CN102502910A - 一种从水体中提取重金属离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水处理技术领域,具体为一种利用可移动纤维结构吸附材料提取水体中的重金属离子的方法,解决现有技术处理方式中耗费在“运水”上的能源消耗巨大、处理成本很高等问题。在水体表面搭建可移动平台或拉设横跨水体的拉线,将装有纤维结构吸附材料的网状结构悬挂在可移动平台或拉线下,使用具有动力的平台,采用拖拽的方式,让材料在水体中运动;或依靠水体波浪作为动力,使材料与水体中的重金属离子有较好接触,从而从水体中提取重金属离子。本发明方法简单,无二次污染,处理成本低,节约能源,除重金属离子效果显著,特别适用于对大规模水体(百万吨级及以上)或者水体中重金属离子含量超低(ppm量级)水体的重金属离子提取问题。

Description

一种从水体中提取重金属离子的方法技术领域[0001] 本发明属于水处理技术领域,具体为一种利用可移动纤维结构吸附材料提取水体中的重金属离子的方法。背景技术[0002] 水体中的重金属离子污染严重影响环境安全,威胁人类健康,降低水体中重金属离子浓度的方法可以分为两类:[0003] 一类是通过水利工程的方法,进行水量调度,向受污染水体中调入良好水质的进流,从而可以稀释现有水体,降低水体中的重金属离子浓度。但是,这种方案需要建设大规模输水管渠进行引水,还有一系列的土地占用问题,成本很高;在调度过程中,还有防洪和水体渗漏对下游产生污染等可能出现的问题;而且,也不能真正除去水体中有害的重金属1¾子。[0004] 另一类是通过混凝法、离子交换法、吸附法和反渗透法等方法,将重金属离子从水体中分离出来,从而能够真正去除水中的重金属离子。混凝法一般适用于重金属离子浓度较高的工业废水,会产生大量的含有害重金属离子的废渣难以处理,长期堆积会对环境造成二次污染。离子交换法和反渗透法成本高,能耗大,操作复杂,对于进水有较高要求,也不适宜大规模的水体处理。吸附法通过使用以具有高比表面积、不溶性的固体材料作吸附剂, 通过物理吸附作用、化学吸附作用或离子交换作用将水体中的重金属离子固定在自身的表面上,从而将其从水中分离出来。吸附法是简单易行的一种处理方法,适宜处理大量含较低重金属离子浓度水体。目前,吸附法中最常用的是固定床式吸附反应器。但是,固定床式反应器需要通过水泵将待处理水体引入反应器,在进行大规模水体处理时由于水体的体量巨大,“运水”的能源消耗巨大,从而大大增加其处理成本,不适应处理大规模水体要求。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种利用可移动纤维结构吸附材料从水体中提取重金属离子的方法,解决现有技术处理方式中耗费在“运水”上的能源消耗巨大、处理成本很高等问题,特别适用于对大规模水体或者水体中重金属离子含量超低的情况。[0006] 本发明的技术方案是:[0007] —种从水体中提取重金属离子的方法,利用可移动的纤维结构吸附材料吸附提取水中重金属离子。[0008] 所述纤维结构吸附材料为用于吸附水中重金属离子的吸附材料。[0009] 所述可移动纤维结构采用能够承受与水体的相对运动冲击的网状结构。[0010] 所述的从水体中提取重金属离子的方法,在水体表面搭建可移动平台或拉设横跨水体的拉线,将装有纤维结构吸附材料的网状结构悬挂在可移动平台或拉线下;使用具有动力的平台,采用拖拽的方式,让材料在水体中运动;或依靠水体波浪作为动力,使材料与水体中的重金属离子有效地接触,从而从水体中提取重金属离子。[0011] 所述的从水体中提取重金属离子的方法,该方法采用纤维结构吸附材料、电控箱、 电机减速机、可移动平台组成的实施结构,水体顶部设置可沿水体移动的可移动平台,可移动平台上设置用于驱动可移动平台的电机减速机,电机减速机与电控箱相连,纤维结构吸附材料置于两个不锈钢网之间的夹层中,使纤维结构吸附材料能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网分别镶于边框中,两个不锈钢网的下端枢接,不锈钢网通过挂钩挂在可移动平台上。