CN109607854A - 一种高含量重金属离子地下水治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水治理领域，具体涉及一种高含量重金属离子地下水治理方法。所述方法包括：(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；(3)将步骤(2)所得废水进行分布沉淀；(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；(5)将步骤(4)所得地下水采用阳离子树脂进一步进行离子交换，交换后由出水口送出。本发明所提供的治理方法降低地下水中含有的多种高浓度的重金属离子，使其达到符合我国第一类污染物允许排放的浓度。本发明对于被重金属污染的地下水处理速度快，生产成本低，具有极佳的经济效益。

Description

一种高含量重金属离子地下水治理方法
技术领域
本发明属于污水治理领域，具体涉及一种高含量重金属离子地下水治理方法。
背景技术
地下水是人类赖以生产、生活的重要资源，其为水资源的重要组成部分，由于水量稳定、水质好，是农业灌溉、工业生产、城市生活的重要来源；但随着城市现代化的进程，粗放的生产方式造成了地下水重金属污染严重。
重金属污染较其他有机化合物的污染具有更加严重的后果，由于重金属具有富集性，难以在环境中降解，因此很难通过水体本身的物理、化学或生物的净化，而重金属离子通过地表水进入地下后，如被生物饮用，则可能造成生物体内蛋白质与酶发生强烈的相互作用，使其失去活性，直接危害人体及及其他生物体的生命健康甚至造成死亡。
现有技术中治理重金属污染的地下水通常采用单一的治理方法，比如吸附法、油离子交换法、膜法等。虽然这些方法可能取得了一定的效果，但一方面其针对的重金属离子单一，往往在治理过程中只能针对1～2种重金属离子发挥作用；另一方面针对于多种重金属离子的治理方法，一般都针对于浓度较低的重金属离子，在实际应用中收效甚微。
因此目前亟待解决的问题是提供一种能够同时去除被多种高浓度重金属离子污染的地下水的治理方法，以便于更加生态地生产。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可以同时治理多种高含量重金属污染的地下水的方法。该方法可以显著降低地下水中含有的多种高浓度的重金属离子，使其达到符合我国第一类污染物允许排放的浓度。本发明所提供的技术方案可以将砷的去除率保持在99.58％～99.78％；将镉的去除率保持在99.9％～99.95％；将铬的去除率保持在97.33％～99.47％；将铅的去除率保持在98.91％～99.36％；将汞的去除率保持在99.94％～99.98％，具有优异的去污能力。
本发明公开了一种高含量重金属离子地下水治理方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至20～25℃，加入黄原酸酯，搅拌反应20～30min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应40～60min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土15～20份、壳聚糖40～45份、聚合氯化铝10～20份、聚合硫酸铁15～20份、去离子水2100～2200份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶400～500；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶2500～5000；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯10-15份、改性活性炭15-20份、秸秆纤维8-20份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
进一步的是，所述硅藻土17～19份、壳聚糖42～44份、聚合氯化铝15～18份、聚合硫酸铁17～20份、去离子水2150～2190份。
进一步的是，所述硅藻土18份、壳聚糖43份、聚合氯化铝17份、聚合硫酸铁18份、去离子水2170份。
本发明还提供了一种制备上述复合絮凝剂的方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在一定温度下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，保证加入过程中每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
进一步的是，步骤(2)中温度为30～40℃。
进一步的是，所述纳米改性活性炭为将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4～5h，烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍2～3h，再次搅拌烘干后制得。
进一步的是，所述活性炭与HCl的固液比为2～4∶1。
进一步的是，所述活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为3～5∶1；所述聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8。
进一步的是，所述HCl的质量浓度为10％。
进一步的是，所述硝酸的质量浓度为12％。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1.本发明所提供的技术方案可以显著降低地下水中含有的多种高浓度的重金属离子，使其达到符合我国第一类污染物允许排放的浓度。
2.本发明所提供的技术方案可以将砷的去除率保持在99.58％～99.78％；将镉的去除率保持在99.9％～99.95％；将铬的去除率保持在97.33％～99.47％；将铅的去除率保持在98.91％～99.36％；将汞的去除率保持在99.94％～99.98％。
3.本发明所提供的治理方法，对于被重金属污染的地下水处理速度快，生产成本低；并且所使用的絮凝剂成分简单、方法易制，并且净水效果优异，具有极佳的经济效益。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明所采用的技术手段及技术效果，以下结合本发明的实施例进行说明，应当注意的是，以下所述仅为本发明的具体实施方式，不作为对于本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员对于本发明的技术方案所做的其他的修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应覆盖在本发明的权利要求范围当中。
实施例1
一种治理高含量重金属离子地下水的方法，所述方法包括：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至20℃，加入黄原酸酯，搅拌反应30min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应40min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土15份、壳聚糖40份、聚合氯化铝10份、聚合硫酸铁15份、去离子水2100份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶400；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶2500；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯10份、改性活性炭15份、秸秆纤维20份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
