一种含六价铬废水的处理装置

1.本实用新型属于地表水及地下水污染修复技术领域，具体涉及一种含六价铬废水的处理装置。


背景技术：

2.随着科技的发展，大面积的耕地不同程度受到铬、砷、镉、汞等重金属污染，给粮食经济造成了巨大的损失。其中因电镀、制革、铬酸盐生产以及铬矿石开采等工业中大量不合理排放含铬废水，造成了严重的铬污染。我国的绝大部分城市的环境样本中都检测到铬含量超标。在美国，铬也是仅次于铅在地下水常见无机污染物中排名第二。
3.铬属于对氧化还原敏感的金属。在水体环境中，铬主要存在的价态是+3价和+6价，在不同ph条件下，水体中的cr(iii)存在形式有所不同。当ph＜4时，cr(iii)主要与水形成络合物cr(h2o)
63+
,当ph＞4时，cr(h2o)
63+
会发生水解反应开始形成cr(oh)(h2o)
52+、
cr(oh)2(h2o)
4+
水解产物，当ph＞5，cr(oh)3开始形成，cr(oh)3不溶于水，当ph＞10时，cr(iii)开始重新溶于水，形成cr(oh)
4+
，水环境中还存在着一些有机小分子酸，能够与cr(iii)配位形成络合物。cr(vi)在水体中主要以含氧酸根的阴离子形式存在(h2cro4、hcro
4-、cro
42-、cr2o
72-)。cr(vi)在水体中的存在形式与ph值和cr(vi)的浓度相关。当ph＜0.74时，cr(vi)的主要存在形式为h2cro4。随着水体ph增加，h2cro4发生解离形成hcro
4-和cro
42-，当ph＞6.49时，cr(vi)的主要存在形式为cro
42-。自然界中，cr(vi)和cr(iii)的迁移能力有很大的不同。cr(iii)主要以带正电的形式存在，比较容易的吸附在带负电的土壤矿物表面，因此，cr(iii)的迁移能力小。而cr(vi)在自然界主要是以阴离子形式存在，所以不容易被土壤吸附固定，因此cr(vi)的迁移能力和流动性要强很多。如何将易迁移的cr(vi)转化成毒性较低，迁移性较差的cr(iii)并稳定存在于自然环境中一直是修复水体中cr(vi)的关键所在。
4.原位修复技术一直以来是实际场地应用中的主要修复方法，包括原位生物修复、原位化学修复、可渗透墙反应技术以及原位反应带技术。其中可渗透墙反应技术具有持续有效、安装方便、维护简单、成本低廉等优势，在场地复合污染修复中有很好的应用前景。但其仍存在以下缺点：(1)在处理六价铬时，虽然通过可渗透墙将其还原为三价铬，但其仍存在于地下水中，且存在三价铬再次被氧化为六价铬的潜在风险。(2)在长期处理过程中，系统容易堵塞，因此需要对反应介质进行更新，从而保证其净化作用长期有效。(3)虽然该技术相对成本较低，但其仍具有进一步降低成本的潜力。(4)该技术难以达到实时监控的效果。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题在于针对上述可渗透墙反应技术存在的不足，提供一种含六价铬废水的处理装置，该装置针对高毒性易迁移性的含六价铬废水，利用铬元素化学相态特征，将修复过程清晰划分为还原和吸附两个过程，分别利用高效还原剂以及吸附材料完成对六价铬废水中完全去除，并利用循环吸附装置，结合洗脱剂，完成吸附剂的循
环使用或无害化处理。
6.本实用新型为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
7.一种含六价铬废水的处理装置，包括沿废水流动方向依次布设并连通的废水进样装置、六价铬废水区、六价铬还原区、三价铬废水区、三价铬吸附区、净水收集装置；所述六价铬还原区内置还原剂，用于将废水中的六价铬离子还原成三价铬离子，六价铬还原区与三价铬废水区之间的透水隔板上覆盖阳离子选择性透过膜，利于三价铬离子通过，而截留六价铬离子和还原性离子；所述三价铬吸附区内置吸附剂，用于吸附废水中的三价铬离子；经还原、吸附处理后的废水流入所述净水收集装置。
8.上述方案中，所述处理装置还包括填料洗脱区和循环吸附装置；所述填料洗脱区与三价铬吸附区之间通过水密板隔开；所述循环吸附装置包括旋转工作台，所述旋转工作台上间隔设有第一吸附区和第二吸附区，所述第一吸附区和第二吸附区内均装有所述吸附剂；所述旋转工作台贯穿三价铬吸附区和填料洗脱区设置，当第一吸附区旋转至三价铬吸附区时，第二吸附区旋转至填料洗脱区，当第一吸附区旋转至填料洗脱区时，第二吸附区旋转至三价铬吸附区；所述填料洗脱区内装有洗脱液，用于将吸附剂中的三价铬冲洗出来。
