CN112573701B - 一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，属于废水处理技术领域。该方法首先检测复合废水中重金属种类和浓度，检测废水的pH值，并将废水的pH值调节至3，再向废水中投加200目木质粉末活性炭，优先吸附去除Pb，然后继续调节废水pH值为4，吸附反应继续进行，Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除，再次调节pH值至6，进行第三阶段吸附反应，Cd、Zn被吸附去除，最后过滤废水，废水满足重金属排放标准，过滤后的活性炭进行洗涤解吸以重复利用。本发明采用分段吸附方式，使不同重金属在最佳pH条件下进行去除，处理效果好，水中多种重金属能同时达标，并且活性炭吸附性能稳定，操作简便，无二次污染问题。

Description

一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是指一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法。
背景技术
近年来，随着我国工业的快速发展，金属冶炼、机械加工、化工处理、矿山开采等行业在生产过程中产生的重金属废水日益增多，并且多数情况下废水中同时含有Pb、Cu、Zn、Cd、Hg、Cr(Ⅵ)等多种重金属，即为复合重金属废水。这些复合重金属废水如果不经处理就直接排放到水环境中，不仅会对水中的动植物产生直接危害，更会对人类健康乃至整个生态系统造成巨大的不良影响。因此，亟需对复合重金属废水进行净化处理，使其中多种重金属浓度同时降至国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值以下。
常见的复合重金属废水处理方法有物理化学法和生物法，其中生物法是利用微生物或微生物产生的代谢产物去除重金属，该方法筛选菌种周期较长，尚处于探索阶段。因此，目前主要采用物理化学法处理复合重金属废水。如公开号为CN109569530A的发明专利中提出一种吸附废水中重金属铅的复合吸附剂，通过改性海藻酸钙、活性炭、硅藻土、啤酒酵母泥和壳聚糖组合成的吸附剂去除水中的铅离子。虽然此吸附方法对重金属的去除效果好，但吸附剂成本较高，且吸附饱和后需要另行处理。公开号为CN103936105A的发明专利中提出一种用于处理工业废水的电化学方法，该方法以镁或镁合金为阳极，在电化学作用下产生高活性氢氧化镁，能同时吸附去除废水中的Zn、Cd、Cu、As等重金属。虽然镁阳极电化学装置具有极板不易钝化、废渣量少的优点，但电化学方法耗电量大，成本较高，且我国发电主要依靠大量煤炭及其他化石燃料的火力发电方式，在发电过程中不可避免会造成一定的环境污染。因此，寻找一种能同时去除多种重金属、成本低廉、效果较好的复合重金属废水处理方法是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，能同时有效去除废水中的多种重金属，且操作简便，无二次污染问题。
该方法首先检测复合废水中重金属种类和浓度，检测废水的pH值，并将废水的pH值调节至3，再向废水中投加活性炭，优先吸附去除Pb，过滤后继续调节废水pH值为4，吸附反应继续进行，Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除，过滤后再次调节pH值至6，进行第三阶段吸附反应，Cd、Zn被吸附去除，最后过滤废水，废水满足重金属排放标准，过滤后的活性炭进行洗涤解吸以重复利用。
具体包括步骤如下：
(1)检测复合废水中重金属种类和浓度；
(2)检测废水的pH值，并投加无机碱将废水的pH值调节至3；
(3)向废水中投加200目木质粉末活性炭，进行第一阶段的吸附反应，用于吸附去除Pb；
(4)过滤后向废水中投加无机碱，继续调节废水的pH值至4，投加200目木质粉末活性炭，吸附反应继续进行，Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除；
(5)过滤后向废水中投加无机碱，再次调节废水的pH值至6，投加200目木质粉末活性炭，进行第三阶段吸附反应，Cd、Zn被吸附去除；
(6)吸附完成后，对废水进行过滤，废水满足重金属排放标准，达标排放；
(7)过滤后的活性炭进行洗涤解吸处理，重复利用活性炭并回收重金属。
