CN106219661B - 一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，该方法主要针对含有汞、铜、铅、镉等多种重金属废水处理，利用特定吸附剂经过分段式的吸附处理，最终使得各种重金属分别在不同的工艺段累积，从而达到分离回收的目的。与现有的重金属废水处理工艺相比，本发明方法可以对多种重金属进行同步吸附和分离，可以实现重金属资源的有效回收利用，且该方法工艺简单，可以针对重金属的种类不同进行有针对性的设计和调整，是处理与回收废水中重金属的新方法。

Description

一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法

技术领域

本发明属于环境保护领域的含重金属废水处理及回收技术，涉及一种对含有多种重金属废水的处理及重金属回收工艺。该方法主要针对含有汞、铜、铅、镉等多种重金属废水处理，利用特定吸附剂经过分段式的吸附处理，最终使得各种重金属分别在不同的工艺段累积，从而达到分离回收的目的。

背景技术

近年来，我国一些地表水存在重金属个别时段超标现象，有色金属冶炼、铅蓄电池、再生铅、燃煤电厂、水泥、钢铁冶炼等行业的部分企业周边大气重金属浓度较高，一些地区土壤存在不同程度的重金属污染。重金属元素具有较强的迁移、富集和隐藏性，可经空气、水、食物链等途径进入人体，具有致癌、致畸及致突变作用，严重威胁人体健康。为此，我国与2014年颁布了《重金属污染综合防治“十二五”规划》，旨在有效控制日益严重的重金属污染问题。

工业废水是重金属排放的主要途径之一，也是重金属污染治理的重点和难点。当前常见的废水重金属处理方法主要有：吸附法、沉淀法、浮选法、离子交换法、电解法、膜分离法等诸多技术。其中，又以吸附法具有工艺简单、效率高、价格低廉等优点，而且吸附在吸附剂上的重金属还有可能通过特定方法进行回收处理，因而被认为是最有前途的重金属处理技术。然而，工业废水中一般含有多种重金属，会发生竞争吸附作用，致使吸附剂上多种重金属并存且难以分离回收；同时使用过后的吸附剂由于富含多种重金属，对其后续处理造成困扰。因而当前的吸附方法既可能造成资源浪费也存在潜在的二次污染问题。

综上所述，现有的工业废水重金属处理技术在针对多种重金属的同步去除及分离回收方面存在不足，亟待进一步开发具有同步分离和回收多种重金属的绿色处理技术。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种吸附速度快、环保的用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：

第一步，将含有多种重金属的废水依次通过多个相连的废水处理吸附罐；

第二步，在多个废水处理吸附罐中均投加吸附剂，并利用搅拌器对废水处理吸附罐中的废水进行搅拌，以保证吸附剂与废水中的重金属进行充分混合，并将其进行吸附；

第三步，废水中的多种重金属离子首先被第一级废水处理吸附罐中的吸附剂捕集，随着后续废水的持续进入，吸附剂上的重金属会不断发生置换反应，最终留在吸附剂上的重金属是吸附反应产物最稳定的重金属，而其他不同类别的重金属离子会重新回到废水溶液中，并流到下一级废水处理吸附罐中；

第四步，进入第二级废水处理吸附罐中的重金属离子同样会由于存在反应产物稳定性的差异，从而导致产物稳定性次强的重金属离子在第二级废水处理吸附罐中被优先吸附分离，而其余重金属离子随着废水溶液依次流经后续的吸附反应罐，以此类推，由于重金属吸附产物存在相互替换的潜质，最终重金属将按照其反应产物的稳定程度从强到弱的顺序依次分别停留富集在不同的废水处理吸附罐中，实现分离；

第五步，经过多重吸附处理后，废水中的重金属离子被吸附剂捕集完全，处理后的废水重金属浓度达到排放标准；

第六步，待到各废水处理吸附罐中的吸附剂全部吸附饱和以后，将其通过过滤的方法分离出来，然后通过冶炼方法对吸附剂进行处理，回收重金属。

所述的废水中的多种重金属主要是指：汞、铜、铅、镉、锌、银、锑、铟等任意两种或多种重金属。

所述的吸附剂为通用型重金属吸附剂，一般为金属硫化物，其活性分组是硫化铁、硫化钙或硫化镁中的一种或几种，吸附剂中活性组分的重量含量为10～20％。

所述的废水处理吸附罐的数量与待处理废水中含有的重金属种类数量一致。

所述的废水处理吸附罐由罐体、进水管、搅拌装置、过滤装置和出水管构成，待处理的含重金属的废水从罐体底部的进水管流入，经搅拌装置与吸附剂颗粒充分混合，随后通过罐体上部的过滤装置，滤液经过罐体顶部的出水管流入下一级废水处理吸附罐。

