本发明涉及了一种去除重金属离子的沉淀反应器及其使用方法，属于水处理技术领域。
背景技术：
含重金属废水是指电镀、印染、电子、冶矿等工业生产过程中伴随产生的含重金属废水，一般含有铬、砷、锑、镉、铅等重金属离子，其特点是毒性大、难处理，对环境污染严重且一旦流入外环境难以修复、对人类危害大。一般来说，电镀废水常见的重金属种类包括铜、镍、铬、铅离子等，电子废水主要含有铜，印染废水主要含有锑，同时由于此类废水有机成分复杂，传统生化处理法难以在较高浓度重金属离子的废液处理中取得良好效果，因而需要寻找其他有效方法解决这一问题。
废水中重金属浓度与生产工艺有关，较高浓度时常采用化学沉淀处理，但低浓度时一般化学法处理效果差。现阶段物理混凝吸附法是去除低浓度含重金属废水的常用方法，但存在混凝吸附不充分，吸附装置效率低等缺点，同时产生大量的含重金属的危险固体废弃物，导致排污单位在重金属废水的治理成本居高不下。如在低浓度下进行混凝吸附，导致吸附效率低、絮体颗粒小、沉淀效果不理想等
目前大量的研究文献发现，含铁基成分的颗粒及絮体对大部分的重金属离子具有较强的吸附作用，国外Meeakarg等研究了聚合氯化铝(PAC)和氯化铁(FC)对 Sb 的去除效果；国内施周等人研究了混凝剂聚合硫酸铁(PFS)和聚合氯化铝(PAC)的除锑效果，通过相关研究分析认为吸附、共沉淀作用为混凝剂除锑的主要机理。
基于以上分析，本发明提出将具有重金属离子吸附功能的颗粒及絮体进行循环往复使用，充分利用混凝吸附剂的吸附量直至达到吸附饱和状态，从而达到减少混凝吸附剂的使用量、减少危险固体废弃物的产生量。
技术实现要素：
本发明的目的是基于重金属废水环境污染现状和吸附装置结构不完善、吸附效率低的缺陷，提供一种结构紧凑、强化沉淀-再吸附的高效竖流式高密度吸附-集约沉淀反应器及其使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：包括浓缩沉淀池、上端部开口的外层反应器和设置在所述外层反应器内上端部的、开口向下的内层反应器，所述内层反应器上连接有进水管和加药槽，所述外层反应器的底部连接有伸入至所述浓缩沉淀池中的进料管，所述浓缩沉淀池的底部连接有伸入至所述内层反应器内、穿过所述外层反应器的回流管，所述进料管内安装有污泥泵，所述回流管内安装有污泥回流泵，所述浓缩沉淀池的上端设置有第一溢流口，所述外层反应器的上端部设置有第二溢流口。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述内层反应器内还设置有搅拌器，所述回流管伸入至所述内层反应器内的回流管出口上方设置有导流圆锥。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：内层反应器的开口下方设置有第一锥形挡板，所述进料管伸入至所述浓缩沉淀池内的一端下方设置有第二锥形挡板。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述第一溢流口下方的浓缩沉淀池内还设置有滤布，所述滤布的下方设置有第一斜板，所述内层反应器下端部开口与所述外层反应器之间设置有第二斜板。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述污泥回流泵与外层反应器之间的回流管上还设置有排渣口。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述内层反应器的下端部设置有内层反应器梯形集泥斗，所述外层反应器的下端部设置有外层反应器集泥斗。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述浓缩沉淀池（12）的体积为外层反应器的1/2~1/3。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器，其特征在于：所述回流泵与污泥泵的流量比为2:1~10:1。
