CN109772259A - 利用电镀污泥处理电镀废水的方法和重金属离子吸附剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了利用电镀污泥处理电镀废水的方法和重金属离子吸附剂。其中，处理电镀废水的方法包括：将电镀污泥与电镀废水混合，利用所述电镀污泥吸附所述电镀废水中的重金属离子。该处理电镀废水的方法以电镀污泥作为吸附剂吸附电镀废水中的重金属离子，吸附效果好，且实现以废治废，具有显著的经济效益和环境效益。

Description

利用电镀污泥处理电镀废水的方法和重金属离子吸附剂

技术领域

本发明涉及工业废物处理领域，具体而言，本发明涉及利用电镀污泥处理电镀废水的方法和重金属离子吸附剂。

背景技术

目前，电镀废水处理最常用的方法为化学沉淀法，即通过添加碱(氢氧化钠、氢氧化钙等)使电镀废水中的重金属离子沉淀，得到电镀污泥和处理后的废水。电镀污泥属于危险废物，含有大量Cu、Ni、Fe、Cr等重金属物质，如果处置不当，其内含有的大量重金属物质会进入自然环境，对环境造成很大的破坏，进而影响人类健康。国内外常用的电镀污泥处理方法是直接将电镀污泥作为危废固化填埋，费用昂贵。在对电镀污泥进行填埋处置之前，必须先对其进行固化稳定处理。

另外，吸附法也可用来吸附回收电镀废水中的重金属离子。常用的重金属吸附剂包括树脂、活性炭、壳聚糖以及各种改性矿物和有机物材料。高效吸附剂通常需要再生重复使用，如树脂是高效的重金属吸附剂，但存在价格昂贵、再生复杂等问题。如果不再生，吸附重金属后的吸附剂就是危险废物，处置费用高。

综上所述，沉淀法处理电镀废水产生的电镀污泥是危废，而吸附法处理重金属通常是外加吸附材料，也会产生危废。因而，现有的处理电镀废水的方法仍有待改进。。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出利用电镀污泥处理电镀废水的方法和重金属离子吸附剂。该处理电镀废水的方法以电镀污泥作为吸附剂吸附电镀废水中的重金属离子，吸附效果好，实现了以废治废，具有显著的经济效益和环境效益。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用电镀污泥处理电镀废水的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将电镀污泥与电镀废水混合，利用所述电镀污泥吸附所述电镀废水中的重金属离子。由此，该方法利用工业废弃物电镀污泥作为吸附剂吸附电镀废水中的重金属离子，电镀污泥原料成本极低，且对电镀废水中的金属离子具有显著优于现有商业吸附剂的吸附效果，处理后废水可以达标排放，从而达到了以废治废的目的。

另外，根据本发明上述实施例的处理电镀废水的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述电镀污泥包括：Fe、Cu、Ni、Cr和Ca。

在本发明的一些实施例中，所述重金属离子包括Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺和Pb²⁺中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述电镀污泥预先经过预处理，所述预处理包括：对所述电镀污泥进行烘干和筛分。

在本发明的一些实施例中，所述烘干在50～80℃进行。

在本发明的一些实施例中，所述筛分采用100～200目筛进行。

在本发明的一些实施例中，所述电镀污泥预先经过预处理，所述预处理包括：对所述电镀污泥进行煅烧处理。

在本发明的一些实施例中，所述煅烧处理在300～600℃下进行1～3h完成。

在本发明的一些实施例中，所述煅烧处理在无氧条件下进行。

在本发明的一些实施例中，所述煅烧处理在有氧条件下进行。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种重金属离子吸附剂。根据本发明的实施例，该重金属离子吸附剂包括：电镀污泥。由此，该重金属离子吸附剂以工业废物作为吸附活性组分，原料成本极低，且可实现以废治废，同时对金属离子的吸附效果显著优于现有商业吸附剂。

在本发明的一些实施例中，所述重金属离子吸附剂进一步包括：烘干后电镀污泥或煅烧后电镀污泥。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是实施例1中电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺的吸附动力学图；

