CN111717954A - 一种重金属废水处理剂及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及废水处理技术领域，具体公开了一种重金属废水处理剂，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土20~30份、钠基膨润土15~25份、改性高岭土20~30份、甘蔗渣30~40份、氧化钙18~24份、氧化镁10~20份、淀粉黄原酸酯3~5份、聚合氯化铝2~3份。本发明还提供了重金属废水处理剂的处理方法。本发明的重金属废水处理剂由不同组分复配，含有多种活性基团，加入重金属废水中，与废水中的重金属进行吸附、络合、螯合、吸附、离子交换等物理化学反应，在各组分之间协同作用下，加快了对重金属的吸附沉降速度，减少了废水处理剂的使用量，有效去除废水中多种金属离子。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，特别涉及一种重金属废水处理剂及其处理方法。
背景技术
工业废水，指工艺生产过程中排出的废水和废液，其中含有随水流失的工业生产用料、中间产物、副产品以及生产过程中产生的污染物。工业废水造成的污染主要有：有机需氧物质污染、化学毒物污染、无机固体悬浮物污染、重金属污染等等，其中，重金属不能被生物降解，会在植物、动物体内富集，最后会进入人体，在人体内和蛋白质以及酶等发生强烈的相互作用，导致它们慢慢失活，也可能在人体中的某些器官中富集，造成慢性中毒，严重危害人类身体健康。重金属污染的来源广泛，包括电镀、钢铁、矿山开采、机械加工、有色金属冶炼等工业排放的废气、废料，化肥和农药的不合理使用的农业污染源，垃圾中废电池、废电器等生活污染源等等。重金属的来源和数量的不断增多，对自然环境和人类的健康也造成了越来越严重的威胁。因此，对重金属的处理已成为备受关注的问题。
目前最为常用、最为实用的重金属废水处理方法为添加重金属处理剂，现有的重金属废水多包含：铜、铬、镉、锌、镍等重金属离子，处理剂多采用硫化钠为主体的液体物质，由于硫的大量加入，且控制终点难度很大，导致最后排水中的硫超标，臭味增加。且对于需要后续降低COD生化系统的水处理体系，硫的大量加入更是对生化过程中菌的成活率和效用大大降低，严重阻碍了COD的达标处理。除对COD处理效果的影响外，其本身超标排放也会对外界水体造成危害也很大。其他一些重金属废水处理的处理剂，存在性质不稳定、处理药剂用量大、处理效果不理想、并且实际运行操作比较繁琐等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种重金属废水处理剂及其处理方法，从而克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供了一种重金属废水处理剂，包括以下组分：活化硅藻土20～30份、钠基膨润土15～25份、改性高岭土20～30份、甘蔗渣30～40份、氧化钙18～24份、氧化镁10～20份、淀粉黄原酸酯3～5份、聚合氯化铝2～3份。
优选的，上述重金属废水处理剂中，所述甘蔗渣经过改性处理，改性处理包括以下步骤：
(1)将甘蔗渣烘干粉碎成甘蔗渣粉末，将甘蔗渣粉末放入质量百分浓度为15～20％氢氧化钠溶液中，在40～60℃下浸泡4～6h，过滤、洗涤、烘干得到预处理的甘蔗渣粉末；甘蔗渣经碱处理，去除甘蔗渣中糖类、木质素和半纤维素，得到甘蔗渣纤维，同时使甘蔗渣纤维表面变得更为粗糙，增加比表面积提高吸附能力；
(2)将巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸充分混合得到混合液，将预处理的甘蔗粉末加入混合液中，在80～100℃下反应4～6h，过滤、洗涤，真空50～65℃下干燥得到改性甘蔗渣。通过巯基乙酸改性在甘蔗渣纤维素引入巯基，提高对重金属吸附性和吸附容量。