[0012] 所述的从水体中提取重金属离子的方法,按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纤维结构吸附材料,将纤维结构吸附材料裁成片,将材料分别放入不锈钢网状结构中,将网状结构悬挂在可移动平台下,浸入砷溶液中;通过电控箱启动可移动平台,让材料在水中往复运动, 经20-30小时处理后,水中砷浓度低于50ppb。[0013] 所述的从水体中提取重金属离子的方法,该方法采用纤维结构吸附材料、人工制造水波浪、拉线组成的实施结构,水体上横跨设置拉线,纤维结构吸附材料置于两个不锈钢网之间的夹层中,使纤维结构吸附材料能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网分别镶于边框中,两个不锈钢网的下端枢接,不锈钢网通过挂钩挂在拉线上,通过人工制造波浪系统在水体中形成人工制造水波浪。[0014] 所述的从水体中提取重金属离子的方法,按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纤维结构吸附材料,将纤维结构吸附材料裁成片,将材料分别放入不锈钢网状结构中,将网状结构悬挂在横跨水体的拉线下,浸入砷溶液中,开启人工制造波浪系统;经20-50小时处理后水中砷浓度低于50ppb。[0015] 本发明的优点在于:[0016] 1、传统的去除重金属离子方法通常需要建设水处理厂,使用水泵将水引入厂内, 进行一系列预处理之后,使用多种除重金属离子方法除去水中的污染。建设水处理厂要占用大量土地,并且水厂的基础建设、运行、管理、维护都需要大量的资金投入。对于水量巨大的大规模水体(例如湖泊),这种现有处理方式中耗费在“运水”上的能源消耗巨大,处理成本很高。因此,对于大规模水体的处理,必须研究新的成本较低的新型处理技术。本发明所使用的纤维结构吸附材料具有适当强度,能够承受与水体的相对运动冲击,其水质适应强, 不溶于水,不会对水体造成二次污染,回收简单。通过将此纤维结构吸附材料直接放入大规模水体中,通过外加动力拖拽或者利用水体自身的波浪做为动力,使材料与水体中的重金属离子有较好接触,从而通过吸附将水体中的重金属离子提取出来。本方法变“运水”为“移动材料”,大大节约了能耗,简化了处理过程,从而降低处理成本和处理时间。[0017] 2、本发明在水体表面搭建可移动平台或拉设横跨水体的拉线,将装有纤维结构吸附材料的网状结构悬挂在可移动平台或拉线下。可以使用具有动力的平台,采用拖拽的方式,让材料在水体中运动(方法一);或依靠水体波浪作为动力(方法二),使材料与水体中的重金属离子有较好接触,从而达到吸附提取的目的。[0018] 3、本明不需要运送水量巨大的超大水体,只需要移动吸附材料,水处理能耗大大降低;所用吸附材料为多纬纤维结构,含重金属离子水体净化后,即可将材料与水分离,不需要静置等待,材料回收、更换容易,操作简单;其水质适应强,不溶于水,处理前后不需要对处理的水体进行预处理和PH调节,不会对水体造成二次污染。本发明是一种普适的提取水体中重金属离子的技术,特别适宜于处理大规模水体或者水体中重金属离子含量超低的情况。从水体中提取出来的重金属离子经过适当脱附过程,还可以进行回收再利用。 附图说明[0019] 图1为本发明方法一模拟实施示意图。[0020] 图2为本发明方法二模拟实施示意图。[0021] 图3(a)_(b)为模拟实施所用网状结构示意图。其中,图3(a)为主视图;图3(b) 为侧视图。[0022] 图4为实施例1中三价砷离子浓度随处理时间变化图。[0023] 图5为实施例1中五价砷离子浓度随处理时间变化图。[0024] 图6为实施例2中砷离子浓度随处理时间变化图。[0025] 图中,1水槽;2纤维结构吸附材料;3电控箱;4电机减速机;5可移动平台;6人工制造水波浪;7边框;8挂钩;9不锈钢网;10拉线。具体实施方式[0026] 以超大水体除砷为例,砷及砷化合物是诸多权威机构所公认的已确定的人类致癌物。