图2是实施例1中电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺的吸附等温线图；

图3是实施例1中电镀污泥(ES)与市售煤质活性炭(CAC)、强酸型树脂(D001)、弱酸型树脂(D113)、鳌合型树脂(D463)对电镀废水中Ni²⁺的吸附量比较；

图4是实施例2中500℃无氧煅烧电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺的吸附动力学图；

图5是实施例2中500℃无氧煅烧电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺的吸附等温线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

利用电镀污泥处理电镀废水的方法

在本发明的一个方面，本发明提出了一种利用电镀污泥处理电镀废水的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将电镀污泥与电镀废水混合，利用电镀污泥吸附电镀废水中的重金属离子。

发明人发现，目前大多数电镀污泥直接用于填埋，不仅造成资源浪费，而且处理成本较高。废弃的电镀污泥可高效吸附去除电镀废水中的重金属离子，吸附效果比传统的商业吸附剂高，并且可以以废治废，因此对电镀污泥的资源化再利用具有重要的意义。此外，目前电镀废水的处理方法均是加大量的碱进行沉淀，消耗大量试剂，处理成本较高，用电镀污泥直接处理电镀废水，不仅可以降低电镀废水的处理成本，而且可以将废弃的电镀污泥变废为宝。

根据本发明的实施例，本发明用于处理电镀废水所采用的电镀污泥来源并不受特别限制，可以直接采用电镀企业通过化学沉淀法处理得到的电镀污泥。这里，需要说明的是，电镀企业一般会预先对出厂污泥进行脱水干化，使电镀污泥的含水率降至约75～80wt％，这种电镀污泥呈块状，可以直接用于与电镀废水混合吸附重金属离子。如果电镀污泥原料未经脱水干化，可以利用板框压滤机将液态污泥脱水干化至含水率约75～80wt％，以备后续使用。

根据本发明的一些实施例，上述电镀污泥包括：Fe、Cu、Ni、Cr和Ca。发明人发现，电镀污泥中的金属元素除主要以氢氧化物的形式存在外，还包括一定量的磷酸钙和有机质，组成十分复杂。金属表面含有大量的含氧官能团，电镀废水中的重金属离子很容易与电镀污泥中的含氧官能团结合，并且可与钙离子发生离子交换作用，从而达到利用电镀污泥吸附电镀废水中重金属离子的目的。

根据本发明的实施例，电镀污泥适于吸附的电镀废水中重金属离子的具体种类并不受特别限制。根据本发明的优选实施例，上述重金属离子包括Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺和Pb²⁺中的至少之一。发明人发现，电镀污泥对上述重金属离子的吸附效果更佳。

根据本发明的一些实施例，电镀污泥可以预先经过预处理，所述预处理包括：对电镀污泥进行烘干和筛分，以便得到烘干的电镀污泥。如前所述，含水率约75～80wt％的块状电镀污泥可以直接用于吸附电镀废水中的重金属离子，而通过对电镀污泥进行烘干，可以进一步降低电镀污泥中的含水量，从而进一步提高电镀污泥对电镀废水中重金属离子的吸附效果。根据本发明的一些实施例，经过烘干的电镀污泥中含水率为30～50％。进一步地，对经过烘干的电镀污泥进行筛分，选择目标粒度的电镀污泥用于处理电镀废水。

根据本发明的一些实施例，上述烘干可以在50～80℃进行，例如50℃、60℃、70℃或80℃。通过在以上温度下对电镀污泥进行烘干，可以有效除去电镀污泥中的水分。如果烘干温度过高，可能会使电镀污泥中的主要组分由氢氧化物变为金属氧化物。

根据本发明的一些实施例，上述筛分可以采用100～200目筛进行，例如100目筛、120目筛、150目筛、180目筛或是200目筛。由此筛分得到的电镀污泥粒度适宜，比表面积大，对电镀废水中重金属离子的吸附效果更佳。

