专利名称：在碱性条件下处理含铬电镀废水的方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种从废水中除去重金属离子的方法及设备。
在现有技术中，用亚铁盐作还原剂处理含铬电镀废水均在酸性条件下进行，即一般控制PH值为2-3，使废水中的六价铬还原成三价铬，还原后再将PH值提高至8-9，以使三价铬及其他重金属离子沉淀。由于一般含铬电镀废水的PH值都高于2-3，有些铬盐厂的废水则为中性甚至偏碱性，因此采用现有技术都需要有这样一个还原前先加酸将PH值降至2-3，还原后再加碱将PH值提高至8-9的反复过程，无疑将造成药剂的浪费和工艺的复杂。
现有技术的氧化还原反应是在反应器中经一定时间的搅拌而进行的，所需的亚铁盐还原剂需由单独设置的配槽及泵供给，反应器必须采取防腐措施，其体积流速仅为1-3/时，而且反应器前后还需分别配置用于调节PH值的酸槽和酸泵、碱槽和碱泵，重金属离子的絮凝需在单独设置的中和缓冲池中进行。因此，现有技术存在着工艺流程长、设备复杂、设备的处理能力低、难于连续操作的缺点。
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足之处，提供一种能直接在碱性条件下处理含铬电镀废水的方法，使六价铬的还原和重金属离子的絮凝一步完成，并且提供一种结构简单、处理能力大、易于连续操作的净化设备。
本发明的目的是这样实现的废水在碱性条件下直接进入净化器，与其中的助剂、亚铁盐还原剂接触进行氧化还原反应，同时被还原的三价铬及其他重金属离子生成絮状沉降物，而后进一步沉淀、固液分离。
实施本发明的上述方法只需在废水进入净化器之前加碱使其PH值提高到7-14适当的数值(具体的PH值由废水中六价铬及其他重金属离子的含量多少来确定)。所用的还原剂可以是硫酸亚铁、氯化亚铁等。控制还原剂进入水体的质量与六价铬的质量比例为 (Fe2+)/(Cr6+) ＝3.3-5.6。
本发明的方法所用助剂的组分为石灰、铝盐、镁盐、多硫化物及粘合剂。
上述助剂的组分中石灰可以是含水40-60%的消石灰;铝盐可以是氯化铝、硫酸铝;镁盐可以是氯化镁、硫酸镁;多硫化物可以是多硫化钙、多硫化钠;粘合剂可以是聚乙烯醇水溶液、水玻璃、羧甲基纤维素等。
本发明所用助剂的组分重量%可以是石灰85-95，铝盐(以Al3+计)0.1-10，镁盐0.1-5，多硫化物0.1-10，粘合剂1-10。
本发明依据的基本原理是一个氧化还原过程进行的必要条件是氧化剂电对的电位要高于还原剂电对的电位，在标准状况下由标准氧化还原电位E0判断，在不同氢离子浓度(PH值)条件下，由克式量电位(又叫条件氧化还原电位)φ判断。通常人们只注意到在酸性条件下六价铬有很强的氧化性，其氧化还原电位远高于同一条件下亚铁的电位，而忽略了随着氢离子浓度的变化，氧化还原电对的电位也有相应的变化，即在碱性条件下，电对Cr(Ⅵ-Ⅲ)的电位和电对Fe(Ⅲ-Ⅱ)的电位均低于其标准氧化还原电位，而电对Cr(Ⅵ-Ⅲ)的电位又总是大于电对Fe(Ⅲ-Ⅱ)的电位，即ΦCr(Ⅵ-Ⅲ)＞ΦFe(Ⅲ-Ⅱ)，因此，在碱性条件下亚铁盐还原六价铬在理论上是可行的。
助剂的作用在于使其释放的离子同溶液中的Fe3+、Cr3+及Me2+迅速形成沉淀，促使反应向右进行，并在后工序的絮凝沉降中起到吸附、助凝、助沉的作用。
本发明涉及的化学反应如下(PH＞7)