优选的，上述重金属废水处理剂中，所述步骤(2)，巯基乙酸、巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸的体积比为5:3～3.5:1～2:0.007～0.008。
优选的，上述重金属废水处理剂中，所述步骤(2)，甘蔗粉末的质量与混合液的体积比1:10～13。
优选的，上述重金属废水处理剂中，所述改性高岭土由以下方法制备而成：将高岭土在500～650℃下煅烧2～3h冷却至室温，然后与腐殖酸钠混合得到混合物，在混合物中加蒸馏水配制成悬浊液，调节悬浊液pH为5～7，超声处理3～4h，离心去除上清液，收集沉淀，洗涤、烘干，研磨成150～300目粉末，得到改性高岭土。高温煅烧去除高岭土表面和结构层间的分子水和有机质，增加比表面积，提高高岭土的吸附能力；将腐植酸吸附在高岭土上，改变了高岭土的表面性质，增加了吸附金属离子吸附点位，引入羧基、羟基、氨基和甲氧基等多种活性基团，提高了高岭土对重金属离子的吸附力，与金属离子配位络合作用。
优选的，上述重金属废水处理剂中，所述腐殖酸钠的质量为所述高岭土质量的0.5～2％，所述蒸馏水的加入量为所述混合物质量的10～20倍。
一种上述重金属废水处理剂的处理方法，处理的具体步骤为：将所述重金属废水处理剂加入重金属废水中，每1L重金属废水加入所述重金属废水处理剂2～6g，调节废水pH为5～7，搅拌混合0.5～1h，静置1～2h，经沉淀、过滤去除沉淀物，完成重金属废水处理。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明中的重金属废水处理剂由不同组分复配，含有多种活性基团，加入重金属废水中，与废水中的重金属进行吸附、络合、螯合、吸附、离子交换等物理化学反应，吸附、絮凝、沉淀去除废水中的重金属离子。在各组分之间协同作用下，加快了对重金属的吸附沉降速度，减少了废水处理剂的使用量，能够有效去除废水中的Cu2+、Cd2+、Pb2+等多种金属离子，处理效果好，处理后的废水能够达到排放标准。
2.本发明中的重金属废水处理剂稳性好，使用操作简单，直接加入到重金属废水中，条件易于控制，药剂用量较小，吸附絮凝能力强，沉降速度快，具有较高的应用价值。
3.本发明中的重金属废水处理剂不含硫化物，消除了采用硫化物处理废水产生的副作用。实现甘蔗渣的再利用、减少甘蔗渣被废弃的量，提高其使用价值；通过对甘蔗渣改性，提高对重金属吸附性和吸附容量。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
实施例1
一种重金属废水处理剂，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土25份、钠基膨润土20份、改性高岭土25份、甘蔗渣38份、氧化钙20份、氧化镁16份、淀粉黄原酸酯4份、聚合氯化铝2份。
硅藻土主要成分是硅酸质，表面有大量多级有序排列的微孔，比表面积大，吸附能力强，其Zeta电位较负，吸附正电荷的能力强。
膨润土的主要成分为蒙脱石，基本结构单元为两层硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成，由于发生同晶取代现象，八面体空隙中的Al3+被Mg2+置换，四面体空隙中的Si4+被Al3+代替，使结构层产生多余的负电荷，使得膨润土具有较强的吸附性和离子交换性。蒙脱石结构单元层边缘上由于Si-O-H键、Al-O-H键的断裂而带正电荷或者负电荷，使得膨润土可以吸附阴离子或者阳离子。
高岭土的晶体结构由-Si-O四面体层和-Al-(O，OH)八面体层构成，四面体和八面体之间共享氧原子形成高度有序的准二维片层，具有较大的比表面积。高岭石片层带负电性，能吸附水中带正电荷的离子和微粒。
甘蔗渣内部含有较多的化学官能团：羧基、羟基、氨基等，这些基团都可以有效地与重金属离子产生络合，从而达到吸附的效果，而且甘蔗渣本身具有多孔类的疏松结构，这更利于重金属离子的吸附。
氧化钙和氧化镁：与废水中的金属离子反应而迅速产生沉淀。