一种去除重金属离子的沉淀反应器的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）从进水管连续进水，在进水的同时，在加药槽中加入混凝剂，在没反应器中投入絮凝剂，在外反应器中投入助沉剂；
（2）打开污泥泵，待污泥浓缩池液面低于第一溢流口高于滤布时，打开污泥回流泵，并控制污泥泵和污泥回流泵流量一致；
（3）待内层反应器中液面低于第二溢流口、高于搅拌器时，停止进水，循环运行半小时后，继续进水，设备正常运行，运行过程中由第二溢流口排出上清液。
前述的一种去除重金属离子的沉淀反应器的使用方法，其特征在于：所述外层反应器的水力停留时间控制在30min-60min，表面负荷为1.0~2.0 m3/m2.h；浓缩沉淀池的水力停留时间控制在120min-240min，表面负荷为0.5~1.0 m3/m2.h，其中混凝剂为硫酸亚铁或聚合氯化铁，絮凝剂为聚丙烯酰胺助沉剂为高岭土或硅藻土。
本发明的有益效果是：本发明充分利用絮凝沉淀后絮体未饱和特性，利用絮体再吸附重金属离子，进一步提高絮凝剂的除废水中重金属离子的效果；反应器分为内外双层反应器，内层主要为混合反应区，外层为沉淀排水区，降低了搅拌混合带来的溶液搅动不易沉淀的困扰；同时装置结构紧凑，内外层反应器各有一段沉淀区，其中内层反应器以旋流沉淀为主，外层反应器以重力沉淀为主，强化沉淀效果；浓缩沉淀池浓缩沉淀区为独立于主体双层反应器外的结构，通过两台污泥泵连接内外双层反应器；回流管设置在内层反应器中心位置，上端设置圆锥形分流锥，上端设置搅拌棒，充分保证混合液的反应，同时搅拌器搅拌形成旋流辅助沉淀，形成物化污泥絮体回流与料液充分反应后的混凝-再吸附沉淀反应器。
附图说明
图1是本发明一种去除重金属离子的沉淀反应器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明做进一步的说明。
如图1所示，一种去除重金属离子的沉淀反应器，包括浓缩沉淀池12、上端部开口的外层反应器3和设置在所述外层反应器3内上端部的、开口向下的内层反应器2，所述内层反应器2上连接有进水管和加药槽1，所述外层反应器3的底部连接有伸入至所述浓缩沉淀池12中的进料管，所述浓缩沉淀池12的底部连接有伸入至所述内层反应器2内、穿过所述外层反应器3的回流管18，所述进料管内安装有污泥泵（11），所述回流管（18）内安装有污泥回流泵17，所述浓缩沉淀池12的上端设置有第一溢流口16，所述外层反应器3的上端部设置有第二溢流口20，所述第一溢流口16下方的浓缩沉淀池12内还设置有滤布15，所述内层反应器2内还设置有搅拌器4。
主体结构为内外双层反应器和辅助浓缩沉淀池，主要包括混合区、沉淀区、浓缩沉淀区和回流装置。所述混合区同时兼具混合和旋流沉淀的功用，所述重力沉淀区设置在混合区下端，沉淀区部分设置斜板或斜管，斜板或斜管设置位置为内反应器泥斗以下部分。所述沉淀区底部设有集泥斗，所述浓缩沉淀区为独立于主体双层反应器外的结构，通过两台污泥泵连接内外双层反应器；所述回流装置连接浓缩沉淀池集泥斗，通过污泥泵将絮体沉淀打回至混合区。
其工作过程为：装置运行时，从进水管连续进水，同时打开污泥泵11，待污泥浓缩池液面低于第一溢流口高于滤布15时，打开污泥回流泵17，并控制污泥泵和污泥回流泵流量一致，待内层反应器2中液面低于第二溢流口20、高于搅拌器4，停止进水，循环运行半小时后，继续进水，设备正常运行，在运行过程中由溢流口20排出上清液。
其中，通过搅拌器4进行机械搅拌加速进水和回流液的混合，同时使絮体在梯形区自旋沉淀；回流管18伸入至所述内层反应器2内的回流管出口5上方设置有导流圆锥6，用于分流；内层反应器2下端部开口与所述外层反应器3之间设置有第二斜板8，强化沉淀效果；内层反应器2的下端部设置有内层反应器梯形集泥斗7，外层反应器3的下端部设置有外层反应器集泥斗9，混凝絮体沉淀后依旧保持较好的吸附性能，通过污泥泵将沉淀絮体打入浓缩沉淀池进行浓缩，浓缩后的絮体通过污泥回流泵打入主体反应器，充分再利用污泥絮体的吸附性能，提高吸附效果，减少污泥产生量。