根据本发明的一些实施例，电镀污泥预先经过预处理，所述预处理包括：对电镀污泥进行煅烧处理，以便得到煅烧后污泥。如前所述，含水率约75～80wt％的块状电镀污泥可以直接用于吸附电镀废水中的重金属离子，而通过对电镀污泥进行煅烧处理，可以有效地将电镀污泥中游离的金属离子进行固化，从而有效减少使用过程中电镀污泥中金属离子的溶出，使煅烧改性后的电镀污泥对环境更为友好。在一些实施例中，煅烧处理之前，可先将电镀污泥在50～80℃下烘干，并过100～200目筛。

根据本发明的一些实施例，煅烧处理可以在300～600℃下进行1～3h完成，煅烧温度例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃或600℃，煅烧时间例如1h、1.5h、2h、2.5h或3h。发明人发现，煅烧温度过高或时间过长会造成电镀污泥对重金属离子的吸附能力下降，这可能是由于电镀污泥中的有机组分含量降低而导致。。

根据本发明的一些实施例，上述煅烧处理可以在无氧条件下进行，无氧条件可以通过向煅烧体系中通入惰性气体(例如N₂、Ar等)来实现。通过在无氧条件下对电镀污泥进行煅烧，可以将污泥中复杂的有机组分碳化得到含碳与金属氧化物复合的吸附剂，从而进一步拓宽电镀污泥作为吸附剂的应用范围。

根据本发明的一些实施例，上述煅烧处理也可以在有氧条件下进行，具体的，将干燥的电镀污泥在煅烧设备(例如马弗炉)空气氛围中直接煅烧。通过在有氧条件下对电镀污泥进行煅烧，可以得到以金属氧化物为主的吸附剂。

根据本发明的一些实施例，上述电镀废水的pH值可以为5.0～8.0。具体的，在利用电镀污泥对电镀废水中的重金属离子进行吸附之前，可以预先调节电镀废水的pH值至上述范围，由此，可以进一步保证电镀废水中的重金属离子不发生沉淀，且电镀污泥中的金属不容易析出。

重金属离子吸附剂

在本发明的另一方面，本发明提出了一种重金属离子吸附剂。根据本发明的实施例，该重金属离子吸附剂包括：电镀污泥。由此，该重金属离子吸附剂以工业废物作为吸附活性组分，原料成本极低，且可实现以废治废，同时对重金属离子的吸附效果显著优于现有商业吸附剂。

根据本发明的一些实施例，上述电镀污泥为电镀企业通过化学沉淀法处理电镀废水得到的污泥，其中包含Fe、Cu、Ni、Cr和Ca。电镀污泥中的金属元素除主要以氢氧化物的形式存在外，还包括一定量的磷酸钙和有机质，组成十分复杂。金属表面含有大量的含氧官能团，待吸附重金属离子的废水中的重金属离子很容易与电镀污泥中的含氧官能团结合，并且可与钙离子发生离子交换作用，从而达到利用电镀污泥吸附废水中重金属离子的目的。

根据本发明的一些实施例，上述重金属离子吸附剂还可以进一步包括：烘干后电镀污泥或煅烧后电镀污泥。

根据本发明的一些实施例，上述烘干后电镀污泥按照下列步骤制备得到的：将电镀企业通过化学沉淀法处理电镀废水得到的污泥在50～80℃下进行烘干，并对所得产品过100～200目筛获得。

根据本发明的一些实施例，上述煅烧后污泥按照下列步骤制备得到：将电镀企业通过化学沉淀法处理电镀废水得到的污泥在50～80℃下进行烘干，并对所得产品过100～200目筛；然后在300～600℃下有氧或无氧煅烧1～3h获得。

另外，需要说明的是，前文“利用电镀污泥处理电镀废水的方法”部分中针对“电镀污泥”、“烘干后电镀污泥”和“煅烧后电镀污泥”所描述的特征和优点同样适用于该重金属离子吸附剂，在此不再一一赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

