CN102718544B - 用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途。陶粒含膨润土或高岭土、纳米零价铁粉、活性炭原料,制得的陶粒为3-20mm球形颗粒，密度1.15g/cm³、堆积密度814kg/m³、强度达5MPa、比表面积为33m²/g,整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通。制备方法详见说明书。本发明优点是：原料易得，价格低廉,制备方法和所用设备简单、运行方便，具有优异的重金属离子吸附和还原性能,在废水中Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺负荷较大的情况下，对所有重金属离子的去除效率均达到99%以上，且出水符合国家地表水环境质量标准三类水质要求,对重金属的吸附容量高，达到50～200mg/g。本发明陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体。

Description

用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途

技术领域

本发明涉及一种重金属废水处理所用材料及制备方法，具体地说涉及用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途。

背景技术

重金属废水已经成为对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，主要来自矿山排水、废石场淋滤水、选矿场尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水及电解、农药、医药、油漆和染料等各种工业废水。此外，生活污水、垃圾渗滤液、农田废水和酸雨也是重金属的排放源。废水中重金属种类、含量及其存在形态随不同生产种类而异，变化很大，如不经处理直接排放，必然对环境造成严重污染，而不经回收就排放，则必然造成资源的极大浪费。

我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。太湖底泥中总铜、总铅、总镉含量均处于轻度污染水平；黄浦江干流表层沉积物中镉超背景值2倍、铅超1倍、汞含量明显增加；苏州河中，铅全部超标、镉为75%超标、汞为62.5%超标。城市河流有35.11%的河段出现总汞超过地表水Ⅲ类水体标准，18.46%的河段面总镉超过Ⅲ类水体标准，25%的河段有总铅的超标样本出现。全国近岸海域海水采样品中铅的超标率达62.9%，最大值超一类海水标准49.0倍；铜的超标率为25.9%，汞和镉的含量也有超标现象。可见,水体重金属污染已成为我国重要的环境污染问题。

目前，重金属废水常用的处理方法有化学处理法、物理处理法和生物处理法。

化学处理法是指通过投加药剂，发生化学反应去除废水中重金属离子的方法，通过化学反应可以产生新物质，达到将有毒物质转化为可利用物质的目的。具体方法有化学沉淀法、电解法、氧化还原法等。由于沉淀剂和环境条件的影响，沉淀法往往出水浓度达不到要求，需作进一步处理，且产生的大量重金属污泥必须很好地处理与处置，否则会造成二次污染。而电解法不适于处理较低浓度的重金属废水。其化学法都不同程度地存在着成本高、能耗大、操作困难、易产生二次污染等缺点。

物理处理法是指废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，这类方法的特点是重金属可以以原来的形态加以回收利用。具体方法有离子交换法、吸附法、膜分离法等。离子交换法虽处理容量大，可回收重金属资源，但离子交换剂易氧化失效，再生频繁，操作费用高。电渗析法在运行中会遇到电极极化、结垢和腐蚀等问题。随着新型、廉价、易降解的天然高分子吸附材料的开发，吸附法在重金属废水治理，尤其是在深度净化方面得到一定的应用空间。

生物处理法按照生物的种类不同，可分为植物处理、动物处理和微生物处理。生物法处理周期长，费用高，效率低，目前用于重金属废水治理的工程案例不多。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供了一种用于重金属废水处理的陶粒、制备方法及其用途。

本发明的技术方案如下：用于重金属废水处理的陶粒，陶粒含膨润土或高岭土、纳米零价铁粉、活性炭原料,制得的陶粒为3-20mm球形颗粒，密度1.15g/cm³、堆积密度814kg/m³、强度达5MPa、比表面积为33m²/g,整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通。

所述制备方法包括下列顺序的步骤：

1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60-100目筛；

2）、原材料混合：按下列重量配比将原材料混合均匀：膨润土或高岭土60-80%；10-500nm纳米零价铁粉5-35%；活性炭粉末0.1-15%,用重量%计;

3）、造粒：将水加入到混合均匀的原材料中，水的加入量为原料重量的20-30%，搅拌、造粒成为3-20mm的陶粒坯料;

4）、烧结：将陶粒胚料在鼓风干燥箱中干燥3-6h至恒重；然后放入电加热管式炉中，在300-400℃预热温度下预热15-30min；按5-10℃/min升温至800℃下，保温1-3h；在4-5h内匀速降温至100-150℃，后缓慢降温至室温,即制得所要的陶粒。