内层反应器2的开口下方设置有第一锥形挡板10，所述进料管伸入至所述浓缩沉淀池12内的一端下方设置有第二锥形挡板13，便于分流。所述滤布15的下方设置有第一斜板14，防止漂浮颗粒逸出。
所述污泥回流泵17与外层反应器3之间的回流管18上还设置有排渣口19，浓缩沉淀池12的污泥部分通过回流管18回流至内反应器2，部分通过排泥管19排出。
所述浓缩沉淀池12的体积为外层反应器3的1/2~1/3，用于铬、镉、铅等重金属，回流污泥与浓缩污泥的流量比为2:1~3:1，用于锑、砷等回流污泥与浓缩污泥的流量比为5:1~10:1。反应器结构主要由不锈钢、内衬防腐耐损耗涂层或高强度树脂制成，斜板由塑料制成，斜板规格由实际进水离子浓度和加药量共同影响决定。
本发明还提供了一种去除重金属离子的沉淀反应器的使用方法，包括如下步骤：
（1）从进水管连续进水，在进水的同时，在加药槽中加入混凝剂，在没反应器中投入絮凝剂，在外反应器中投入助沉剂；
（2）打开污泥泵，待污泥浓缩池液面低于第一溢流口高于滤布时，打开污泥回流泵，并控制污泥泵和污泥回流泵流量一致；
（3）待内层反应器（2）中液面低于第二溢流口、高于搅拌器时，停止进水，循环运行半小时后，继续进水，设备正常运行，运行过程中由第二溢流口排出上清液。
其中，所述外层反应器（3）的水力停留时间控制在30min-60min，表面负荷为1.0~2.0 m3/m2.h；浓缩沉淀池（12）的水力停留时间控制在120min-240min，表面负荷为0.5~1.0 m3/m2.h，其中混凝剂为硫酸亚铁或聚合氯化铁，投加浓度为100ppm，在加药槽处投加；絮凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），投加浓度为1ppm，在内反应器内投加；助沉剂为高岭土或硅藻土，投加浓度为15ppm。
实施例1：装置运行时，连续进水，废水为印染含锑废水，锑浓度为0.22mg/L，加药量为氯化铁300ppm。进水流量为3L/h，同时打开污泥泵，待污泥浓缩池液面低于溢流口高于滤布时，打开污泥回流泵，控制污泥泵和污泥回流泵流量均为1.5L/h，待主体反应器中液面低于溢流口、高于搅拌器，停止进水，启动搅拌器，循环运行30min后，继续进水，由主反应器溢流口出水。反应器总体积30L，连续进水30h后，即总进水量为300L，关闭回流路通过排泥口排渣。最终出水锑浓度为<0.01mg/L。
实施例2：装置运行时，连续进水，废水为电子含铜废水，铜浓度为4.25mg/L，加药量为氯化铁500ppm。进水流量为2L/h，同时打开污泥泵，待污泥浓缩池液面低于溢流口高于滤布时，打开污泥回流泵，控制污泥泵和污泥回流泵流量均为2L/h，待主体反应器中液面低于溢流口、高于搅拌器，停止进水，启动搅拌器，循环运行30min后，继续进水，由主反应器溢流口出水。反应器总体积30L，连续进水70h后，即总进水量为140L，关闭回流路通过排泥口排渣。最终出水铜浓度为<0.12mg/L。
实施例3：本发明装置启动时，连续进水至液面低于溢流口、高于搅拌器，开启搅拌器运行半小时后，进水区连续加药进水。处理液为1.08 mg/L的印染行业含锑废水，加药剂为FeCl3,加药量为270ppm，装置运行后，溢流口出水锑离子浓度降低至0.04 mg/L。
实施例4：利用本反应器处理含砷浓度为0.68 mg/L的农药生产废水，加药剂为FeCl3,加药量为270ppm，装置运行后，溢流口出水砷离子浓度降低至0.01 mg/L。
实施例5：利用本发明反应器处理处理电镀废水含铜浓度为4.28 mg/L、含铬废水浓度为1.62 mg/L，加药剂为聚合氯化铁，加药量为300ppm,装置稳定运行后，溢流口出水铜离子浓度0.57 mg/L、铬离子浓度为0.16 mg/L。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。