聚合氯化铝和淀粉黄原酸酯分别为无机絮凝剂、有机絮凝剂，聚合氯化铝具有大量多羟基络离子，能够强烈吸附悬浮微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使悬浮微粒凝聚；淀粉黄原酸酯含有多种活性基团，能够捕捉多种杂质颗粒，絮凝能力强。
本发明的重金属废水处理剂结合多种组分，集吸附、絮凝与沉淀一体，具有高效吸附与混凝沉淀的效果。
实施例2
一种重金属废水处理剂，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土25份、钠基膨润土20份、改性高岭土25份、甘蔗渣38份、氧化钙20份、氧化镁16份、淀粉黄原酸酯4份、聚合氯化铝2份。
其中，甘蔗渣经过改性处理，改性处理的具体步骤为：
(1)将甘蔗渣烘干粉碎成甘蔗渣粉末，将甘蔗渣粉末放入质量百分浓度为18％氢氧化钠溶液中，在60℃下浸泡4h，过滤、洗涤、烘干得到预处理的甘蔗渣粉末；
(2)将巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸充分混合得到混合液，巯基乙酸、巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸的体积比为5:3.5:2:0.008，将预处理的甘蔗粉末加入混合液中，甘蔗粉末的质量与混合液的体积比1:10，在100℃下反应4h，过滤、洗涤，真空60℃下干燥得到改性甘蔗渣。
改性高岭土由以下方法制备而成：将高岭土在600℃下煅烧2h冷却至室温，然后与腐殖酸钠混合得到混合物，腐殖酸钠的质量为高岭土质量的1％，在混合物中加10倍蒸馏水配制成悬浊液，调节悬浊液pH为5.5，超声处理4h，离心去除上清液，收集沉淀，洗涤、烘干，研磨成150～300目粉末，得到改性高岭土。
实施例3
一种重金属废水处理剂，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土30份、钠基膨润土15份、改性高岭土28份、甘蔗渣32份、氧化钙20份、氧化镁10份、淀粉黄原酸酯3份、聚合氯化铝3份。
其中，甘蔗渣经过改性处理，改性处理的具体步骤为：
(1)将甘蔗渣烘干粉碎成甘蔗渣粉末，将甘蔗渣粉末放入质量百分浓度为20％氢氧化钠溶液中，在40℃下浸泡6h，过滤、洗涤、烘干得到预处理的甘蔗渣粉末；
(2)将巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸充分混合得到混合液，巯基乙酸、巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸的体积比为5:3:1.5:0.0075，将预处理的甘蔗粉末加入混合液中，甘蔗粉末的质量与混合液的体积比1:12，在100℃下反应4h，过滤、洗涤，真空60℃下干燥得到改性甘蔗渣。
改性高岭土由以下方法制备而成：将高岭土在500℃下煅烧3h冷却至室温，然后与腐殖酸钠混合得到混合物，腐殖酸钠的质量为高岭土质量的0.5％，在混合物中加10倍蒸馏水配制成悬浊液，调节悬浊液pH为6，超声处理4h，离心去除上清液，收集沉淀，洗涤、烘干，研磨成150～300目粉末，得到改性高岭土。
实施例4
一种重金属废水处理剂，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土30份、钠基膨润土22份、改性高岭土25份、甘蔗渣37份、氧化钙18份、氧化镁16份、淀粉黄原酸酯5份、聚合氯化铝2份。
其中，甘蔗渣经过改性处理，改性处理的具体步骤为：
(1)将甘蔗渣烘干粉碎成甘蔗渣粉末，将甘蔗渣粉末放入质量百分浓度为15％氢氧化钠溶液中，在50℃下浸泡6h，过滤、洗涤、烘干得到预处理的甘蔗渣粉末；
