CN111573882A

CN111573882A - 一种水体重金属深度去除的工艺

Info

Publication number: CN111573882A
Application number: CN202010300215.0A
Authority: CN
Inventors: 孙伟; 江锋; 胡岳华; 唐鸿鹄; 王丽; 岳彤; 韩海生; 石通杉
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明公开了一种水体重金属深度去除的工艺。首先在含有少量重金属离子的水体中加入20～50mg/L的三价铁离子，随后加入0.1％～0.5％的弱碱性强氧化剂，搅拌0.5～1h后静置6～12h，抽取上层液过填满活性微球的吸附柱，即得到去除重金属离子后的净化水。本发明通过三价铁离子在形成氢氧化铁过程中对重金属离子进行共沉淀，再采用活性微球吸附水体中残留的微细粒氢氧化铁颗粒，实现重金属离子的深度净化。此方法具有成本低、工艺简单、活性材料可重复利用、绿色可持续等优点，适用于饮用水、地表水、工业废水等水体的重金属净化。

Description

一种水体重金属深度去除的工艺

技术领域

本发明属于水体重金属处理领域，具体涉及一种水体重金属深度去除的工艺。

背景技术

水资源作为世界上的重要资源,更加是人类生存的基础。随着工业化时代的到来,使得水体的各种污染问题困扰着城市饮用水的质量。其中重金属是水体中最严重的污染物之一，由于其在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合还会生成毒性更大的有害物质。金属能引起人的头痛、头晕、失眠、关节疼痛、结石等；尤其对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤、骨骼、神经破坏极为严重。

目前针对水体重金属的去除技术主要集中在前段处理，即从高浓度到低浓度，然而处理后的水体中的重金属含量通常远远高于饮用水标准，排放后仍会对生态产生严重影响。为了达到重金属离子的深度处理，目前通常采用滤膜处理法，然而该方法存在处理成本高，出水量小、滤膜更换周期频繁，滤膜无法循环使用等问题，无法适用于工业生产。因此，开发一种工艺简单、成本低廉、效率高、去除能力强的重金属深度去除工艺具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种低成本、高效率的水体重金属深度去除的工艺。

为实现上述目的，本发明一种水体重金属深度去除的工艺，包括以下步骤：

步骤一：

将可溶性三价铁盐加入到含有重金属离子的水体中，充分搅拌至其完全溶解在水体中；获得含三价铁盐的水体，

步骤二：

在步骤一所得含三价铁盐的水体中加入弱碱性强氧化剂，搅拌一定时间后静置；

步骤三：

将步骤二所得静置后的水体上层液过填满活性微球的吸附柱，滤液即为去除重金属离子后的净化水。

优选的方案，步骤一中，所述含有重金属离子的水体中重金属的总含量为1～20mg/L。

在实际操作过程中，若水体重金属含量大于20mg/L，采用聚合硫酸铁对水体进行预处理。

优选的方案，步骤一中，所述可溶性三价铁盐选自硫酸铁、水合硫酸铁、氯化铁、六水合氯化铁中的至少一种，

优选的方案，步骤一中，所述含三价铁盐的水体中，Fe³⁺的质量浓度为10～100mg/L，优选为20～50mg/L。

优选的方案，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂选自可溶性次氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐中的至少一种。

进一步的优选，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂选自次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸钙、过硫酸钠、过硫酸钾中的至少一种。

优选的方案，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂的加入量为含三价铁盐的水体质量的0.05％～1％，优选为0.1％～0.5％。

优选的方案，步骤二中，所述搅拌时间为0.5～1h，静置时间为1～72h，优选为6～12h。

其中，步骤三中，所述活性微球为负载纳米二氧化锰的多孔材料。

进一步的优选，步骤三中，所述活性微球为负载纳米二氧化锰的多孔硅球、负载纳米二氧化锰的多孔海砂、负载纳米二氧化锰的多孔陶粒中的至少一种。

优选的方案，步骤三中，所述活性微球的尺寸为10～100μm，优选为30～50μm。

本发明的有益效果：

本发明通过氧化剂的弱碱性将三价铁离子缓慢形成氢氧化铁，反应过程中对重金属离子产生充分的共沉淀作用，实现了重金属离子的深度去除，反应温和、简单，对设备及场地的要求低。

本发明采用弱碱性强氧化剂一方面为氢氧化铁生成提供了氢氧根离子，另一方面对水体中的有机物进行降解，不仅可以对有机物配位的重金属离子实现进一步去除，还可以降低水体的COD。