在上述反应式③-⑥中，生成的三种沉淀物均比CaCrO4、Ca(OH)2难溶解，因此反应是向右进行的。同时也说明在碱性条件下的氧化还原反应是一个消耗(OH-)离子的过程，反应后废水的PH值下降，因此，废水进入净化器前PH值实际应该控制在既能使重金属离子完全沉淀又应使处理后的水PH值符合排放标准的适当数值。
本发明为实施上述方法提供的净化设备是净化器，它有一个圆柱形的还原器[3]，其底部装有布水板[7]和设有进水管[9]的下封头[8]，其顶部装有器壁上均布小孔的给料器[1]，半环形出水管[5]位于还原器内上半部。
图1是净化器的结构示意图;
图2是图1的A-A剖视图;
图3是本发明的工艺流程示意图。
参照图1和图2，废水由进水管9进入净化器，经布水板7均匀上升并与还原器3内下部的填料一助剂接触，使其溶解出多种离子，然后继续上升与给料器1接触，给料器器壁均布有φ5小孔，内衬240＃滤布，还原剂装入其中，当废水流经给料器周围时还原剂溶解、渗透、扩散到水体中，使六价铬在PH＞7的条件下迅速还原为三价铬，同时三价铬及其他重金属离子形成重金属絮凝体。还原剂的溶解速度可由滤布的粗细、液面的高度来控制，液面的高度由液面计2和溢流管4及出水管5控制，还原剂的过量与不足可通过检验出水管5的水样，视六价铬还原是否完全来判断，而过量的多少又可通过检验Fe2+离子的多少来确定，一般控制Fe2+过量为理论量的5-10%。在进水量、六价铬浓度、温度基本不变的条件下，按以上规定调试好后即可稳定操作。放水阀6用于停车时将设备内的废水放出。
参照图3，车间废水流入集水池10，由进水泵11打入净化器13，进水量由流量计控制，打开碱槽12的出口阀，根据废水中六价铬和其他重金属离子的浓度调节进水PH＝7-14、由净化器的出水管检验PH＝7-8即可。废水经过净化器完成还原絮凝过程后，由净化器上部的出水管进入斜板沉降池14，经沉降分离后，上部清水从集水管流入砂滤池17，进一步过滤后的清水或回用或排放。斜板沉降池底部的泥浆定期由螺杆泵15打入板框压滤机16，压滤后的清水或排放或再进砂滤池过滤，泥渣再作无害处理。
附表为分别利用本发明提供的方法与现有技术的方法处理废水实验结果的比较。表中的处理方法I为本发明提供的方法，即亚铁盐及其助剂在碱性条件下还原六价铬并同时沉降重金属离子;处理方法Ⅱ为现有技术的方法，即亚铁盐在酸性条件下还原六价铬，然后用消石灰调节PH至8-9沉降重金属离子;两种方法中Fe2+均过量10%。表中所示“/”指未检测出(所用原子吸收光谱的检测下限为0.01mg/L)。
附表的实验结果说明(1)、本发明提供的方法可在PH＝7-14的条件下处理含Cr6+浓度高达400mg/L、含其他重金属离子(如Cu2+、Zn2+、Ni2+等)浓度也可在100mg/L左右的综合性电镀废水，处理后废水的PH值及重金属离子等指标均符合国家排放标准。
(2)、用本发明方法处理后的废水中重金属离子在PH≥6.3时几乎完全沉淀，用原子吸收光谱未检测出，而用现有技术处理后的废水在PH＝8.5时尚有部分残留的重金属离子，说明本发明采用的助剂具有助沉、吸附、助凝作用。
(3)、本发明方法所用设备-净化器的体积流速为25-30/时，处理的废水均能符合排放标准，而现有技术设备的体积流速仅为1-3/时。
本发明对比现有技术具有以下优点和积极效果本发明提供的方法突破了现有技术必须在酸性条件下还原六价铬的传统工艺，提供了一种直接在碱性条件下使六价铬的还原和使三价铬及其他重金属离子的絮凝一步完成的工艺方法，将现有技术先加酸后加碱调节PH值的反复过程简化为一次性加碱，省去了先加入的那部分酸和为中和这部分酸所需的碱，因此所用药剂的费用仅为现有技术的 1/5 - 1/2 ，并同时简化了工艺流程，一次性工程投资仅为现有技术的 3/5 ，日常运转费用可减少一半。
