本发明涉及实验室重金属废液的净化处理技术领域。
背景技术：
随着我国科学技术的飞速发展和教育的不断进步，教学实验室和科研实验室的规模和数量都在不断增加，与此同时实验室污染问题也日渐突出，尤其是实验室重金属废液的随意排放问题。重金属具有一定的毒性，在排入土壤和水体后，不能被微生物降解，危害土壤、水体生态环境。通过空气、水、土壤等途径进入动植物体内，并经由食物链放大富集进入人体，损害人体健康。对人体健康有较大影响的重金属离子主要有汞、铜、铅、镉、铬、锌、镍、锰等。
我国对实验室废液排放问题的关注度不够，尚没有完善的管理规范，实验室重金属废液大多不经处理或者只经简单的稀释处理就排入下水道，部分实验室采用统一收集后交由相关专业单位集中处理模式。然而重金属废液排放周期不确定，水质复杂、多变，统一收集的运输和处理成本都较高。因此，研发一种耗能低、经济实用的实验重金属废液处理装置已成为实验室环境保护工作的一项重要课题。
目前，重金属废水处理方法主要有化学沉淀法、电解法、吸附法、膜分离法、离子交换法等。这些方法对废水中的重金属去除具有良好效果，而用于高浓度的实验室重金属废液的处理尚存在不少问题。有人采用电解法处理实验室重金属废液，虽得到一定的处理效果，却也存在污泥量多、电极损耗大、处理效果难以稳定等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可减轻对实验室人员造成危害、利于环境安全的实验室重金属废液处理一体机。
本发明包括废液存储桶、加碱泵、加酸泵、捕捉剂投加泵、聚合氯化铝（PAC）投加泵、进水泵、真空泵、排泥阀、排水阀、污泥滤筒、排水阀、搅拌机、设有搅拌器的反应器、储碱罐、储酸罐、重金属捕捉剂存储罐、聚合氯化铝存储罐和气水分离器。
储碱罐通过加碱泵与反应器连接，储酸罐通过加酸泵与反应器连接，重金属捕捉剂存储罐通过捕捉剂投加泵与反应器连接，聚合氯化铝存储罐通过聚合氯化铝投加泵与反应器连接。
废液存储桶通过进水泵与反应器连接，污泥滤筒通过排泥阀与反应器连接，真空泵通过气水分离器与污泥滤筒连接。
在反应器内设有废液注满液位计、污泥排空液位计和排水结束液位计；所述废液注满液位计的信号输出端连接在所述进水泵的控制端，所述污泥排空液位计的信号输出端连接在所述排泥阀的控制端，所述排水结束液位计的信号输出端连接在所述排水阀的控制端。
本发明工作原理如下：
（1）进液单元：
本装置进液系统采用程序控制蠕动泵抽吸技术。装置设有一个重金属废液收集桶，待收集桶中废液达到一定量时，蠕动泵自行启动，废液从废液收集桶通过进液管进入装置内的反应器。
（2）加药单元：
本装置加药单元共设置四个加药罐和四台加药泵，加药罐中分别储存重金属捕捉剂、酸、碱和絮凝剂四类药剂，每一个加药泵对应一个加药罐，根据废液中重金属离子的种类、浓度和处理要求，分别向反应器中加入相应的药剂及剂量。
（3）反应单元
本装置反应单元采用一个直径300mm高480mm的圆柱形PP材质反应器，反应器设有搅拌器、pH计、液位计、废气吸收管。采用专用重金属离子捕捉剂，在常温和很宽PH值条件范围内，与废水中的各种重金属离子进行反应并在短时间内迅速生成不溶性、低含水率、易沉淀去除的絮状颗粒，通过固液分离从而达到从水中去除重金属离子的目的。
（4）污泥脱水单元：
本装置的污泥脱水单元主要由污泥滤筒、气水分离器、真空泵、液位计、废气吸收管组成。反应器中的重金属污泥通过排泥管进入污泥滤筒，设备自动启动污泥真空抽吸脱水过程，完成污泥的压缩与脱水。
（5）电控单元：
本装置电控单元主要有PLC模块、模拟量传感器、电控元器件、触摸屏等组成。根据废液中重金属离子的种类、浓度和处理要求，在触摸屏操作界面上选择离子的种类和浓度，设备内置软件自动确定药剂投加量，控制泵、电磁阀、搅拌器等设备的启停，从而自动控制处理过程。
与现行的实验室重金属废液处理方法相比，本发明采用高效中和沉淀和有机官能团螯合共同作用，根据实验室重金属废液不同离子及离子浓度灵活调整螯合剂、絮凝剂以及酸碱试剂添加量等运行参数。重金属废液经过本装置处理后可直接就近达标排放，特别适合实验室重金属废液的原位处理。
本发明针对的是科研单位、高等院校的实验室在试验及教学实验过程中产生的重金属废液的有效处理，具有处理效果稳定可靠、占用空间小、自动化程度高、操作简单、易于维护等优点，能够有效的减少环境有害物的排放，同时能够有效降低实验室废液处理成本，具备显著的节能减排技术效益。