其中复合絮凝剂的制备方法为：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在30℃下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，在加入过程中保证每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
改性活性炭的制备方法为：
(1)将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4h，保证活性炭与HCl的固液比为2∶1，其中HCl的质量浓度10％；
(2)烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍3h，继续搅拌烘干；保证活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为3∶1；聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8；其中硝酸的质量浓度为12％。
实施例2
一种治理高含量重金属离子地下水的方法，所述方法包括：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至25℃，加入黄原酸酯，搅拌反应20min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应60min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土20份、壳聚糖45份、聚合氯化铝20份、聚合硫酸铁20份、去离子水2200份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶500；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶5000；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯15份、改性活性炭20份、秸秆纤维8份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
其中复合絮凝剂的制备方法为：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在40℃下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，在加入过程中保证每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
改性活性炭的制备方法为：
(1)将活性炭、HCl进行混合改性浸泡5h，保证活性炭与HCl的固液比为4∶1，其中HCl的质量浓度10％；
(2)烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍2h，继续搅拌烘干；保证活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为5∶1；聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8；其中硝酸的质量浓度为12％。
实施例3
一种治理高含量重金属离子地下水的方法，所述方法包括：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至23℃，加入黄原酸酯，搅拌反应25min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应50min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土17份、壳聚糖42份、聚合氯化铝15份、聚合硫酸铁175份、去离子水2150份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶450；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶4000；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯12份、改性活性炭17份、秸秆纤维10份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
其中复合絮凝剂的制备方法为：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在35℃下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，在加入过程中保证每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
改性活性炭的制备方法为：
(1)将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4.5h，保证活性炭与HCl的固液比为3∶1，其中HCl的质量浓度10％；
(2)烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍2.5h，继续搅拌烘干；保证活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为4∶1；聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8；其中硝酸的质量浓度为12％。
实施例4
一种治理高含量重金属离子地下水的方法，所述方法包括：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至20℃，加入黄原酸酯，搅拌反应30min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应40min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土19份、壳聚糖44份、聚合氯化铝18份、聚合硫酸铁20份、去离子水2190份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶440；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶2700；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯13份、改性活性炭18份、秸秆纤维15份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
其中复合絮凝剂的制备方法为：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在37℃下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，在加入过程中保证每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
改性活性炭的制备方法为：
