CN102145945A

CN102145945A - 一种高分子螯合和吸附组合去除高盐废水中微量镉的方法

Info

Publication number: CN102145945A
Application number: CN2011100414785A
Authority: CN
Inventors: 赵旭; 彭丽霞; 刘会娟; 曲久辉; 陈发源
Original assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Current assignee: Research Center for Eco Environmental Sciences of CAS
Priority date: 2011-02-21
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明属于水处理技术领域，提供一种通过组合高分子螯合和吸附去除高盐废水微量镉的方法。本发明是针对高盐废水中微量镉的去除，且要求残镉量≤0.005mg/L，由于单一处理方法难以达到此标准，对此，提出一种将高分子螯合和吸附组合应用于微量镉的去除。在使用壳聚糖螯合沉淀过滤后再采用原位水合二氧化锰在碱性条件下吸附沉淀过滤，能有效地去除高盐废水中的微量镉，且达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2005)或《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类标准中镉的限值要求，即≤0.005mg/L。本发明方法具有性能高效、操作简单、经济可行、易于工程化应用等优点，可有效去除水中的微量镉。

Description

一种高分子螯合和吸附组合去除高盐废水中微量镉的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种通过组合高分子螯合和吸附去除镉的方法，高分子直接螯合和原位吸附组合去除高盐废水中微量镉。

背景技术

镉是一种剧毒的重金属毒物，早在1974年联合国环境规划署和国际劳动卫生重金属委员会就将其定为重点污染物。镉可经消化道或呼吸道进入人体，对肾、肺、肝、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性，被美国毒物管理委员会(ATSDR)列为第六位危及人体健康的有毒物质。

世界卫生组织(WHO)建议镉在卫生饮用水中的限值为0.003mg/L。我国在1985年发布、于1986年实施的《生活饮用水卫生标准》规定镉≤0.01mg/L；1993年发布并实施的中华人民共和国城镇建设行业标准《生活饮用水水源水质标准》中，一、二级限值也均要求镉≤0.01mg/L；2006年新颁布的《生活饮用水卫生标准》，将镉的浓度作了更严格的限定，限定镉≤0.005mg/L。

水体镉污染受到世界各界的关注。随着水体镉污染爆发频次升高和污染日益严重，重点流域及水环境敏感地区的地方部门对生产企业镉的排放限值执行《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅱ类标准(Cd≤0.005mg/L)。含镉废水的处理方法较多，根据镉含量及镉存在形态的不同，所采用的处理方法也不同。目前除镉方法主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法，其中主要是以化学法为主，包括化学吸附法、化学沉淀法(氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法)、电化学氧化还原法、铁氧化法、混凝沉淀法、螯合沉淀法、泡沫分离法等。

壳聚糖螯合去除水中的镉的研究已有相关报道。壳聚糖是一种原料来源广泛、储量丰富、成本低廉、不易造成二次污染、可生物降解的理想的高分子材料，广泛应用于重金属废水的处理。

水合二氧化锰吸附除镉也有相关研究。水合二氧化锰粒子具有较大的比表面积和丰富的表面羟基，对水中粒子有很强的吸附能力，能有效地吸附水中的金属镉离子，即对水中溶解态的金属镉具有吸附、裹夹即所谓的共沉淀作用，因此，对水中镉离子有较好的去除作用。

目前，特定冶金行业废水中镉的排放标准限定值为0.005mg/L，通常冶金等行业工业废水中含有大量无机盐离子，采用常规化学法及活性炭吸附等深度处理方法难以达到该限值。。

发明内容

本发明利用壳聚糖和水合二氧化锰除镉的不同机理及可高效除镉的特点，针对高盐废水中微量镉的去除，确立了以两者组合的方法去除高盐废水中的微量镉的新思路，从而提供了一种高效去除饮用水或高盐废水中镉的组合技术，以实现水中镉的含量低于0.005mg/L。

本发明的技术原理在于，将壳聚糖螯合与水合二氧化锰吸附两种不同作用机理组合在一起，高效去除高盐废水中的微量镉。

壳聚糖螯合原理是：壳聚糖的糖残基在C₂上有1个乙酞氨基或氨基，在C₃上有1个氢基，从构象上来看，它们都是平伏键，这种特殊结构，使得它们对具有一定离子半径的镉在一定的pH值条件下具有螯合作用，形成稳定的金属螯合物。