所述的废水在各废水处理吸附罐中的停留时间为1-4小时。

所述的废水处理吸附罐种搅拌器的搅拌速度为60-400转/分钟。

每个废水处理吸附罐内吸附剂的使用量与废水处理吸附罐内废水体积之比为0.1-5.0g/L。

所述的废水中重金属的含量为0.1-1.0g/L。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、所采用的吸附剂具有极高的吸附容量和很快的吸附速度，能快速高效地吸附去除废水中的多种重金属。

2、由于重金属在吸附剂上的可交换特性，可以实现多种重金属的同步吸附和分离。

3、将废水中的多种重金属进行分离后并高纯度回收，既避免了重金属对环境造成污染，又实现资源回收的目的。

附图说明

图1为本发明采用工艺的示意图；

图2为本发明采用的废水处理吸附罐示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。下面对本发明的实施例进行详细说明：本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，该方法包括以下几个步骤：

第一步，将含有多种重金属的废水a依次通过n个相连的废水处理吸附罐；

第二步，在n个废水处理吸附罐中均投加吸附剂，并利用搅拌器对废水处理吸附罐中的废水进行搅拌，以保证吸附剂与废水中的重金属进行充分混合，并将其进行吸附；

第三步，废水a中的多种重金属离子首先被重金属1吸附罐b中的吸附剂捕集，随着后续废水的持续进入，吸附剂上的重金属会不断发生置换反应，最终留在吸附剂上的重金属是吸附反应产物最稳定的重金属1h，而其他不同类别的重金属离子会重新回到废水溶液中，并流到重金属2吸附罐c中；

第四步，进入重金属2吸附罐c中的重金属离子同样会由于存在反应产物稳定性的差异，从而导致产物稳定性次强的重金属离子在重金属2吸附罐c中被优先吸附分离，而其余重金属离子随着废水溶液依次流经后续的重金属3吸附罐d、重金属4吸附罐e……重金属n吸附罐f，以此类推，由于重金属吸附产物存在相互替换的潜质，最终重金属将按照其反应产物的稳定程度从强到弱的顺序依次分别停留富集在不同的废水处理吸附罐中，实现分离；

第五步，经过n重吸附处理后，废水中的重金属离子被吸附剂捕集完全，处理后的废水重金属浓度达到排放标准；

第六步，待到各废水处理吸附罐中的吸附剂全部吸附饱和以后，将其通过过滤的方法分离出来，然后通过冶炼方法对吸附剂进行处理，回收重金属，如图1所示，从重金属1吸附罐b中过滤冶炼得到重金属1h，从重金属2吸附罐c中过滤冶炼得到重金属2i，从重金属3吸附罐d中过滤冶炼得到重金属3j，从重金属4吸附罐e中过滤冶炼得到重金属4k，……重金属n吸附罐f中过滤冶炼得到重金属nL。

上述各废水处理吸附罐结构如图2所示，由罐体1、进水管2、搅拌装置3、过滤装置4和出水管5构成，待处理的含重金属的废水从罐体1底部的进水管2流入，经搅拌装置3与吸附剂颗粒充分混合，随后通过罐体1上部的过滤装置4，滤液经过罐体1顶部的出水管5流入下一级废水处理吸附罐。

实施例1

以自制的模拟多重金属废水为处理对象，其中汞、铜、铅三种重金属的含量均为1.0mmol/L。具体处理步骤如下：

1、分别称量三份50mg硫化钙吸附剂(每份吸附剂上硫化钙的含量为7.2mg)，将其分别投加在三个容量为250mL的烧杯中，分别标记为烧杯A、烧杯B、烧杯C。

2、将100mL模拟重金属废水加入烧杯A中，并对烧杯A中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。

3、等到反应进行2小时后，将烧杯A中的溶液过滤，将滤液加到烧杯B中，并对烧杯B中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂A。

4、等到反应进行2小时后，将烧杯B中的溶液过滤，将滤液加到烧杯C中，并对烧杯C中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂B。

5、等到反应进行2小时后，将烧杯C中的溶液过滤，过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂C。

6、分别对吸附剂A、B、C和最终的滤液进行检测。结果表明，最终滤液中的汞、铜、铅含量均低于0.01mmol/L，三种重金属去除效率均大于99.0％。此外，吸附剂A中吸附的汞占所吸附的三种重金属总和的99.0％以上，吸附剂B中吸附的铜占所吸附三种重金属总和的97.0％以上，而吸附剂C中吸附的铅占所吸附的三种重金属总和的94.0％以上。

实施例2

以自制的模拟多重金属废水为处理对象，其中汞、铜、铅、镉四种重金属的含量均为1.0mmol/L。具体处理步骤如下:

1、分别称量四份50mg硫化钙吸附剂(每份吸附剂上硫化钙的含量为7.2mg)，将其分别投加在四个容量为250mL的烧杯中，分别标记为烧杯A、烧杯B、烧杯C和烧杯D。

2、将100mL模拟重金属废水加入烧杯A中，并对烧杯A中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。

3、等到反应进行2小时后，将烧杯A中的溶液过滤，将滤液加到烧杯B中，并对烧杯B中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂A。

