一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法和设备

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种用铝合金颗粒处理污水的方法及采用的设备。

背景技术

零价金属具有较强的还原活性，可以去除水中的重金属、农药、偶氮染料、硝基芳香族化合物以及硝酸盐、高氯酸盐等多种污染物质，因此在水处理上具有广阔的应用前景。常用的零价金属包括铁、铝、锌等，其中零价铁因具有经济低毒、含量丰富的特点，因此应用最为广泛。但零价铁在还原去污过程中易表面钝化而失去活性。

零价铝是一种强还原剂，其氧化还原电位为E

Murphy(Chemical removal of nitrate from groundwater.Nature，1991，350:223-225.)等人通过零价铝将水溶液中的硝酸盐成功还原为NH

零价铝的应用存在的主要问题是其表面氧化层的存在，因此零价铝必须通过预处理去除其表面氧化层，才能发挥其强还原能力。

发明内容

为解决上述现有技术的问题，本发明提出了一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法。

本发明的又一目的是提出一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备。

实现本发明上述目的的技术方案为：

一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，包括以下步骤：

1)将金属铝熔化并加入催化剂，将熔融合金液浇铸成铝合金颗粒；所述催化剂是由以下低熔点金属中的一种或多种组成的合金、或含有以下低熔点金属中的一种或多种的化合物：锡、铋、铟、锌、钾、锂和锑，所述催化剂质量占原料的总质量的0.05～1.5％；

2)将所述铝合金颗粒加入到污水处理设备中，加入污水进行反应，

3)反应完全后，将反应混合物过滤得到清水，未反应完全的铝合金颗粒用于下一次水处理。

步骤1)中所述金属铝可以是铝锭、回收的废铝、铝边角料中的一种或多种。采用回收的废铝、铝边角料可以大大降低成本。

其中，所述催化剂为纯铋、纯铟、铟铋合金、铋铟锡锌合金、铋铟锡铅合金、铋钾合金、铋锂合金中的一种。

进一步地，步骤1)中，待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机制成粒径为2-5mm的铝合金颗粒。

其中，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水中的污染物质量比为100～1000。

本方法处理污水的pH值范围较广，可以是pH值＝1～14的范围。

本方法可以处理有机污水，也可处理有重金属污染的无机污水。所述污水含有有机污染物和/或无机污染物；所述有机污染物包括但不限于甲基橙、甲基蓝、亚甲基蓝、偶氮类染料、硝基化合物；所述无机污染物包括但不限于铜离子、铬(VI)离子、镉离子、硝酸盐、高氯酸盐。

本发明的一种优选技术方案为，所述污水含有有机污染物和/或无机污染物；步骤2)中的反应时间为15～120min。

基于处理有机污水的试验，确定实际水处理操作中的水力停留时间(HydraulicRetention Time，简写作HRT)，是指待处理污水在反应器内的平均停留时间，也就是污水与反应器内铝合金颗粒作用的平均反应时间。增加铝合金颗粒用量，可以在较短的时间内完成反应。

所述的方法，还包括操作：将铝合金颗粒与污水反应生成的氢气冷凝、干燥后收集。

其中，步骤2)中，所述铝合金颗粒与污水反应时进行搅拌，所述搅拌的速度为50-100r/min。

其中，步骤3)中，将反应混合物从处理设备中排出，进行压滤得到清水。

本发明提出的处理水中污染物的方法，可采用任何能实现水力停留时间、并能够收集氢气的设备。以下为本申请提出的一种优选的水处理设备：

一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，包括密封的处理器，所述处理器的上部设置有污水进口，顶盖上开有氢气出口；所述处理器内放置有滤网，在滤网上放置铝合金颗粒；所述处理器的下半部为锥形，锥形底部为水出口。

本发明用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，采用密封结构，可以同时收集产生的氢气。

处理器内充满氢气，还保证了铝合金颗粒不会接触到氧化性气体。

其中，所述滤网的网孔大小为0.5～1mm；和/或

所述水出口通过管路连接有压滤机。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的污水处理方法工艺简单，铝合金颗粒无需后续氧化层的去除，还原能力强，能与去离子水持续反应而不钝化，可处理pH值中性的污水，无需添加其他化学药剂。因此降低了对污水处理设备的要求，进而降低了污水处理的成本。

本发明采用的铝合金颗粒能将污水中有机废物还原分解；无机废物还原为低价态无毒的离子，对污水的PH值适用范围广。反应同时生成氢氧化铝，起到絮凝剂的作用，把污水中的悬浮物吸附后沉降，因此具有更好的综合水处理效果。