实施例1

从电镀污水处理站取得的电镀污泥已预先经过脱水干化，含水率为75～80wt％，利用该电镀污泥吸附电镀废水中的重金属离子，电镀废水水质参数如表1。

以电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺为例进行吸附实验研究，在吸附前先将电镀废水pH值调节到6.51，将电镀污泥与电镀废水混合，在150rpm条件下震荡，间隔一定时间取样过滤，用原子吸收法分析溶液中镍的浓度，获得吸附动力学图如图1所示，另外通过加入不同量的电镀污泥，在150rpm条件下震荡24h，用原子吸收法分析溶液中镍的浓度，获得吸附等温线图如图2所示。通过吸附等温线拟合，结果表明电镀污泥对电镀废水中镍的最大吸附量可达168mg/g。

在相同实验条件下比较电镀污泥(ES)与市售煤质活性炭(CAC)、市售强酸型树脂(D001)、市售弱酸型树脂(D113)以及市售鳌合型树脂(D463)对电镀废水中Ni²⁺的吸附效果，结果如图3所示，结果表明电镀污泥对电镀废水中Ni²⁺的吸附量高于现有的市售吸附剂。

实施例2

从电镀污水处理站取得的电镀污泥已预先经过脱水干化，含水率为75～80wt％。将经过脱水干化的电镀污泥在60℃下烘干，粉碎并过100目筛，然后在500℃氮气氛围中煅烧2h，煅烧过程中升温速率为10℃/min，得到改性电镀污泥。利用该改性电镀污泥吸附电镀废水中的重金属离子，电镀废水水质参数如表1。

以改性电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺为例进行吸附实验研究，在吸附前先将电镀废水pH值调节到6.50，将改性电镀污泥与电镀废水混合，在150rpm条件下震荡，间隔一定时间取样过滤，用原子吸收法分析溶液中镍的浓度，获得吸附动力学图如图4所示，另外通过加入不同量的改性电镀污泥，在150rpm条件下震荡24h，用原子吸收法分析溶液中镍的浓度，获得吸附等温线图如图5所示。通过吸附等温线拟合，结果表明该改性电镀污泥对电镀废水中镍的最大吸附量可达120mg/g。

实施例3

从电镀污水处理站取得的电镀污泥已预先经过脱水干化，含水率为75～80wt％。将经过脱水干化的电镀污泥在60℃下烘干，粉碎并过100目筛，然后在500℃马弗炉空气氛围中煅烧2h，煅烧过程中升温速率为10℃/min，得到改性电镀污泥。利用该改性电镀污泥吸附电镀废水中的重金属离子，电镀废水水质参数如表1。

以改性电镀污泥吸附电镀废水中Ni²⁺为例进行吸附实验研究，在吸附前先将电镀废水pH值调节到6.50。通过加入不同量的改性电镀污泥，在150rpm条件下震荡24h。通过吸附等温线拟合，结果表明该改性电镀污泥对电镀废水中镍的最大吸附量可达108mg/g。

表1电镀废水水质参数

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种利用电镀污泥处理电镀废水的方法，其特征在于，包括：

将电镀污泥与电镀废水混合，利用所述电镀污泥吸附所述电镀废水中的金属离子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀污泥包括：Fe、Cu、Ni、Cr和Ca。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述重金属离子包括Ni²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺、Cr²⁺和Pb²⁺中的至少之一。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀污泥预先经过预处理，所述预处理包括：对所述电镀污泥进行烘干和筛分；

任选地，所述烘干在50～80℃进行；

任选地，所述筛分采用100～200目筛进行。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀污泥预先经过预处理，所述预处理包括：对所述电镀污泥进行煅烧处理。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述煅烧处理在300～600℃下进行1～3h完成。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述煅烧处理在无氧条件下进行。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述煅烧处理在有氧条件下进行。

9.一种重金属离子吸附剂，其特征在于，包括：电镀污泥。

10.根据权利要求9所述的重金属离子吸附剂，其特征在于，进一步包括：烘干后电镀污泥或煅烧后电镀污泥。