本发明采用活性微球吸附水体中残留的微细粒氢氧化铁颗粒，避免了被微细粒氢氧化铁包覆的重金属离子的残留，同时大幅缩减了静置时间，提高了生产效率。

本发明中的活性微球为负载纳米二氧化锰的多孔材料，发明人意外的发现，负载纳米二氧化锰的多孔材料对于微细粒氢氧化铁颗粒具有非常优异的吸附能力，可以除净水中的残留的微细粒氢氧化铁颗粒。另外活性微球吸附饱和后可采用简单的反冲洗工艺即可实现再生利用。

本发明提供的一种水体重金属深度去除的工艺，处理对象广泛，能深度去除大部分常见的重金属离子。

本发明仅添加少量的三价铁盐及弱碱性强氧化剂即可实现对水体重金属离子的深度去除，具有成本低、工艺简单、活性材料可重复利用、绿色可持续等优点。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，而非限制本发明。

具体实施方式

以下结合实施例子再进一步说明本发明，而非限制本发明。

实施例1

处理对象为实验室模拟污水，水中含As 9.95mg/L。

步骤一：

取50ml实验室模拟污水，加入87mg/L的氯化铁(Fe³⁺含量为30mg/L)，搅拌至完全溶解；

步骤二：

添加0.15％的次氯酸钠，搅拌0.5h后静置8h；

步骤三：

将静置后的上层液过填满活性微球(负载纳米二氧化锰的多孔硅球，粒度37μm)的吸附柱，底部获得的滤液即为净化水。

经检测，处理后的净化水中As含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

实施例2

处理对象为实验室模拟污水，水中含Sb 5.32mg/L，含Pb 12.17mg/L。

步骤一：

取50ml实验室模拟污水，加入125mg/L的硫酸铁(Fe³⁺含量为35mg/L)，搅拌至完全溶解；

步骤二：

添加0.3％的高氯酸钠，搅拌1h后静置10h；

步骤三：

将静置后的上层液过填满活性微球(负载纳米二氧化锰的多孔海砂，粒度45μm)的吸附柱，底部获得的滤液即为净化水。

经检测，处理后的净化水中Sb含量为0.005mg/L，Pb含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

实施例3

处理对象为实验室模拟污水，水中含Cd 4.52mg/L，含Hg 2.18mg/L。

步骤一：

取50ml实验室模拟污水，加入96mg/L的六水合氯化铁(Fe³⁺含量为20mg/L)，搅拌至完全溶解；

步骤二：

添加0.2％的过硫酸钠，搅拌0.8h后静置12h；

步骤三：

将静置后的上层液过填满活性微球(负载纳米二氧化锰的多孔陶粒，粒度50μm)的吸附柱，底部获得的滤液即为净化水。

经检测，处理后的净化水中Cd含量<0.001mg/L，Hg含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

实施例4

处理对象为实验室模拟污水，水中含Cu 5.13mg/L，含Zn 5.84mg/L，Mn5.33mg/L。

步骤一：

取50ml实验室模拟污水，加入145mg/L的六水合氯化铁(Fe³⁺含量为30mg/L)，搅拌至完全溶解；

步骤二：

添加0.5％的次氯酸钾，搅拌1h后静置10h；

步骤三：

经检测，处理后的净化水中Cu含量<0.001mg/L，Zn含量<0.001mg/L，Mn含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

实施例5

处理对象为实验室模拟污水，水中含Mo 3.24mg/L，含Ni 10.11mg/L。

步骤一：

步骤二：

添加0.3％的高氯酸钾，搅拌0.5h后静置9h；

步骤三：

经检测，处理后的净化水中Mo含量<0.001mg/L，Ni含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

实施例6

处理对象为铜铅锌选矿厂尾矿库溢流水，水中含Cu 3.19mg/L，Pb 5.07mg/L，含Zn3.65mg/L，Mo 0.19mg/L，Fe 7.79mg/L。

步骤一：

取50ml尾矿库溢流水，加入145mg/L的氯化铁(Fe³⁺含量为50mg/L)，搅拌至完全溶解；

步骤二：

添加0.5％的高氯酸钠，搅拌0.5h后静置12h；

步骤三：

经检测，处理后的净化水中Cu含量<0.001mg/L，Pb含量<0.001mg/L，Zn含量<0.001mg/L，Mo含量<0.001mg/L，Fe含量<0.01mg/L。