二氧化锰吸附机理是：MnO₂能够通过专属吸附、静电吸附和共沉淀作用去除水中微量镉。二氧化锰粒子具有较大的比表面积和丰富的表面羟基，这就决定了二氧化锰胶体颗粒能够对水中粒子有很强的吸附能力，因此能有效吸附水中的金属镉离子，即对水中溶解态的金属镉具有吸附、裹夹即所谓的共沉淀作用。在中性pH条件下，水合二氧化锰粒子荷负电，由于颗粒表面电荷的作用，可对水中镉离子产生强烈的静电吸引作用，从而发生对镉离子的吸附。这种由静电吸引引起的吸附较专属吸附更容易发生，可导致水合二氧化锰吸附更多的镉离子。

本发明采取的技术方案如下：

基于上述原理，本发明实现除镉的残镉量≤0.005mg/L，本方案简述如下：

(1)待处理水中，投加5g/L的壳聚糖，进行螯合处理，机械搅拌时间0.5～1小时，然后过滤。

(2)将螯合过滤处理后的水，通过原位生成二氧化锰的方法，投加0.5～1.0g/L二氧化锰(按高锰酸钾∶硫酸锰＝2∶3摩尔比例)，pH值调节至中性，吸附处理0.5小时及以上，，出水过滤后镉的浓度即可降低至0.005mg/L以下。

本发明实现的技术效果如下：

(1)本发明所提供壳聚糖螯合和二氧化锰组合处理高盐废水中微量镉的方法，处理后水中残镉量≤0.005mg/L；(2)本发明所提供的除镉方法工艺简单，操作简便，运行成本低廉，不需对现有的工程进行大的改造，易工程化应用；

(3)壳聚糖及其衍生物是绿色的水处理剂，壳聚糖具有原料丰富、无毒无味、价廉、可生物降解、无二次污染等优点；水合二氧化锰也是常用的净水剂。

附图说明

附图为本发明方法去除微量镉的流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例中，以某冶炼厂冶金废水处理工艺碳滤池单元出水为研究对象，碳滤池出水中镉的初始浓度为0.03～0.05mg/L，Cl^-含量约为2.5g/L，初始pH为10.84。

取一定体积碳滤池出水，投加5g/L的壳聚糖，进行搅拌螯合反应，处理时间为1小时，处理后的水样中，通过原位生成水合二氧化锰的方法，投加0.5g/L二氧化锰(按高锰酸钾∶硫酸锰＝2∶3摩尔比)，进行吸附处理，吸附处理时间为0.5小时，吸附处理后的出水，调节pH至中性，出水镉浓度为0.0028mg/L，达到排放标准。

实施例2

本实施例中，以某冶炼厂冶金废水处理工艺纳滤单元出水为研究对象，纳滤出水中镉的初始浓度为0.015～0.025mg/L，Cl^-含量约为2.5g/L，初始pH为8.88。

取一定体积纳滤出水，投加5g/L的壳聚糖，进行螯合处理，搅拌反应40分钟，将螯合处理后水样，原位投加0.5g/L二氧化锰(按高锰酸钾∶硫酸锰＝2∶3摩尔比例)，反应1.0h反应出水，经测定残镉量为0.0032mg/L。

Claims

1.一种高分子螯合和吸附组合去除高盐废水中微量镉的方法，其特征在于先使用壳聚糖进行螯合沉淀过滤，再使用原位水合二氧化锰专属吸附、静电吸附和共沉淀作用去除水中微量镉，采用不同的作用机理组合去除微量镉，进而有效地去除高盐废水中的微量镉，处理后出水中镉浓度低于0.005mg/L。

2.根据权利要求1所述的壳聚糖，其特征是一种白色无定形半透明片状物，工业级试剂。

3.根据权利要求1所述的原位水合二氧化锰，其特征是由高锰酸钾和硫酸锰以2∶3一定比例原位生成。

4.根据权利要求1所述的壳聚糖螯合，其特征是壳聚糖投量为1～5g/L，经过机械搅拌0.5～1小时。

5.根据权利要求1和3所述的原位水合二氧化锰进行吸附，其特征是水样经壳聚糖螯合处理后，再进行二氧化锰吸附处理。通过投加一定比例的高锰酸钾和硫酸锰(高锰酸钾∶硫酸锰＝2∶3摩尔比列)，使得生成的二氧化锰的量在0.2～1.0g/L，吸附0.5小时及以上时间后，出水调节pH值至中性。

6.根据权利要求1～5所述的有效除镉方法，其特征在于，微量镉先通过壳聚糖螯合后沉淀过滤，再经原位水合二氧化锰吸附沉淀过滤去除，处理后出水中镉的浓度低于0.005mg/L。