在水体中,砷一般以三价、五价砷离子或者有机砷存在。其中,三价砷的毒性最高,且不容易除去。因此,现有的处理方式是多级处理,先进行预处理将三价砷离子氧化为五价砷离子,同时调节水体的PH值从自然水体的接近中性到弱酸性(pH值约等于5)以利于吸附,才能比较有效除去。在处理结束后,需要将水体的PH值再次调节到接近中性。这种多级处理方式不仅增加了处理成本与大量添加化学药品所带来的生态风险,而且难以应用于受砷污染的超大水体的处理。通过开发出在中性水环境下对三价与五价砷均有极佳吸附效果的可移动纤维结构吸附材料,不需要对自然水体进行预氧化及处理前后调节水体PH值,通过移动材料即可将水中的砷污染除去,除砷效果明显,速度快,节约能源,总体成本低,无二次污染,适于处理超大水体砷污染。[0027] 如图1、3所示,方法一模拟实施结构包括:水槽1、纤维结构吸附材料2、电控箱3、 电机减速机4、可移动平台5等,水槽1顶部设置可沿水槽移动的可移动平台5,可移动平台 5上设置用于驱动可移动平台5的电机减速机4,电机减速机4与电控箱3相连。采用网状结构装载纤维结构吸附材料,所述装载纤维结构吸附材料2的网状结构应具有一定强度, 透水性强,作用是固定、保护材料,方便材料的回收。本实施例中,纤维结构吸附材料2置于两个不锈钢网9之间的夹层中,使纤维结构吸附材料2能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网9分别镶于边框7中,两个不锈钢网9的下端枢接,不锈钢网9通过挂钩8挂在可移动平台5上。[0028] 如图2、3所示,方法二模拟实施结构包括:水槽1、纤维结构吸附材料2、人工制造水波浪6、不锈钢拉线10等,水槽1上横跨设置不锈钢拉线10。采用网状结构装载纤维结构吸附材料,所述装载纤维结构吸附材料2的网状结构应具有一定强度,透水性强,作用是固定、保护材料,方便材料的回收。本实施例中,纤维结构吸附材料2置于两个不锈钢网9 之间的夹层中,使纤维结构吸附材料2能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网9分别镶于边框7中,两个不锈钢网9的下端枢接,不锈钢网9通过挂钩8挂在不锈钢拉线10上,通过人工制造波浪系统在水槽1中形成人工制造水波浪6。[0029] 实施例1 :[0030] 取除氯自来水680L,添加亚砷酸钠配制成实验用水样,三价砷离子浓度约 lOOppb,按每IL砷溶液使用0. 15g纤维结构氧化铁吸附材料的比例,使用纤维结构氧化铁吸附材料量为100g。将IOOg纤维结构氧化铁吸附材料裁成250X 250mm的方片数张,将材料分别放入2个不锈钢网框中,将网框悬挂在可移动平台下,浸入砷溶液中。通过电控箱启动可移动平台,让材料在水中往复运动。经M小时处理后水中砷浓度为^ppb,出水低于国家排放标准(三类水)的50ppb (处理效果见附图4)。[0031] 实施例2:[0032] 取除氯自来水680L,添加五水合砷酸氢二钠配制成实验用水样,五价砷离子浓度约为115ppb,按每IL砷溶液使用0. 15g纤维结构氧化铁吸附材料的比例,使用材料量为 IOOgo将IOOg纤维结构氧化铁吸附材料裁成250 X 250mm的方片数张,将材料分别放入2个不锈钢网框中,将网框悬挂在可移动平台下,浸入砷溶液中。通过电控箱启动可移动平台, 让材料在水中往复运动。经M小时处理后水中砷浓度约为35ppb,出水低于国家排放标准 (三类水)的50ppb (处理效果见附图5)。[0033] 实施例3 :[0034] 取除氯自来水5000L,添加亚砷酸钠和五水合砷酸氢二钠,并根据自然水体阳宗海湖水水质分析结果加入一定量的磷酸氢根、硫酸根、硝酸根、氟离子、铁离子、镁离子、钙离子、钠离子等干扰离子配制成实验用水样,以模拟自然水体含有多种阴阳离子的情况。其中,五价砷离子浓度约为75ppb,三价砷离子浓度约为30ppb。使用纤维结构氧化铁吸附材料量775g,将775g纤维结构氧化铁吸附材料裁成500 X 500mm的方片数张,将材料分别放入 9个网状结构内,将网状结构悬挂在横跨水槽的不锈钢拉线下,浸入砷溶液中,开启人工制造波浪系统。