4、等到反应进行2小时后，将烧杯B中的溶液过滤，将滤液加到烧杯C中，并对烧杯C中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂B。

5、等到反应进行2小时后，将烧杯C中的溶液过滤，将滤液加到烧杯D中，并对烧杯D中的溶液进行搅拌，搅拌速率为400r/min。过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂C。

6、等到反应进行2小时后，将烧杯D中的溶液过滤，过滤后的吸附剂烘干保存，并标记为吸附剂D。

7、分别对吸附剂A、B、C、D和最终的滤液进行检测。结果表明，最终滤液中的汞、铜、铅、镉含量均低于0.01mmol/L，四种重金属去除效率均大于99.0％。此外，吸附剂A中吸附的汞占所吸附的四种重金属总和的99.0％以上，吸附剂B中吸附的铜占所吸附四种重金属总和的96.0％以上，而吸附剂C中吸附的铅占所吸附的四种重金属总和的92.0％以上，而吸附剂D中吸附的镉占所吸附的四种重金属总和的90.0％以上。

实施例3

废水含有：汞、铜、铅、镉、锌、银、锑、铟八种重金属，各重金属的含量为0.1g/L，采用的废水处理吸附罐有8个，每个废水处理吸附罐中装有的吸附剂与吸附罐内废水体积之比为0.1g/L，吸附剂其活性分组是硫化铁、硫化钙、硫化镁按重量比1:1:1的混合，吸附剂中活性组分的重量含量为10％。

含重金属废水在各吸附罐中的停留时间为1小时，各吸附罐中搅拌器的搅拌速度为60转/分钟。其余同实施例1。

实施例4

废水含有：汞、铜两种重金属，各重金属的含量为1.0g/L，采用的废水处理吸附罐有2个，每个废水处理吸附罐中装有的吸附剂与吸附罐内废水体积之比为5.0g/L，吸附剂其活性分组是硫化铁，吸附剂中活性组分的重量含量为20％。

含重金属废水在各吸附罐中的停留时间为4小时，各吸附罐中搅拌器的搅拌速度为400转/分钟。其余同实施例1。

Claims (6)

1.一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：

第一步，将含有多种重金属的废水依次通过多个相连的废水处理吸附罐；

第二步，在多个废水处理吸附罐中均投加吸附剂，并利用搅拌器对废水处理吸附罐中的废水进行搅拌，以保证吸附剂与废水中的重金属进行充分混合，并将其进行吸附；

第三步，废水中的多种重金属离子首先被第一级废水处理吸附罐中的吸附剂捕集，随着后续废水的持续进入，吸附剂上的重金属会不断发生置换反应，最终留在吸附剂上的重金属是吸附反应产物最稳定的重金属，而其他不同类别的重金属离子会重新回到废水溶液中，并流到下一级废水处理吸附罐中；

第四步，进入第二级废水处理吸附罐中的重金属离子同样会由于存在反应产物稳定性的差异，从而导致产物稳定性次强的重金属离子在第二级废水处理吸附罐中被优先吸附分离，而其余重金属离子随着废水溶液依次流经后续的吸附反应罐，以此类推，由于重金属吸附产物存在相互替换的潜质，最终重金属将按照其反应产物的稳定程度从强到弱的顺序依次分别停留富集在不同的废水处理吸附罐中，实现分离；

第五步，经过多重吸附处理后，废水中的重金属离子被吸附剂捕集完全，处理后的废水重金属浓度达到排放标准；

第六步，待到各废水处理吸附罐中的吸附剂全部吸附饱和以后，将其通过过滤的方法分离出来，然后通过冶炼方法对吸附剂进行处理，回收重金属；

所述的吸附剂其活性分组是硫化铁、硫化钙或硫化镁中的一种或几种，吸附剂中活性组分的重量含量为10～20％；

所述的废水处理吸附罐的数量与待处理废水中含有的重金属种类数量一致；

所述的废水中的多种重金属是指：汞、铜、铅、镉、锌、银、锑、铟任意多种重金属。

2.根据权利要求1所述的一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，所述的废水处理吸附罐由罐体(1)、进水管(2)、搅拌装置(3)、过滤装置(4)和出水管(5)构成，待处理的含重金属的废水从罐体(1)底部的进水管(2)流入，经搅拌装置(3)与吸附剂颗粒充分混合，随后通过罐体(1)上部的过滤装置(4)，滤液经过罐体(1)顶部的出水管(5)流入下一级废水处理吸附罐。

3.根据权利要求1所述的一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，所述的废水在各废水处理吸附罐中的停留时间为1-4小时。

4.根据权利要求1所述的一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，所述的废水处理吸附罐种搅拌器的搅拌速度为60-400转/分钟。

5.根据权利要求1所述的一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，每个废水处理吸附罐内吸附剂的使用量与废水处理吸附罐内废水体积之比为0.1-5.0g/L。

6.根据权利要求1所述的一种用于废水中多种重金属同步去除与分离的方法，其特征在于，所述的废水中重金属的含量为0.1-1.0g/L。