用于重金属废水处理的陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体。

重金属废水处理是指：去除废水中重金属Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺;所述的重金属废水处理的含量范围为：Pb²⁺10-1000mg/L；Cu²⁺、Cd²⁺10-500mg/L；Zn²⁺10-200mg/L；Cr⁶⁺1-10mg/L。;Hg²⁺0.001-0.1mg/L。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明是以它以膨润土或高岭土、纳米零价铁粉、活性炭为原料，通过高温煅烧制备的零价铁陶粒，原料易得，价格低廉。

（2）本发明制备方法简单、易行，具有优异的重金属离子吸附和还原性能。。

（3）本发明零价铁陶粒用做重金属废水处理的吸附载体，在废水中Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺负荷较大的情况下，对所有重金属离子的去除效率均达到99%以上，且出水符合国家地表水环境质量标准三类水质要求,对重金属的吸附容量高，达到50-200mg/g。

（4）利用本发明零价铁陶粒进行重金属废水处理，设备结构简单，运行方便。

附图说明

图1为本发明用于重金属废水处理的陶粒的制备方法流程示意图。

图中：1.模拟重金属废水；2.泵；3.重金属废水处理池；4.

（

指陶粒的粒径2mm）零价铁陶粒层；5.（符号指陶粒的粒径5mm）零价铁陶粒层；6.（符号指陶粒的粒径8mm）零价铁陶粒层；7.砾石层；8.处理后的废水排放。

具体实施方式

下面列举1个实施例，对本发明加以进一步说明，但本发明不只限于这些实施例。实施例1

1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60目筛；

2）、原材料混合：按下列重量配比将原材料混合均匀：膨润土或高岭土80公斤；200nm零价铁粉10公斤；活性炭粉末10公斤；

3）、造粒：将20公斤水加入到100公斤混合均匀的原材料中，水的加入量为原料重量的20%，搅拌、造粒成为5mm的零价铁陶粒坯料;

4）、烧结：将零价铁陶粒胚料在鼓风干燥箱中干燥3h；然后放入电加热管式炉中，在300℃预热温度下预热15min；按10℃/min升温至800℃下，保温1-3h；在5h内匀速降温至150℃，后缓慢降温至室温,即制得所要的陶粒。

本发明陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体。

如图1，模拟重金属废水1经泵2进入重金属废水处理池3，经

零价铁陶粒层4、

零价铁陶粒层5和

零价铁陶粒层6的连续处理后，进入砾石排水层7，得到净化后的排水8。

模拟废水在重金属废水处理池中停留时间为3小时，与陶粒层的接触时间为2小时。废水中重金属含量为Pb²⁺10-1000mg/L；Cu²⁺、Cd²⁺10-500mg/L；Zn²⁺10-200mg/L；Cr⁶⁺1-10mg/L;Hg²⁺0.001-0.1mg/L。对所有重金属离子的去除效率均达到99%以上，且出水符合国家地表水环境质量标准中的三类水质要求。

本发明所述陶粒重金属废水处理运行效果（mg/L，pH除外）

Claims (3)

1.用于重金属废水处理的陶粒，其特征在于：陶粒含膨润土或高岭土、纳米零价铁粉、活性炭原料,制得的陶粒为3-20mm球形颗粒，密度1.15g/cm³、堆积密度814kg/m³、强度达5MPa、比表面积为33m²/g,整体形态完好，孔隙发达，内部孔隙连通；陶粒的制备方法，包括下列顺序的步骤： 

1）、原材料预处理：将原材料干燥后，过60-100目筛； 

2）、原材料混合：按下列重量配比将原材料混合均匀：膨润土或高岭土60-80%；10-500nm纳米零价铁粉5-35%；活性炭0.1-15%，用重量%计; 

3）、造粒：将水加入到混合均匀的原材料中，水的加入量为原材料重量的20-30%，搅拌、造粒成为3-20mm的陶粒坯料; 

4）、烧结：陶粒坯料在鼓风干燥箱中干燥3-6h至恒重；然后放入电加热管式炉中，在300-400℃预热温度下预热15-30min；按5-10℃/min升温至800℃下，保温1-3h；在4-5h内匀速降温至100-150℃，后缓慢降温至室温,即制得所要的陶粒。 

2.如权利要求1所述的用于重金属废水处理的陶粒，其特征在于：所述的重金属废水处理是指：Cu²⁺、Zn²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺、Cr⁶⁺、Hg²⁺;所述的重金属废水处理的含量范围为：Pb²⁺10-1000mg/L；Cu²⁺、Cd²⁺10-500mg/L；Zn²⁺10-200mg/L；Cr⁶⁺1-10mg/L;Hg²⁺0.001-0.1mg/L。 

3.如权利要求1所述的用于重金属废水处理的陶粒的用途，主要作重金属废水处理的吸附载体。 

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