进一步地，本发明还在反应器、污泥滤筒、废液存储桶的顶部分别设置废气吸收管，在废气吸收管内填充颗粒活性炭。对反应器、污泥滤筒、废液储蓄桶内的气体进行吸附净化后排放至空气中。
附图说明
图1为发明的一种结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，储碱罐8采用硅胶管通过加碱泵B1与反应器5连接，储酸罐9采用硅胶管通过加酸泵B2与反应器5连接，重金属捕捉剂存储罐10采用硅胶管通过捕捉剂投加泵B3与反应器5连接，PAC存储罐11采用硅胶管通过PAC投加泵B4与反应器5连接。
废液存储桶13采用硅胶管通过进水泵B5与反应器5连接，污泥滤筒6采用硅胶管通过排泥阀F1与反应器5连接，真空泵B6采用硅胶管通过气水分离器12与污泥滤筒6连接。
反应器5内设有三个液位计：废液注满液位计Y1、污泥排空液位计Y2和排水结束液位计Y3。当反应器5中的液位至1号液位计Y1处时，表示废液已注满，进水泵B5停止；当反应器5中液位至2号液位计Y2处时，表示污泥已经排空，此时关闭排泥阀F1。
排泥结束后，通过加酸或加碱调整反应器5内废液pH值达到排放标准，开启反应器5的排水阀F2，废液达标排放，当液位至3号液位计Y3处时，表示排水结束，关闭排水阀F2。
反应器5、污泥滤筒6、废液储蓄桶13均设置废气吸收管2，废气吸收管2内填充颗粒活性炭。
采用本装置处理实验室重金属废液时，处理流程如下：
1、开启电源，在触摸屏显示界面输入废液中重金属离子浓度，铅Pb-X1，铜Cu-X2，锌Sn-X3，锡Cd-X4，镍Ni-X5，铬Cr-X6，锰Mn-X7，镉Cd-X8。
2、操作界面确认离子浓度后， PLC系统根据内部已经编入的程序反应器自动运行。
3、开启进水泵B5，废液储蓄桶14的废液注入反应器5内，当液位至反应器5的1号液位计Y1时，关闭进水泵B5，停止注入废液。
4、开启搅拌机1， pH计3检测反应器5内废液的pH值，当反应器5内废液pH值低于10时，开启加碱泵B1，储碱罐8中的碱液从硅胶管经过加碱泵B1进入反应器5中，当反应器中废液pH值等于10时关闭加碱泵B1。当反应器5内废液pH值高于10时，开启加酸泵B2，储酸罐9中的酸液从硅胶管经过加酸泵B2进入反应器5中，当反应器中废液pH值等于10时关闭加酸泵B2。
5、开启加重金属捕捉剂泵B3，重金属捕捉剂存储罐10中的重金属捕捉剂从硅胶管经过B3进入反应器5中，PLC系统根据各离子浓度设定值计算出重金属捕捉剂泵B3的运行时间，当重金属捕捉剂泵B3运行时间达到计算值，重金属捕捉剂泵B3停止。
6、反应10min后，开启PAC投加泵B4，PAC存储罐11中的PAC从硅胶管经过B4进入反应器5中，B4开启2min后关闭，继续反应15min后，关闭搅拌机1。
7、反应器5静置30min，开启排泥阀F1和污泥滤筒6的排水阀F3，反应器底部的污泥从硅胶管经过排泥阀F1流入污泥滤筒6当中，反应器中液位下降至反应器5的2号液位计Y2时，反应器污泥排完，关闭排泥阀F1。污泥滤筒6里面设有滤布7，污泥截留在污泥滤筒6内的滤布7上，污水通过滤布7流入污泥滤筒6下部，通过污泥滤筒6的排水阀F3排出。
8、关闭排泥阀F1后延时20min，关闭污泥滤筒6的排水阀F3和气水分离器12的排水阀F4，开启真空泵B6，使污泥滤筒6内的滤布7上下形成压力差，水在真空作用下透过滤布7从泥中分离，进入污泥滤筒6下部，真空泵B6运行10min后关闭，开启污泥滤筒6的排水阀F3和气水分离器12的排水阀F4，滤后水会通过排水阀F3和排水阀F4排出，延时2min关闭排水阀F3和排水阀F4，再度开启真空泵B6运行10min后关闭，开启污泥滤筒6的排水阀F3和气水分离器12的排水阀F4进行排水，等待3min后关闭。
9、开启搅拌机1，开启加酸泵B2，储酸罐中9的酸液从硅胶管经过加酸泵B2进入反应器5中，当反应器5中废液pH值等于8时，关闭加酸泵B2，同时关闭搅拌机1。
10、开启排水阀F2排放反应器5中废水，当反应器5的液位下降至3号液位计Y3时，表示反应器中的废水排放结束，等1min后关闭排水阀F2。废液处理过程结束。