一种用于含砷废水的处理系统及工艺

1.本发明涉及污水处理技术领域，具体为一种用于含砷废水的处理系统及工艺。


背景技术：

2.目前，砷(as)污染已成为已经成为最为严重的重(类)金属污染之一，是一个全球性的问题。到目前为止，全球大约有1.5亿左右人受到影响，其中大多数为亚洲国家，中国是受砷污染危害最为严重的国家之一。长期饮用高砷水会导致皮肤损伤及色素沉着，进一步发展为皮肤癌。研究表明，砷的累积摄入会导致一系列的疾病如心血管疾病、呼吸系统疾病以及各种癌症(肾、肝、肺、膀胱和皮肤)，最终导致死亡。
3.水体中砷的存在形态主要为as(ⅲ)和as(
ⅴ
)的无机形式，由于as(ⅲ)的毒性是as(
ⅴ
)的60多倍，且as(ⅲ)在水中的迁移性更强，这就造成了大多数的水处理方法对as(ⅲ)较as(
ⅴ
)的处理效果明显偏低。因此，在实际工程中，为了提高as(ⅲ)的去除效果，往往需要对as(ⅲ)进行预氧化。然而由于as(ⅲ)
‑
as(
ⅴ
)体系的氧化还原电位较高，要取得高效的as(ⅲ)氧化效果必须通过投加大量的强氧化剂(如cl2、o3、高锰酸盐和fenton试剂等)来实现。cl2能和水中的有机物生成三卤甲烷(thms)和卤乙酸(haas)而具有致癌性，现已被多数国家停止使用。o3对as(ⅲ)的氧化能力很强，但是o3系统运行费用高，余气收集不足会对人体健康造成一定影响。高锰酸盐则会引入锰离子和钾离子，影响后续水处理工艺的运行。对于fenton试剂氧化法，如果操作不当会大大降低氧化效果，且易造成水中铁离子的残留或后续污泥处置问题。对于新的高级氧化技术，也存在缺陷，如uv/fe(ⅲ)产生污染固体废物必须进一步处理；uv/s2o
82
‑
产生的中间产物对水体的安全性影响尚未知；h2o2必须过量，价格较为昂贵，且储运难度较大等。因此，迫切需要一种能够有效的将as(ⅲ)氧化，又不产生副产物且经济高效的预氧化手段。
4.纳米气泡(nbs)给as(ⅲ)的预氧化提供了一种新的手段。在自然条件下，纳米气泡(nbs)水溶液中存在大量游离羟基自由基
·
oh，
·
oh具有强氧化性，可以将as(ⅲ)氧化为毒性更低的as(
ⅴ
)。且nbs可在水中长时间的停留，可减缓内部承载气体释放到水中，有助于实现对承载气体的充分利用，能够节能降耗。因此，利用nbs对水中的as(ⅲ)进行预氧化不仅可以提高氧化效率和氧化速率，同时能够节能降耗，既环保又经济。将水中的砷转化为as(
ⅴ
)后，需进一步进行去除。常见的除砷方法主要包括：氧化法、混凝沉淀法、离子交换法、膜分离法、吸附法等。相比于其他方法，吸附法简单易行、可再生、选择性较好。活性氧化铝是常见、廉价高效的固态吸附剂，具有吸附和催化性能的多孔，吸附容量大。因此，本技术选用活性氧化铝作为as(ⅲ)预氧化之后的吸附剂。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中的不足，本发明提供一种用于含砷废水的处理系统及工艺，利用纳米气泡对水中的as(ⅲ)进行深度氧化处理转化为as(
ⅴ
)，利用活性氧化铝实现对as(
ⅴ
)的吸附，使对含砷废水的处理效率高且经济环保。
6.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种用于含砷废水的处理系统，包括进水管和反应槽ⅰ，所述反应槽ⅰ内部设置纳米气泡发生器，所述纳米气泡发生器通过气体输送管连接气罐，所述反应槽ⅰ连接反应槽ⅱ，所述反应槽ⅱ上设置吸附剂投加漏斗，所述反应槽ⅱ连接出水管。
7.所述纳米气泡发生器包括纳米陶瓷管，所述纳米陶瓷管上涂覆疏水性分子膜，所述纳米陶瓷管上设置多个微孔，所述微孔的孔直径<100nm。
8.所述疏水性分子膜制备过程如下：
9.s1将纳米陶瓷管进行20
‑
30min超声处理，去除表面附着的污染物，超声处理完毕后用水进行多次清洗；
10.s2将纳米陶瓷管两端塞有橡胶帽，防止陶瓷管内部暴露在溶液中；
11.s3将纳米陶瓷管放置于盛有表面涂层材料的溶液中36
‑
48h，期间进行轻微搅拌；
12.s4将纳米陶瓷管从盛有表面涂层材料的溶液取出后，用去离子水和乙醇清洗多次，以去除在纳米陶瓷管表面吸附的过多的表面涂层材料的溶液；
13.s5将处理好的纳米陶瓷管置于60
‑
80℃的真空条件下干燥24
‑
48h。