9.上述方案中，所述处理装置还包括洗脱液更换装置，所述洗脱液更换装置与所述填料洗脱区连通，用于更换填料洗脱区内的洗脱液。
10.上述方案中，所述吸附剂采用天然矿物吸附剂、改性合成吸附材料或生物基吸附剂。
11.上述方案中，所述洗脱液采用碳酸钠、柠檬酸、草酸、硫代硫酸钠或硫酸亚铁。
12.上述方案中，所述循环吸附装置还包括传送带、传送带轴承和电机，所述旋转工作台通过所述传送带与所述传送带轴承传动连接，所述传送带轴承与所述电机连接，由所述电机驱动所述传送带轴承转动，从而带动所述旋转工作台同步转动。
13.上述方案中，所述还原剂采用硫系或铁系还原剂。
14.上述方案中，所述废水进样装置包括进水管和设置于进水管处的蠕动泵。
15.上述方案中，所述六价铬废水区、六价铬还原区、三价铬废水区、三价铬吸附区分别设有取样口，每个取样口配置一个止水阀。
16.上述方案中，所述净水收集装置设置于三价铬吸附区下方，通过第一出水管道与所述三价铬吸附区连通。
17.本实用新型的有益效果在于：
18.1、本实用新型含六价铬废水的处理装置先经过六价铬还原区将六价铬还原为毒性较低、易吸附的三价铬阳离子，通过阳离子选择性透过膜进入三价铬废水区，三价铬废水经过三价铬吸附区的吸附剂被完全净化，出水中不含有铬离子，达到从废水中完全去除铬的目的。解决了六价格难以吸附降解的问题，同时也避免了三价铬在水体中再被氧化成六价铬的潜在风险。
19.2、本装置设置循环吸附装置，当其中第一吸附区内的吸附剂吸附饱和后经过旋转至后续填料洗脱区，与此同时，经洗脱后的第二吸附区旋转至三价铬吸附区；第一吸附区的吸附剂经洗脱后重新旋转至三价铬吸附区，与此同时，吸附饱和的第二吸附区旋转至填料洗脱区。如此循环，使吸附剂得到循环利用，不仅能提高工作效率，还可达到经济效益最大化。
20.3、本装置通过将六价铬还原为易吸附稳定的三价铬，因此可以选择大量便宜易得的吸附材料，后续既可以直接将吸附材料无害化处理，也可以结合洗脱液进行循环利用，大大降低生产成本，是一种具有经济效益的处理技术。
21.4、在每个工作区设有取样点，实时监测不同区段铬元素相态分布，评估还原剂和吸附剂性能，指导去除工作，可以提高对装置全过程性能把握。同时整个取样过程方便易行，铬形态测试方法快速方便，后续可以结合流动注射仪达到实时监控的效果。
附图说明
22.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
23.图1是本实用新型含六价铬废水的处理装置的结构示意图。
24.图中：10、废水进样装置；11、进水管；12、蠕动泵；20、六价铬废水区；30、六价铬还原区；40、三价铬废水区；50、三价铬吸附区；60、填料洗脱区；70、循环吸附装置；71、旋转工作台；711、第一吸附区；712、第二吸附区；72、传送带；73、传送带轴承；74、电机；80、净水收集装置；81、第一出水管道；90、洗脱液更换装置；91、第二出水管道。
具体实施方式
25.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
26.如图1所示，为本实用新型实施例提供的一种含六价铬废水的处理装置，包括沿废水流动方向依次布设并连通的废水进样装置10、六价铬废水区20、六价铬还原区30、三价铬废水区40、三价铬吸附区50、净水收集装置80。废水进样装置10包括进水管11和设置于进水管11处的蠕动泵12，进水管11与六价铬还原区30连通。六价铬还原区30包括沿废水流动方向依次布设的第一层透水隔板、还原剂释放区、第二层透水隔板，其中，还原剂释放区内装有还原剂，用于将废水中的六价铬离子还原成三价铬离子；第二层透水隔板(即六价铬还原区30与三价铬废水区40之间的透水隔板)表面覆盖阳离子选择性透过膜，利于三价铬离子通过，而截留六价铬离子和还原性离子，保证六价铬被还原成三价铬进入下一步反应区内。三价铬吸附区50内置吸附剂，用于吸附废水中的三价铬离子。经还原、吸附处理后的废水流入净水收集装置80。
