处理废水中金属的方法、装置及应用

本发明属于水处理领域，特别是涉及一种处理废水中金属(优选包括回收废水中金属)的方法以及用于处理废水中金属(优选回收废水中金属)的装置。本发明还涉及自上浮载体在净化重金属废水和/或回收重金属废水中的金属中的应用，其中所述自上浮载体选自空心玻璃微珠。

背景技术：

1、在含金属废水(特别是重金属废水)的处理中，大多数工艺通过添加碱性试剂将废水中的金属离子(特别是重金属离子)沉淀成不溶性金属氢氧化物固体来净化废水。金属离子向固体的转化是由金属氢氧化物在水中的过饱和度驱动的。当金属与碱性试剂共沉淀时，金属氢氧化物颗粒通过均相成核而生成并聚集，过饱度越高，成核速率越快。然而，金属氢氧化物极低的溶解度常数导致其在水中的过饱度极大，细小的金属氢氧化物固体快速成核，但固液分离特性较差。虽然过饱和度可以通过缓慢加碱性试剂控制以增加金属氢氧化物的粒径，但此过程往往需要经历数小时，导致处理的效率大幅下降。因此，工业上常采用混凝法来增加金属氢氧化物粒径，加快沉淀固液分离过程。

2、然而，通过传统的混凝沉淀法产生的松散絮凝体的含水量较高，导致污泥松软并不利于长期保存。并且，常用的铁盐、铝盐混凝剂的加入还向重金属污泥中引入了金属杂质(如fe2+、fe3+、al3+)，降低了污泥中主要金属的纯度和可回收性。因此，填埋成为了含混凝剂重金属污泥的主要处理处置方法，但也将环境污染引向周围的土壤、水和植被。

3、避免污泥填埋意味着寻求一种具有成本效益和可持续的方法，在这种方法中，如果污泥中的资源浓度足够高，就可以在金属精炼/

4、电镀行业中作为原材料重复使用。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种新型的处理废水中金属(优选包括回收废水中金属)的方法以及用于处理废水中金属(优选回收废水中金属)的装置。本发明还涉及自上浮载体在净化重金属废水和/或回收重金属废水中的金属中的应用。

2、具体来说，本发明提供了：

3、1.一种处理废水中金属的方法，包括下列步骤：

4、(s1)将自上浮载体和金属用配体与包含金属离子的废水混合；

5、(s2)在所述自上浮载体的存在下使所述金属用配体以及金属离子进行反应，以形成自上浮污泥，其中所述自上浮污泥包含自上浮载体以及在自上浮载体表面上形成的金属沉积物；以及