14.所述进水管上设置第一动力装置，所述第一动力装置两侧设置用于控制进水量的第一阀门和第二阀门，所述进水量控制在600
‑
700m3/h。
15.所述反应槽ⅱ连接沉淀槽，所述沉淀槽内设置砷检测仪，所述沉淀槽连接吸附剂收集装置，所述沉淀槽连通与进水管相连接的回水管，所述沉淀槽连接出水管。
16.所述气体输送管上设置用来控制进气量的阀门、气压计和气体流量计，控制进气量为12
‑
16l/h。
17.所述回水管上设置第二动力装置，所述第二动力装置两侧设置第三阀门和第四阀门。
18.所述反应槽ⅱ内部设置搅拌装置。
19.一种用于含砷废水的处理系统的工艺,包括以下步骤：
20.s1将原水经过进水管和第一动力装置进入反应槽ⅰ，通过设置在进水管上的预过滤装置进行初步过滤，调节第一阀门和第二阀门将进水量控制在600
‑
700m3/h；
21.s2打开气体输送管上的阀门，调节气压计和气体流量计，使气罐中的氧气以12
‑
16l/h的进气量进入纳米气泡发生器，原水在反应槽ⅰ中的停留时间为20
‑
40min；
22.s3通过吸附剂投加漏斗向反应槽ⅱ中加入吸附剂，吸附剂粒径为0.6
‑
0.8mm，吸附剂的投加量为3.0
‑
5.0g/l，启动反应槽ⅱ内的搅拌装置，吸附剂与原水的反应时间为24
‑
72h；
23.s4原水进入沉淀槽，通过砷检测仪检测原水中的砷含量，当原水中的砷含量>0.1mg/l时，原水经动力装置ⅱ和回水管再次进入反应槽ⅰ，当原水中的砷含量≤0.1mg/l时，原水经出水管出水，原水处理完成；
24.s5原水处理完成后，通过吸附剂收集装置对吸附剂进行收集。
25.所述吸附剂为活性氧化铝。
26.对比现有技术，本发明的有益效果在于：
27.1、将纳米气泡技术与吸附技术充分结合起来，可以有效的去除废水中的砷，使砷的排放量满足排放标准。
28.2、运用纳米气泡技术对as(ⅲ)进行预氧化，纳米气泡可以产生大量的羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，大大提高了as(ⅲ)的氧化速率和氧化效率，不产生副产物，不会产生二次污染，更加环保。
29.3、运用纳米气泡进行预氧化，除了氧化效率高的特点外，还能实现对承载气体的充分利用，能够节能降耗。而且用作吸附剂的活性氧化铝吸附容量大，廉价高效。二者联用不但可以提升砷的去除效果，还能降低运行成本。
30.4、系统整体占地小，工艺流程简单，自动化程度高，成本低，操作方便。
31.5、在生产纳米气泡时可以控制产生纳米气泡的尺寸和产生的纳米气泡的数量，节约成本。
附图说明
32.附图1是本发明的系统流程图；
33.附图2是本发明纳米气泡发生器的结构图；
34.附图3是本发明纳米气泡发生器的横向结构剖视图；
35.附图4是本发明纳米气泡发生器的纵向结构剖视图；
36.附图5是本发明纳米气泡发生器的扫描电镜图；
37.附图6是本发明注入纳米气泡(nbs)时间与产生的
·
oh探针浓度关系图。
38.附图中所示标号：
39.1、第一阀门；2、第一动力装置；3、第二阀门；4、预过滤装置；5、反应槽ⅰ；6、纳米气泡发生器；7、气罐；8、阀门；9、气压计；10、气体流量计；11、气体输送管；12、反应槽ⅱ；13、搅拌装置；14、吸附剂投加漏斗；15、沉淀槽；16、砷检测仪；17、吸附剂收集装置；18、第三阀门；19、第二动力装置；20、第四阀门；21、纳米陶瓷管；22、微孔。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
41.实施例一：
42.如图1所示，一种用于含砷废水的处理系统，包括进水管和反应槽ⅰ5，所述反应槽ⅰ5内部设置纳米气泡发生器6，所述纳米气泡发生器6通过气体输送管11连接气罐7，所述反应槽ⅰ5连接反应槽ⅱ12，所述反应槽ⅱ12上设置吸附剂投加漏斗14，所述反应槽ⅱ12连接出水管。
43.如图2
‑
5所示，所述纳米气泡发生器6包括纳米陶瓷管21，所述纳米陶瓷管21上涂覆疏水性分子膜，本实施例中选用硬脂酸膜，所述纳米陶瓷管21上设置多个微孔22，所述微孔22的孔直径<100nm，在本实施例中微孔22的孔直径选择60nm，通过控制微孔22的直径和数量从而控制产生纳米气泡的尺寸和产生的纳米气泡的数量，节约成本，避免造成浪费。