(1)将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4h，保证活性炭与HCl的固液比为2∶1，其中HCl的质量浓度10％；
(2)烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍3h，继续搅拌烘干；保证活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为3∶1；聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8；其中硝酸的质量浓度为12％。
实施例5
一种治理高含量重金属离子地下水的方法，所述方法包括：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至20℃，加入黄原酸酯，搅拌反应25min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂；沉淀反应50min；所述复合絮凝剂包括以下重量份数的组分：硅藻土18份、壳聚糖43份、聚合氯化铝17份、聚合硫酸铁185份、去离子水2170份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1∶430；所述复合絮凝剂与废水质量比为1∶3000；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯10份、改性活性炭15份、秸秆纤维8份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换；交换后由出水口送出。
其中复合絮凝剂的制备方法为：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在30℃下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，在加入过程中保证每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
改性活性炭的制备方法为：
(1)将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4h，保证活性炭与HCl的固液比为2∶1，其中HCl的质量浓度10％；
(2)烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍3h，继续搅拌烘干；保证活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为3∶1；聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3∶8；其中硝酸的质量浓度为12％。
对比例1
采用与实施例1相同的治理方法，但在步骤(2)中不加入黄原酸酯；去掉步骤(4)不进行过滤。
对比例2
采用与实施例2相同的治理方法，但将步骤(2)中的复合絮凝剂中聚合氯化铝去掉，同时去掉步骤(5)的阳离子树脂交换步骤。
对比例3
采用与实施例3相同的治理方法，但将步骤(2)废水温度升至15℃后加入黄原酸酯，并将黄原酸酯与废水体积比修改为1∶300；将复合絮凝剂与废水质量比修改为1∶2000。
对比例4
采用与实施例4相同的治理方法，但将步骤(4)改性活性炭修改为常见活性炭，并且去掉秸秆纤维。
实验例
对实施例1-5，对比例1-4抽提出的地下水及出水口输出的水分别进行重金属Pb、Cd、Cr浓度测量并计算去除率；实验结果如表1。
去除率的计算方式为：(抽提地下水重金属浓度-出水口重金属浓度)/抽提地下水重金属浓度
根据GB18466-2005第一类污染物最高允许排放最高浓度可知，砷最高允许排放浓度为0.5mg/L，镉最高允许排放浓度为0.1mg/L，铬最高允许排放浓度为1.5mg/L，铅最高允许排放浓度为1.0mg/L，汞最高允许排放浓度为0.05mg/L。
表1重金属去除率
根据表1可知，利用本发明的技术方案可以显著降低地下水中含有的多种高浓度的重金属离子，使其达到符合我国第一类污染物允许排放的浓度。
本发明所提供的技术方案可以将砷的去除率保持在99.58％～99.78％；将镉的去除率保持在99.9％～99.95％；将铬的去除率保持在97.33％～99.47％；将铅的去除率保持在98.91％～99.36％；将汞的去除率保持在99.94％～99.98％。
而根据对比例1-4的实验结果可知，如果对本发明所提供的技术方案进行修改，包括将治理步骤删改、治理方式修改、使用材料修改均难以获得符合国家排放标准的地下水，也难以获得优异的去除率。

Claims (10)

1.一种高含量重金属离子地下水治理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)对地下水进行探测，通过水质监测确定高含量重金属重污染区域；
(2)在重金属污染区域的上游打井，井深接触水源面；用水泵从上游水井中抽出污染废水到地面沉淀池；
(3)将步骤(2)所述的废水升温至20～25℃，加入黄原酸酯，搅拌反应20～30min，待水温降至常温后加入复合絮凝剂，沉淀反应40～60min；所述复合絮凝剂包括以下组分：按重量份数计，硅藻土15～20份、壳聚糖40～45份、聚合氯化铝10～20份、聚合硫酸铁15～20份、去离子水2100～2200份；所述黄原酸酯与废水体积比为：1:400～500；所述复合絮凝剂与废水质量比为1:2500～5000；
(4)将步骤(3)所得废水进行过滤；所述过滤材料包括聚丙烯酸酯10-15份、改性活性炭15-20份、秸秆纤维8-20份；
(5)将步骤(4)所得地下水进行采用阳离子树脂进一步进行离子交换，交换后由出水口送出。
2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述硅藻土17～19份、壳聚糖42～44份、聚合氯化铝15～18份、聚合硫酸铁17～20份、去离子水2150～2190份。
3.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述硅藻土18份、壳聚糖43份、聚合氯化铝17份、聚合硫酸铁18份、去离子水2170份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的治理方法，其特征在于，所述复絮凝剂的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量份数称取各种材料；
(2)向搅拌机中加入去离子水，在一定温度下，按顺序加入聚合氯化铝、聚合硫酸铁、硅藻土、壳聚糖，保证加入过程中每种材料搅拌融化均匀后加入下一材料。
5.根据权利要求4所述的治理方法，其特征在于，步骤(2)所述温度为30～40℃。
6.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于，所述纳米改性活性炭为将活性炭、HCl进行混合改性浸泡4～5h，烘干后加入聚环氧氯丙烷、硝酸浸渍2～3h，再次搅拌烘干后制得。
7.根据权利要求6所述的治理方法，其特征在于，所述活性炭与HCl的固液比为2～4∶1。
8.根据权利要求7所述的治理方法，其特征在于，所述活性炭与聚环氧氯丙烷、硝酸的固液比为3～5:1；所述聚环氧氯丙烷、硝酸的的体积比为3:8。
9.根据权利要求8所述的治理方法，其特征在于，所述HCl的质量浓度为10％。
10.根据权利要求9所述的治理方法，其特征在于，所述硝酸的质量浓度为12％。
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