步骤(1)中重金属主要以Pb、Cu、Zn、Cd、Cr(Ⅵ)为典型代表，为工业废水中常见的重金属种类。
步骤(3)中活性炭投加量为m1＝1280×CPb，单位为mg/L，其中，m1为步骤(3)中活性炭投加量，CPb为强酸性复合重金属废水中Pb离子的浓度。
步骤(4)中活性炭投加量为m2＝160×CCu+32×CCr+25×COD，单位为mg/L，其中，m2为步骤(4)中活性炭投加量，CCu为强酸性复合重金属废水中Cu离子的浓度，CCr为强酸性复合重金属废水中Cr离子的浓度，COD为化学需氧量。
步骤(5)中活性炭投加量为m3＝32×CCd+32×CZn，单位为mg/L，其中，m3为步骤(5)中活性炭投加量，CCd为强酸性复合重金属废水中Cd离子的浓度，CZn为强酸性复合重金属废水中Zn离子的浓度。
步骤(2)中将废水pH值调节值3的原因是：通过试验研究得出，活性炭吸附法去除重金属的最佳pH值范围是：Pb的最佳pH值为3，Cu、Cr(Ⅵ)的最佳pH值为4，Cd、Zn的最佳pH值为6，因此，该步骤中将pH值调至3，用于去除废水中的Pb重金属。
步骤(3)中向废水中投加活性炭，吸附时间为60min，其原因如下：通过试验研究得出，活性炭吸附法去除Cu的吸附平衡时间为20min，Pb、Zn、Cd的吸附平衡时间为60min，Cr的离子吸附平衡时间为120min，因此，该步骤中吸附时间为60min，以去除废水中的Pb。
步骤(4)中向废水中投加无机碱，继续调节废水的pH值至4，吸附反应时间为120min，用于去除废水中的Cu、Cr(Ⅵ)。
步骤(5)中向废水中投加无机碱，再次调节废水的pH值至6，吸附反应时间为60min，废水中剩余的Cd、Zn被吸附去除。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1.本发明选择了活性炭作为吸附剂，来源广泛，成本较低，不仅能达到较好的重金属去除效果，还能降低处理的成本；
2.本发明采用分段吸附的方式，通过在不同阶段调节水体pH值，使不同重金属分别在其最佳pH条件和吸附时间下进行去除，从而提高处理速率，增强处理效果；
3.本发明能同时去除多种重金属，出水完全满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求；
4.本发明操作简便，无二次污染问题，易于工程应用。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法。
如图1所示，本方法首先检测复合废水中重金属种类和浓度，检测废水的pH值，并将废水的pH值调节至3，再向废水中投加活性炭，优先吸附去除Pb，过滤后继续调节废水pH值为4，吸附反应继续进行，Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除，过滤后再次调节pH值至6，进行第三阶段吸附反应，Cd、Zn被吸附去除，最后过滤废水，废水满足重金属排放标准，过滤后的活性炭进行洗涤解吸以重复利用。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
为更好的将此方法应用于工程实用中，优先进行实验室规模的试验，以提供切实可行的试验方案，根据实际废水中重金属浓度，在实验室配制复合重金属污水，为使处理出水满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求，现采用活性炭吸附处理方法，其具体步骤如下：
(1)配制复合重金属废水(Pb、Cu、Zn、Cd、Cr(Ⅵ))，配制浓度见表1所示；
(2)检测配制废水初始pH值为6，并投加硝酸将废水的pH值调节至3；
(3)向废水中投加64g/L的活性炭，进行第一阶段的吸附反应，吸附时间为60min，用于吸附去除废水中的Pb；
(4)过滤后向废水中投机无机碱，继续调节废水的pH值至4，投加4.8g/L活性炭,吸附时间为120min，废水中的Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除；
(5)过滤后向废水中投加无机碱，再次调节废水的pH值至6，投加10.16g/L活性炭，进行第三阶段的吸附反应，吸附时间为60min，废水中剩余的Cd、Zn被吸附去除；
(6)吸附完成后，对废水进行过滤，废水中残留的重金属浓度见表1所示，满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，能够达标排放；