44.进一步的，所述疏水性分子膜制备过程如下：
45.s1将纳米陶瓷管21进行20min超声处理，去除表面附着的污染物，超声处理完毕后用水进行多次清洗；
46.s2将纳米陶瓷管21两端塞有橡胶帽，防止陶瓷管内部暴露在溶液中；
47.s3将纳米陶瓷管21放置于盛有硬脂酸的溶液中36h，期间进行轻微搅拌；
48.s4将纳米陶瓷管21从盛有硬脂酸的溶液取出后，用去离子水和乙醇清洗多次，以去除在纳米陶瓷管21表面吸附的过多的硬脂酸的溶液；
49.s5将处理好的纳米陶瓷管21置于60℃的真空条件下干燥24h。
50.进一步的，所述进水管上设置第一动力装置2，所述第一动力装置2两侧设置用于控制进水量的第一阀门1和第二阀门3，所述进水量控制在660m3/h。
51.进一步的，所述反应槽ⅱ12连接沉淀槽15，所述沉淀槽15内设置砷检测仪16，所述沉淀槽15连接吸附剂收集装置17，所述沉淀槽15连通与进水管相连接的回水管，所述沉淀槽15连接出水管。
52.进一步的，所述气体输送管11上设置用来控制进气量的阀门8、气压计9和气体流量计10，控制进气量为14l/h
53.进一步的，所述回水管上设置第二动力装置19，所述第二动力装置19两侧设置第三阀门18和第四阀门20。
54.进一步的，所述反应槽ⅱ12内部设置搅拌装置13。
55.本系统将纳米气泡技术与吸附技术充分结合起来，可以有效的去除废水中的砷，使砷的排放量满足排放标准，运用纳米气泡技术对as(ⅲ)进行预氧化，纳米气泡可以产生大量的羟基自由基，羟基自由基具有强氧化性，大大提高了as(ⅲ)的氧化速率和氧化效率，不产生副产物，不会产生二次污染，更加环保。运用纳米气泡进行预氧化，除了氧化效率高的特点外，还能实现对承载气体的充分利用，能够节能降耗。系统整体占地小，工艺流程简单，自动化程度高，成本低，操作方便。
56.一种用于含砷废水的处理系统的工艺,包括以下步骤：
57.s1将原水经过进水管和第一动力装置2进入反应槽ⅰ5，通过设置在进水管上的预过滤装置4进行初步过滤，过滤掉原水中的杂质，调节第一阀门1和第二阀门3将进水量控制在650m3/h；
58.s2打开气体输送管11上的阀门8，调节气压计9和气体流量计10，使气罐7中的氧气以14l/h的进气量进入纳米气泡发生器6，氧气从纳米陶瓷管21的的两端注入，氧气从微孔22中扩散出来，产生需要的纳米气泡进入反应槽ⅰ5，原水在反应槽ⅰ5中的停留时间为30min，纳米气泡(nbs)水溶液中存在大量游离羟基自由基
·
oh，
·
oh具有强氧化性，可以将as(ⅲ)氧化为毒性更低的as(
ⅴ
)，且纳米气泡(nbs)可在水中长时间的停留，可减缓内部承载气体释放到水中，有助于实现对承载气体的充分利用，能够节能降耗，利用nbs对水中的as(ⅲ)进行预氧化不仅可以提高氧化效率和氧化速率，同时能够节能降耗，既环保又经济。
59.纳米气泡(nbs)产生的
·
oh的平均浓度用如下公式进行计算：
60.c＝(∫(c0‑
c
t
)d
t
)/t
61.其中，c为
·
oh的平均生成浓度(μm)，c0为用于检测的分子探针的初始浓度，ct为t(h)后分子探针的浓度，t为测定时间。
62.s3通过吸附剂投加漏斗14向反应槽ⅱ12中加入吸附剂，吸附剂粒径为0.7mm，吸附剂的投加量为4.0g/l，启动反应槽ⅱ12内的搅拌装置13，搅拌装置13转动可以使原水与吸附剂搅拌均匀，充分接触吸附剂，吸附剂与原水的反应时间为24h，本实施例中吸附剂采用
活性氧化铝，活性氧化铝是常见、廉价高效的固态吸附剂，具有吸附和催化性能的多孔，吸附容量大，能够节约成本。
63.s4原水进入沉淀槽15，通过砷检测仪16检测原水中的砷含量，当原水中的砷含量>0.1mg/l时，原水经动力装置ⅱ和回水管再次进入反应槽ⅰ5，当原水中的砷含量≤0.1mg/l时，原水经出水管出水，原水处理完成；
64.s5原水处理完成后，通过吸附剂收集装置17对吸附剂进行收集，使吸附剂重复利用，节约资源。
65.实施例一的实施效果：
66.纳米气泡发生器注入气体产生nbs的时间与用于检测
·
oh的探针浓度如图6所示，nbs可在含as(ⅲ)的废水中持续产生
·
oh，可对as(ⅲ)进行持续氧化。
67.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能。