经48小时处理后水中砷浓度约为37ppb,出水低于国家排放标准(三类水) 的50ppb (处理效果见附图6)。[0035] 实施例结果表明,本发明利用可移动纤维结构吸附材料吸附提取水体中的重金属离子。在水体表面搭建可移动平台或拉设横跨水体的拉线,将装有纤维结构吸附材料的网状结构悬挂在可移动平台或拉线下,可以使用具有动力的平台,采用拖拽的方式,让材料在水体中运动;或依靠水体波浪作为动力,使材料与水体中的重金属离子有较好接触,从而从水体中提取重金属离子。本发明的方法简单,无二次污染,处理成本低,节约能源,除重金属离子效果显著,特别适用于对大规模水体(百万吨级及以上),或者水体中重金属离子含量超低(PPm量级)的水体的重金属离子提取问题。

Claims (8)

1. 一种从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:利用可移动的纤维结构吸附材料吸附提取水中重金属离子。
2.根据权利要求1所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:所述纤维结构吸附材料为用于吸附水中重金属离子的吸附材料。
3.根据权利要求1所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:所述可移动纤维结构采用能够承受与水体的相对运动冲击的网状结构。
4.根据权利要求1所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:在水体表面搭建可移动平台或拉设横跨水体的拉线,将装有纤维结构吸附材料的网状结构悬挂在可移动平台或拉线下;使用具有动力的平台,采用拖拽的方式,让材料在水体中运动;或依靠水体波浪作为动力,使材料与水体中的重金属离子有效地接触,从而从水体中提取重金属离子。
5.根据权利要求1所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:该方法采用纤维结构吸附材料、电控箱、电机减速机、可移动平台组成的实施结构,水体顶部设置可沿水体移动的可移动平台,可移动平台上设置用于驱动可移动平台的电机减速机,电机减速机与电控箱相连,纤维结构吸附材料置于两个不锈钢网之间的夹层中,使纤维结构吸附材料能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网分别镶于边框中,两个不锈钢网的下端枢接, 不锈钢网通过挂钩挂在可移动平台上。
6.根据权利要求5所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纤维结构吸附材料,将纤维结构吸附材料裁成片,将材料分别放入不锈钢网状结构中,将网状结构悬挂在可移动平台下,浸入砷溶液中;通过电控箱启动可移动平台,让材料在水中往复运动,经20-30小时处理后,水中砷浓度低于50ppb。
7.根据权利要求1所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:该方法采用纤维结构吸附材料、人工制造水波浪、拉线组成的实施结构,水体上横跨设置拉线,纤维结构吸附材料置于两个不锈钢网之间的夹层中,使纤维结构吸附材料能够承受与水体的相对运动冲击,不锈钢网分别镶于边框中,两个不锈钢网的下端枢接,不锈钢网通过挂钩挂在拉线上,通过人工制造波浪系统在水体中形成人工制造水波浪。
8.根据权利要求7所述的从水体中提取重金属离子的方法,其特征在于:按每IL砷溶液使用0. 1-0. 2g纤维结构吸附材料,将纤维结构吸附材料裁成片,将材料分别放入不锈钢网状结构中,将网状结构悬挂在横跨水体的拉线下,浸入砷溶液中,开启人工制造波浪系统;经20-50小时处理后水中砷浓度低于50ppb。
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