本方法中铝合金颗粒大小为2～5mm，不存在微米级金属粉体(尤其是铝粉)易于爆炸的风险，安全可靠。污水处理器的设计简单有效，可进行连续化处理，工作效率高。

附图说明

图1为本发明用铝合金颗粒处理水中污染物的设备的结构简图。

图2为滤网的俯视图。

图中，1为处理器、2为铝合金颗粒、3为滤网、4为水出口，5为污水进口，6为氢气出口，7为压滤机，8为铝合金颗粒加入孔。

具体实施方式

除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除特殊说明外，本发明所用的技术手段均为本领域已有的技术手段。

实施例1

1)将铝锭熔化并加入催化剂，所述催化剂为铟铋合金(铟铋质量比为2:1)，所述催化剂质量占原料的总质量的0.1％；待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机将熔融合金液浇制成粒径为2-5mm的铝合金颗粒；

2)将所述铝合金颗粒加入到污水处理器中，加入pH值(pH7)中性的污水进行反应，在反应过程中取样监测污染物浓度的变化，直到污染物全部去除；

3)反应完全后，将反应混合物从处理器中排除，进行过滤得到清水。

本实施例中，用甲基橙配制模拟污水，进行水处理的试验，以获得适宜水处理条件。

称取0.5g粒径为5mm的铝合金颗粒，投入100mL甲基橙浓度为10mg/L的水中，水温25℃，搅拌速度为50r/min，用比色法检测污染物浓度，记录甲基橙褪色时间，完全褪色的时间为50min。

实施例2

粒径为2-5mm的铝合金颗粒，制备方法同实施例1。

称取0.5g粒径为2mm的铝合金颗粒，投入100mL甲基橙浓度为10mg/L的水中，水温25℃，搅拌速度为50r/min，用比色法检测污染物浓度，记录甲基橙褪色时间，完全褪色的时间为20min。

采用粒径小、比表面积更大的铝合金颗粒，可显著提高水处理的效率。

实施例3

粒径为2-5mm的铝合金颗粒，制备方法同实施例1。

将10g粒径为2mm的铝合金颗粒投入500ml铜离子含量为100mg/L的用硫酸铜配制的废水中，水温25℃，搅拌速度为50r/min，经过30min后铜离子的含量达到未检出，实现了对铜离子的有效去除。

实施例4用铝合金颗粒处理水中污染物的设备

本实施例提供一种用铝合金颗粒处理水中污染物的设备，参见图1，包括密封的处理器1，所述处理器的上部设置有污水进口5，顶盖上开有氢气出口6和铝合金颗粒加入孔8。所述处理器内放置有滤网3，在滤网上放置铝合金颗粒2；所述处理器的下半部为锥形，锥形底部为水出口4。处理器内(滤网之上)设置有搅拌。

参见图2，所述滤网3的网孔大小为1mm；

所述水出口通过管路连接有压滤机7。本实施例中，所述压滤机为板框压滤机。

本处理器材质为不锈钢。

实施例5

采用实施例4的设备，一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，包括步骤：

1)将铝边角料熔化并加入催化剂，所述催化剂为铟铋合金(铟铋质量比为2:1)，所述催化剂质量占原料的总质量的0.1％；待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机将熔融合金液浇制成粒径为2～5mm的铝合金颗粒；

2)取粒径2mm的铝合金颗粒加入到实施例4设备中，加入pH值(pH7)中性的污水进行反应，污水中有机污染物含量为100mg/L；铝合金颗粒和有机污染物的质量比为500:1，水力停留时间20min，反应时用搅拌器搅拌，搅拌的速度为50r/min。铝合金颗粒与污水中有机物和无机物反应同时生成氢氧化铝，起到絮凝剂的作用，把悬浮物(SS)吸附后沉降。

3)反应完全后，将反应混合物从处理设备中排出，进行压滤得到清水。

按1)至3)同样步骤，连续处理污水。

实施例6

采用实施例4的设备，一种用铝合金颗粒处理水中污染物的方法，包括步骤：

1)将铝边角料熔化并加入催化剂，所述催化剂为铟铋合金(铟铋质量比为2:1)，所述催化剂质量占原料的总质量的0.1％；待金属全部熔化为熔融合金液后，用真空金属造粒机将熔融合金液浇制成粒径为2-5mm的铝合金颗粒；

2)取粒径2mm的铝合金颗粒加入到实施例4设备中，加入pH值(pH7)中性的污水进行反应，污水有机污染物含量为200mg/L；铝合金颗粒和有机污染物的质量比为600:1，水力停留时间20min，反应时用搅拌器搅拌，搅拌的速度为50r/min。铝合金颗粒与污水中杂质反应同时生成氢氧化铝，起到絮凝剂的作用，把悬浮物(SS)吸附后沉降。

3)反应完全后，将反应混合物从处理设备中排出，进行压滤得到清水。

按1)至3)同样步骤，连续处理污水。

虽然，以上通过实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员应了解，在不偏离本发明精神和实质的前提下，对本发明所做的改进、替换和变型，均应属于本发明的保护范围内。