6、(s3)收集所述自上浮污泥。

7、2.根据以上1所述的方法，所述自上浮污泥自发富集于废水的上部并且与废水分离，并且该方法还包括下列步骤：

8、(s4)将收集的自上浮污泥离心分离，使得所述自上浮载体被分离于上部，从污泥中分离的水截留在中部，并且金属沉积物沉积于下部。

9、3.根据以上1或2所述的方法，所述方法还包括：

10、(s5)从所述金属沉积物回收单质金属。

11、4.根据以上3所述的方法，步骤(s5)包括将所述金属沉积物用酸溶解，得到金属溶液，并且将金属溶液用电化学法还原，以得到单质金属。

12、5.根据以上3所述的方法，步骤(s5)包括将所述金属沉积物煅烧并且进行还原，以得到单质金属。

13、6.根据以上2到5中任意一项所述的方法，其还包括下列步骤：

14、(s6)回收所述自上浮载体，并且返回到步骤(s1)中。

15、7.根据以上1到6中任意一项所述的方法，所述方法不包括添加混凝剂的步骤。

16、8.根据以上1到7中任意一项所述的方法，所述自上浮载体的密度为0.1-0.7g/cm3，

17、任选地，所述自上浮载体的直径为1-5000μm，优选为10-1000μm以及

18、任选地，所述自上浮载体包含空心玻璃微珠、泡沫以及塑料微球中的至少一者。

19、9.根据以上1到8中任意一项所述的方法，所述废水中的金属离子选自铜离子、镍离子、锌离子、铬离子及其任意组合中的至少一者。

20、10.根据以上1到9中任意一项所述的方法，所述废水来自电镀过程中的废水、采矿废水、制革废水、电池废水、造纸废水中的至少一者；以及

21、任选地，所述废水包含10-2000mg/l，优选50-500mg/l的金属离子。

22、11.根据以上4或5所述的方法，，

23、酸的量为使得金属溶液的ph为<3的量，并且电化学还原的条件包括：使用钌铱钛板作为阳极，对应的金属板作为阴极，电压为1-20v，电流为0.2-10a；以及

24、煅烧的温度为800-1500℃，还原的气氛包含氢气或一氧化碳，并且还原的还原剂为碳或铝。

25、12.根据以上1到11中任意一项所述的方法，所述自上浮载体的密度低于所述废水的密度，并且所述自上浮载体、所述金属沉积物和废水的密度各自均是不同的。

26、13.根据以上1到12中任意一项所述的方法，步骤(s2)包括使所述自上浮载体参与金属离子与金属用配体的共沉淀反应，导致生成的金属沉积物在异相成核的作用下附着在自上浮载体表面。

27、14.根据以上1到13中任意一项所述的方法，所述自上浮载体选自空心玻璃微珠、泡沫以及塑料微球中的至少一者，

28、任选地，所述金属用配体选自碱和硫离子中的一者。

29、15.一种用于处理废水中金属的装置，包括：

30、第一容器，用于容纳金属用配体和自上浮载体，

31、第二容器，用于容纳含金属离子的废水，

32、第一管道，用于将金属用配体、自上浮载体和含金属离子的废水混合；以及

33、固液分离反应器，用于接收混合的金属用配体、自上浮载体和含金属离子的废水，并且使自上浮载体、所述金属用配体以及金属离子进行反应，以形成自上浮污泥，其中所述自上浮污泥包含自上浮载体以及在自上浮载体表面上形成的金属沉积物。

34、16.根据以上15所述的装置，还包括离心装置，用于将收集的自上浮污泥离心分离，使得所述自上浮载体被分离于上部，从污泥中分离的水截留在中部，并且金属沉积物沉积于下部，其中所述离心装置的入口与所述固液分离反应器的上部出口相连。

35、17.根据以上16所述的装置，还包括回收装置，用于从所述金属沉积物回收单质金属，其中所述回收装置的入口与所述离心装置的下部出口相连。

36、18.根据以上16或17所述的装置，还包括与所述离心装置的上部相连，并且用于将所述自上浮载体返回到第一容器或者固液分离反应器的第二管道。

37、19.根据以上15到18中任意一项所述的装置，所述第一管道与固液分离反应器的上部入口相连。

38、20.根据以上17所述的装置，所述回收装置包括电化学反应器、煅烧器以及还原反应器中的至少一者。

39、21.自上浮载体在净化重金属废水和/或回收重金属废水中的金属中的应用，其中所述自上浮载体选自空心玻璃微珠。

40、本发明具有如下优点：

41、与现有技术相比，本发明的处理废水中金属的方法以及装置的污泥产量更小，脱水性能更好，所使用的自上浮载体(例如低密度空心玻璃微珠)可重复利用。

42、在本发明的方法和装置中，产生的污泥具有低密度的特征，在浮力作用下可自发上浮并从水中分离。

43、本发明的方法、装置以及所述涉及的体系无需投加混凝剂，在大幅降低药剂投加成本的同时，增加了污泥的脱水性能和可回收性。

44、本发明的工艺操作步骤简单，能耗低，占地面积小，处理效率高，效果好，所使用的载体可循环。

45、本发明的方法、装置以及体系可满足持续的进出水需求，连续流动条件下具有更广泛的应用范围。