本发明提供的主要设备净化器结构简单，处理能力大，由于氧化还原反应速度极快，停留时间2-3分钟即够，所以废水以20-30倍的体积流量通过净化器，即每小时设备的处理能力相当于设备体积的20-30倍，远远高于现有技术的设备处理能力。
下面将结合实施例对本发明进行详细描述实施例一取硫酸铝(以Al3+计)2kg，10%聚乙烯醇水溶液10kg，多硫化钙1kg，氯化镁2kg，含水50%的消石灰200kg，将以上几种组分搅拌均匀，挤压成φ20圆球，在80-100℃温度下烘干或在室温下晾干，即为成品助剂。
实施例二某厂电镀废水2-3吨/时，PH＝5-6，废水中含Cr6+50-80mg/L、Zn2+30-50mg/L、Cu2+50-100mg/L、Ni2+100-150mg/L，废水进入净化器之前加液碱控制PH＝9-11，净化器的体积流速S＝30/时，经环保部门抽样检测净化后废水PH＝7.5，含Cr总0.244mg/L、Cr6+0.002mg/L、Zn2+0.283mg/L、Cu2+0.025mg/L、Ni2+0.132mg/L，(以上数值均为几次抽样检测的平均值)，均符合排放标准。
实施例三某厂废水2-3吨/时，PH＝6-7，废水中含Cr6+200-250mg/L、Zn2+50-70mg/L、Cu2+40-80mg/L、Ni2+80-120mg/L，废水进入净化器之前加液碱控制PH＝12-13，净化器的体积流速S＝27/时，经环保部门抽样检测净化后废水PH＝7.2，含Cr总0.203mg/L、Cr6+0.023mg/L、Zn2+0.211mg/L、Cu2+0.321mg/L、Ni2+0.271mg/L，均符合排放标准。
附表
权利要求
1.一种在碱性条件下处理含铬电镀废水的方法，其特征在于废水在碱性条件下直接进入净化器，与其中的助剂、亚铁盐还原剂接触进行氧化还原反应，同时被还原的三价铬及其它重金属离子生成絮状沉降物，而后进一步沉淀、固液分离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用助剂的组分为石灰、铝盐、镁盐、多硫化物及粘合剂。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所用助剂的组分重量%为石灰85-95，铝盐(以Al3+计)0.1-10，镁盐0.1-5，多硫化物0.1-10，粘合剂1-10。
4.一种实施权利要求1所述方法的净化设备，其特征在于该净化器有一个圆柱形的还原器[3]，其底部装有布水板[7]和设有进水管[9]的下封头[8]，其顶部装有器壁上均布小孔的给料器[1]，半环形出水管[5]位于还原器内上半部。
全文摘要
本发明提供了一种在碱性条件下处理含铬电镀废水的方法及设备，即废水在碱性条件下与助剂、亚铁盐还原剂进行氧化还原反应，使六价铬的还原与重金属离子的絮凝一步完成。本发明提供的方法所用药剂的费用仅为现有技术的1/5—1/2，并同时简化了工艺流程。本发明提供的净化设备—净化器体积流速高达20—30/时，结构简单，易于连续操作。
文档编号C02F1/58GK1105953SQ94100739
公开日1995年8月2日 申请日期1994年1月25日 优先权日1994年1月25日
发明者茹增祺, 郑彦宗 申请人:北方设计研究院