27.一定浓度的含六价铬废水，流入六价铬废水区20中，首先经过六价铬还原区30，经还原剂将六价铬还原为毒性较低、易吸附的三价铬阳离子，通过阳离子选择性透过膜进入三价铬废水区40。三价铬废水经过三价铬吸附区50的吸附剂被完全净化，出水中不含有铬离子。通过测试六价铬废水区20、三价铬废水区40、三价铬吸附区50水体中三价铬和六价铬的含量及分布，用于评价相应工作区的修复效果，及时对还原剂与吸附剂进行更新。通过选取合适的还原剂和吸附剂，既能达到将六价铬完全去除，同时将去除过程分为还原-吸附两部分，使得六价铬降解效率大大提高。
28.进一步优化，本发明含六价铬废水的处理装置还包括填料洗脱区60和循环吸附装置70。填料洗脱区60与三价铬吸附区50之间通过水密板隔开。循环吸附装置70包括旋转工作台71，旋转工作台71上间隔设有第一吸附区711和第二吸附区712，第一吸附区711和第二吸附区712内均装有吸附剂，两个吸附区前后为透水隔板，其余部位为不透水隔板。旋转工
作台71贯穿三价铬吸附区50和填料洗脱区60设置，当第一吸附区711旋转至三价铬吸附区50时，第二吸附区712旋转至填料洗脱区60；当第一吸附区711旋转至填料洗脱区60时，第二吸附区712旋转至三价铬吸附区50。填料洗脱区60内装有洗脱液，用于将吸附剂中的三价铬冲洗出来，稳定化处理。本装置设置旋转工作台71，当其中第一吸附区711内的吸附剂吸附饱和后经过旋转至后续填料洗脱区60，与此同时，经洗脱后的第二吸附区712旋转至三价铬吸附区50；第一吸附区711的吸附剂经洗脱后重新旋转至三价铬吸附区50，与此同时，吸附饱和的第二吸附区712旋转至填料洗脱区60。如此循环，使吸附剂得到循环利用，不仅能提高工作效率，还可达到经济效益最大化。
29.进一步优化，处理装置还包括洗脱液更换装置90，洗脱液更换装置90与填料洗脱区60连通，用于更换填料洗脱区60内的洗脱液。
30.进一步优化，吸附剂采用天然矿物吸附剂、改性合成吸附材料或生物基吸附剂。其中，天然矿物吸附剂包括但不限于沸石、硅藻土及黏土类矿物(如高岭石)；改性合成吸附材料包括但不限于有机(高分子)吸附材料(如壳聚糖、纤维素、树脂)、硅基吸附剂、金属氧化物、碳基吸附剂(活性炭、碳纳米管、石墨烯)；生物基吸附剂包括但不限于细菌、真菌、藻类富集。
31.进一步优化，洗脱液采用碳酸钠、柠檬酸、草酸、硫代硫酸钠或硫酸亚铁。
32.进一步优化，循环吸附装置70还包括传送带72、传送带轴承73和电机74，旋转工作台71通过传送带72与传送带轴承73传动连接，传送带轴承73与电机74连接，由电机74驱动传送带轴承73转动，从而带动旋转工作台71同步转动。
33.进一步优化，六价铬还原区30可以填充的还原剂包括硫系或铁系还原剂，包括但不限于以下物质：硫化亚铁、可溶性亚铁盐、焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠、多硫化钙以及大部分有机酸类。
34.进一步优化，六价铬废水区20、六价铬还原区30、三价铬废水区40、三价铬吸附区50分别设有取样口，每个取样口配置一个止水阀。通过各取样口取样监测取样点处铬形态分布，评价还原剂和吸附剂的作用效果，指导后续处理过程。
35.进一步优化，净水收集装置80设置于三价铬吸附区50下方，通过第一出水管道81与三价铬吸附区50连通；洗脱液更换装置90设置于填料洗脱区60下方，通过第二出水管道91与填料洗脱区60连通。
36.本实用新型工作原理：
37.将含六价铬废水溶液注入废水供给装置，利用蠕动泵12将废水持续地输入六价铬废水区20。废水依次流经六价铬还原区30，还原区内的高效还原剂将六价铬还原成易吸附的三价铬形态，三价铬阳离子通过阳离子选择性透过膜进入三价铬废水区40，其中六价铬阴离子以及还原性离子(s
2-/sn
2-/fe0等)被截留在六价铬还原区30内继续反应，提高去除效率。三价铬离子经过三价铬吸附区50，被循环吸附装置70内的吸附剂吸附稳定化，净水从下方出口处收集，达到铬元素的完全去除。三价铬吸附区50内吸附剂达到吸附饱和后经旋转至填料洗脱区60，将其中三价铬洗脱稳定化，吸附剂重新获得吸附能力，达到循环使用的目的。每个工作区设有相应的取样口，通过测量每个区域液相中铬的相态分布，评估工作区效果，及时更换还原剂和吸附剂。