对比例1

对实施例1中处理方法，其它操作参数按实施例1步骤，仅不添加氯化铁。最终得到的净化水中As含量为6.34mg/L。

对比例2

对实施例2中处理方法，其它操作参数按实施例2步骤，仅不添加高氯酸钠。最终得到的净化水中Sb为1.12mg/L，Pb含量为1.75mg/L。

对比例3

对实施例3中处理方法，其它操作参数按实施例3步骤，仅不过吸附柱。最终得到的净化水中Cd含量为0.19mg/L，Hg含量为0.23mg/L，Fe含量为1.58mg/L。

对比例4

对实施例6中处理方法，其它操作参数按实施例6步骤，仅是步骤二中将所添加的0.5％的高氯酸钠替换为添加0.5％的氢氧化钠，处理后的净化水中Cu含量为2.01mg/L，Pb含量为3.18mg/L，Zn含量为1.96mg/L，Mo含量为0.15mg/L，Fe含量为1.44mg/L。

结果表明，由于添加氢氧化钠导致氢氧化铁絮状沉淀形成速度加快，对重金属的共沉淀作用时间变短，因此无法达到深度去除的效果。

对比例5

对实施例6中处理方法，其它操作参数按实施例6步骤，仅是步骤二中将所添加的0.5％的高氯酸钠替换为缓慢添加氢氧化钠到pH为4，处理后的净化水中Cu含量为0.85mg/L，Pb含量为1.06mg/L，Zn含量为0.67mg/L，Mo含量为0.10mg/L，Fe含量为0.88mg/L。

结果表明，缓慢添加氢氧化钠可以将氢氧化铁絮状沉淀的形成时间延长，因此可以相对于对比例4可以使重金属离子的去除效果有所加强，但是由于缓慢添加的反应是依赖于人为控制，事实上由于氢氧化钠本身的强碱性，因此将氢氧化钠滴入时仍属于快速反应过程，这种快速反应过程，仍然会影响到重金属离子的去除效果，另外由于水体中存在一些含有重金属的有机物，仅添加氢氧化钠也无法对其进行降解，导致无法去除。

对比例6

对实施例6中处理方法，其它操作参数按实施例6步骤，仅是步骤二中将所添加的0.5％的高氯酸钠替换为0.5％的双氧水，处理后的净化水中Cu含量为1.62mg/L，Pb含量为2.28mg/L，Zn含量为1.49mg/L，Mo含量为0.17mg/L，Fe含量为12.35mg/L。

结果表明，将弱碱性强氧化剂替换为双氧水后，虽然可以对有机物进行降解，然而无法为水体提供氢氧根离子，导致铁离子无法充分形成氢氧化铁沉淀，导致重金属离子的去除效果不佳。

对比例7

对实施例1中处理方法，其它操作参数按实施例1步骤，仅是活性微球为粒度37μm的多孔硅球(不负载纳米二氧化锰)；经检测，处理后的净化水中As含量为1.28mg/L，Fe含量为2.05mg/L。

结果表明，不负载纳米二氧化锰的多孔硅球对水体中残留的部分微细粒氢氧化铁沉淀没有有效的吸附作用，因此无法实现深度去除效果。

对比例8

对实施例1中处理方法，其它操作参数按实施例1步骤，仅是吸附柱为活性碳吸附柱，经检测，处理后的净化水中As含量为1.17mg/L，Fe含量为1.88mg/L。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：

步骤二：

步骤三：

2.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤一中，所述含有重金属离子的水体中重金属总含量为1～20mg/L。

3.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤一中，所述可溶性三价铁盐选自硫酸铁、水合硫酸铁、氯化铁、六水合氯化铁中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤一中，所述含三价铁盐的水体中，Fe³⁺的质量浓度为10～100mg/L，优选为20～50mg/L。

5.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂选自可溶性次氯酸盐、高氯酸盐、过硫酸盐中的至少一种。

6.根据权利要求5所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂选自次氯酸钠、次氯酸钾、次氯酸钙、高氯酸钠、高氯酸钾、高氯酸钙、过硫酸钠、过硫酸钾中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤二中，所述弱碱性强氧化剂的加入量为含三价铁盐的水体质量的0.05％～1％，优选为0.1％～0.5％。

8.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤二中，所述搅拌时间为0.5～1h，静置时间为1～72h，优选为6～12h。

9.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤三中，所述活性微球为负载纳米二氧化锰的多孔材料，优选为负载纳米二氧化锰的多孔硅球、负载纳米二氧化锰的多孔海砂、负载纳米二氧化锰的多孔陶粒中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的一种水体重金属深度去除的工艺，其特征在于，步骤三中，所述活性微球的尺寸为10～100μm，优选为30～50μm。