，2、螺