(7)过滤后的活性炭进行洗涤解吸处理，进行重复利用，同时分别回收重金属。
表1
Figure BDA0002817953900000051
实施例2
天津某工业带重金属事故废水中含有多种重金属，为使处理出水满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定限值要求，现采用活性炭吸附处理方法，其具体步骤如下：
(1)检测复合重金属废水中的重金属种类和浓度，结果见表2所示；
(2)检测配制废水初始pH值为2.08，并投加无机碱将废水的pH值调节至3；
(3)向废水中投加64g/L的活性炭，进行第一阶段的吸附反应，吸附时间为60min，用于吸附去除水中的Pb；
(4)过滤后向废水中投机无机碱，继续调节废水的pH值至4，投加14.8g/L活性炭,吸附时间为120min，水中的Cu、Cr(Ⅵ)被吸附去除；
(5)过滤后向废水中投加无机碱，再次调节废水的pH值至6，投加10.16g/L活性炭，进行第三阶段的吸附反应，吸附时间为60min，废水中剩余的Cd、Zn被吸附去除；
(6)吸附完成后，对废水进行过滤，废水中残留的重金属浓度见表2所示，满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)，能够达标排放；
(7)过滤后的活性炭进行洗涤解吸处理，进行重复利用，同时分别回收重金属。
表2
Figure BDA0002817953900000061
本发明的技术方案针对金属冶炼、机械加工、化工处理、矿山开采等不同行业产生的复合重金属废水，将重金属活性炭吸附处理分成三个阶段，每个阶段内pH值均调节至最佳范围，从而将废水中的重金属全部去除，使出水达标排放，并可分步回收重金属。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，其特征在于：包括步骤如下：
（1）检测复合废水中重金属种类和浓度；
（2）检测废水的pH值，并投加无机碱将废水的pH值调节至3；
（3）向废水中投加200目木质粉末活性炭，进行第一阶段的吸附反应，用于吸附去除Pb；
（4）过滤后废水中投加无机碱，继续调节废水的pH值至4，投加200目木质粉末活性炭，吸附反应继续进行，Cu、Cr（Ⅵ）被吸附去除；
（5）过滤后废水中投加无机碱，再次调节废水的pH值至6，投加200目木质粉末活性炭，进行第三阶段吸附反应，Cd、Zn被吸附去除；
（6）吸附完成后，对废水进行过滤，废水满足重金属排放标准，达标排放；
（7）过滤后的活性炭进行洗涤解吸处理，重复利用并回收重金属；
所述步骤（3）中活性炭投加量为m1=1280×C Pb，单位为mg/L，其中，m1为步骤（3）中活性炭投加量，C Pb为强酸性复合重金属废水中Pb离子的浓度；
所述步骤（4）中活性炭投加量为m2=160×C Cu+32×C Cr+25×COD，单位为mg/L，其中，m2为步骤（4）中活性炭投加量，C Cu为强酸性复合重金属废水中Cu离子的浓度，C Cr为强酸性复合重金属废水中Cr离子的浓度，COD为化学需氧量；所述步骤（5）中活性炭投加量为m3=32×C Cd+32×C Zn，单位为mg/L，其中，m3为步骤（5）中活性炭投加量，C Cd为强酸性复合重金属废水中Cd离子的浓度，C Zn为强酸性复合重金属废水中Zn离子的浓度。
2.根据权利要求1所述的活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，其特征在于：所述步骤（1）中重金属包括Pb、Cu、Zn、Cd、Cr（Ⅵ）。
3.根据权利要求1所述的活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，其特征在于：所述步骤（3）中吸附时间为60min。
4.根据权利要求1所述的活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，其特征在于：所述步骤（4）中吸附反应时间为120min。
5.根据权利要求1所述的活性炭吸附处理强酸性复合重金属废水的方法，其特征在于：所述步骤（5）中吸附反应时间为60min。
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