(2)将巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸充分混合得到混合液，巯基乙酸、巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸的体积比为5:3.2:1.8:0.0078，将预处理的甘蔗粉末加入混合液中，甘蔗粉末的质量与混合液的体积比1:12.5，在80℃下反应6h，过滤、洗涤，真空50℃下干燥得到改性甘蔗渣。
改性高岭土由以下方法制备而成：将高岭土在500℃下煅烧3h冷却至室温，然后与腐殖酸钠混合得到混合物，腐殖酸钠的质量为高岭土质量的2％，在混合物中加15倍蒸馏水配制成悬浊液，调节悬浊液pH为7，超声处理4h，离心去除上清液，收集沉淀，洗涤、烘干，研磨成150～300目粉末，得到改性高岭土。
将本发明实施例1～4的重金属废水处理剂用于重金属废水处理，废水为模拟重金属废水，废水中含有Cu2+、Cr6+、Pb2+和Cd2+重金属离子，离子浓度分别为10mg/L、2.3mg/L、4.1mg/L、0.28mg/L。每1L废水加入2g重金属废水处理剂，调节废水pH至5.0，搅拌混合0.5h，静置1h，经沉淀、过滤去除沉淀物，完成重金属废水处理。检测处理后的废水中重金属离子浓度，计算重金属废水处理剂对废水中重金属离子的去除率，结果见表1。
从表1可知，经过本发明的重金属废水处理剂处理过的重金属废水符合标准GB18918-2002的排放标准，对Cu2+、Cr6+、Pb2+和Cd2+离子的去除率都在95％以上，说明本发明的重金属废水处理剂吸附絮凝能力强，沉降速度快，对重金属废水处理效果好。
表1各重金属废水处理剂对废水中重金属离子的去除效果
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种重金属废水处理剂，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：活化硅藻土20~30份、钠基膨润土15~25份、改性高岭土20~30份、甘蔗渣30~40份、氧化钙18~24份、氧化镁10~20份、淀粉黄原酸酯3~5份、聚合氯化铝2~3份。
2.根据权利要求1所述的重金属废水处理剂，其特征在于，所述甘蔗渣经过改性处理，改性处理包括以下步骤：
（1）将甘蔗渣烘干粉碎成甘蔗渣粉末，将甘蔗渣粉末放入质量百分浓度为15~20%氢氧化钠溶液中，在40~60℃下浸泡4~6h，过滤、洗涤、烘干得到预处理的甘蔗渣粉末；
（2）将巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸充分混合得到混合液，在80~100℃下反应4~6h，过滤、洗涤，真空50~65℃下干燥得到改性甘蔗渣。
3.根据权利要求2所述的重金属废水处理剂，其特征在于，所述步骤（2），巯基乙酸、巯基乙酸、乙酸酐、乙酸和浓硫酸的体积比为5:3~3.5:1~2:0.007~0.008。
4.根据权利要求3所述的重金属废水处理剂，其特征在于，所述步骤（2），甘蔗粉末的质量与混合液的体积比1:10~13。
5.根据权利要求1所述的重金属废水处理剂，其特征在于，所述改性高岭土由以下方法制备而成：将高岭土在500~650℃下煅烧2~3h冷却至室温，然后与腐殖酸钠混合得到混合物，在混合物中加蒸馏水配制成悬浊液，调节悬浊液pH为5~7，超声处理3~4h，离心去除上清液，收集沉淀，洗涤、烘干，研磨成150~300目粉末，得到改性高岭土。
6.根据权利要求5所述的重金属废水处理剂，其特征在于，所述腐殖酸钠的质量为所述高岭土质量的0.5~2%，所述蒸馏水的加入量为所述混合物质量的10~20倍。
7.一种如权利要求1~4任一项所述的重金属废水处理剂的处理方法，其特征在于，处理的具体步骤为：将所述重金属废水处理剂加入重金属废水中，每1L重金属废水加入所述重金属废水处理剂2~6g，调节废水pH为5~7，搅拌混合0.5~1h，静置1~2h，经沉淀、过滤去除沉淀物，完成重金属废水处理。
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