專利名稱：治理廢水新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種治理廢水新方法。具體地說，涉及一種被鎘(II)、鉛(II)、銅(II)、汞(II)、烷基汞(I)和銀(I)這些離子中的一種或多種離子所污染廢水的治理方法。
目前常用的治理此類廢水方法有三類第一類是廢水中重金屬離子經(jīng)化學(xué)反應(yīng)除去，具體的有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法、化學(xué)藥劑還原法、電化學(xué)還原法，反滲透法、電滲析法等；第二類是物理吸附法，有礦石吸附、溶劑萃取法、離子交換法；第三類是借助微生物或植物的吸收、積累、富集等作用去除廢水中的重金屬。這些方法都有不同程度的應(yīng)用，但都存在局限性或需要進(jìn)一步完善的地方?；瘜W(xué)沉淀法是最常用的方法，但由于廢水的復(fù)雜性，單一的沉淀法難以達(dá)到排放或回用要求，一般多作為廢水的預(yù)處理；電化學(xué)還原法，反滲透法、電滲析法固定資產(chǎn)投資較大，能量消耗高。對于一般吸附法，吸附材料主要為礦石類，如磷礦巖、斜法沸石、大洋多結(jié)核礦、膨潤土等，主要缺陷有吸附時(shí)間長，吸附容量不高，去除率偏低，有的很難再生。樹脂材料主要有凝膠型和大孔型，前者選擇性強(qiáng)，但吸附容量低，大多吸附速度慢，后者無選擇性，對廢水的預(yù)處理要求較高，因?yàn)槿菀字卸?，一般再生劑耗量大，所以離子交換劑的再生及再生液的處理也是一個(gè)難以解決的問題。生物材料如菌體、藻類、甲殼素、淀粉類等，需要較長的接觸時(shí)間，有的在濃度較高時(shí)產(chǎn)生中毒。目前所發(fā)現(xiàn)的生物材料難以達(dá)到滿意的處理效果；生物絮凝法主要利用微生物或微生物產(chǎn)生的新陳代謝物，選擇性差，鐵、鈣、鋁、硫酸根離子對絮凝效果有很大的影響；萃取法有溶劑萃取和液膜分離法，溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大，水相酸度控制嚴(yán)，目前應(yīng)用還存在很大限制。
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的弊端，提供一種處理設(shè)備簡單、能量消耗低、日處理量大、使用材料可再生循環(huán)使用和治理費(fèi)用低、處理水中上述離子濃度大大低于國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的治理廢水新方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用堿化-沉淀分離-巰基纖維吸附工藝治理被鎘(II)、鉛(II)、銅(II)、汞(II)、烷基汞(I)和銀(I)等離子污染的廢水。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的1.廢水預(yù)處理-氫氧化鈉沉淀法含重金屬離子的水中加入0.1mol/L氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)水液pH至9.5±0.5，靜置4h。濾去沉淀物后再用0.05mol/L稀硫酸將濾液的pH返調(diào)至6.5±0.5。
2.固定床吸附(降流式)二根直徑0.32米，長3米的聚氯乙烯管串聯(lián)，每根管中放入200g巰基棉構(gòu)成巰基棉吸附柱。用水泵將經(jīng)預(yù)處廢水打入高位水槽，打開水槽閥使水液流入巰基棉吸附層，等水液淹沒并高出巰基棉表面，打開吸附柱旋塞，調(diào)節(jié)水槽閥和吸附柱的旋塞，使二者流量一致，保持流速8L/min左右，高位水槽不斷補(bǔ)充經(jīng)預(yù)處理廢水。按標(biāo)準(zhǔn)方法測定流出液中金屬離子的濃度，當(dāng)流出液中考察離子濃度接近國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對巰基棉進(jìn)行再生處理。
3.巰基棉的再生先用10L0.4mol/L稀鹽酸(吸附Hg2+、Ag+的巰基棉用氯化鈉飽和的3mol/L鹽酸)，再用20L自來水分別淋洗巰基棉吸附柱，流速2L/min左右。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的進(jìn)一步描述巰基棉(sulphydryl cotton fiber SCF)是由棉纖維上的羥基與巰基乙酸在乙酸酐和乙酸介質(zhì)中發(fā)生酯化反應(yīng)，生成的纖維素衍生物-巰基乙酸纖維素酯。含巰基1％的巰基棉應(yīng)用于分析化學(xué)，對水中多種微量元素進(jìn)行富集、分離已有二十多年的歷史，其特點(diǎn)是既能對重金屬定量吸附又可根據(jù)不同元素被結(jié)合強(qiáng)度不同，利用不同的洗脫液將共存金屬相互分離。
本發(fā)明采用巰基含量較高的巰基棉，組合化學(xué)沉淀法與巰基棉吸附法并將其運(yùn)用于治理被重金屬及烷基汞離子污染的廢水。將化學(xué)沉淀法與巰基棉吸附法組合的目的是對廢水進(jìn)行預(yù)處理，降低巰基棉負(fù)荷(降低再生頻率)，最大限度發(fā)揮巰基棉吸附速度快、離子去除率高的優(yōu)點(diǎn)。工業(yè)廢水用氫氧化鈉或碳酸鈉調(diào)節(jié)廢水pH至9～10，靜置、過濾，將金屬離子以氫氧化物或碳酸鹽形式沉淀，處理水中金屬離子大大降低，濾液用酸調(diào)正pH至5～7后再通過巰基棉吸附柱。
采用靜態(tài)吸附法，考察了溶液酸度對巰基棉飽和吸附量的影響。不同離子定量吸附允許酸度各不相同，在近中性(pH5～7)溶液中巰基棉對所試離子的吸附能力最大。這是由于巰基棉上的巰基在水中存在著巰基與巰基陰離子的離解平衡，巰基陰離子給出電子的能力大于巰基。在堿性介質(zhì)中，部分金屬離子發(fā)生水解成金屬含氧酸陰離子或形成氫氧化物沉淀。在強(qiáng)酸性介質(zhì)中巰基與氫離子締合形成陽離子而失去活性。
吸附操作條件—吸附溫度、流速對巰基棉飽和吸附量及水中離子去除率的影響不大，室溫下，流速8L/min，巰基棉對所試離子(M2+)的飽和吸附量大于0.2mol/kg SCF，動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)繪制的穿透曲線表明巰基棉的實(shí)際工作吸附量(吸附M2+)大于0.1mol/kg SCF。
采用摩爾比法和連續(xù)變化法測定巰基(-SH)與M2+作用物組成。測定結(jié)果，-SH與M2+的配比為2∶1。巰基棉靜態(tài)飽和吸附量稍高于此數(shù)值，說明其吸附主要為配位、鰲合，同時(shí)伴有物理吸附。
在10mg/L的金屬離子水溶液中加入水體中常見共存離子(濃度為環(huán)境水體中最高背景值的20倍)Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+、NH4+、Cl-、H2SiO3-、NO3-、SO42-、HCO3-作靜態(tài)吸附試驗(yàn)，測定巰基棉飽和吸附量。試驗(yàn)結(jié)果，巰基棉的選擇性很強(qiáng)，Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等金屬離子和所試陰離子不能被巰基棉吸附，這些離子對吸附容量沒有影響。
巰基棉上金屬離子的洗脫主要考慮兩方面因素1.巰基在水液中存在如下平衡R-S2-+2H+＝R-SH+H+＝R-SH2+，提高溶液酸度降低巰基給出電子的能力；2.利用配位體與金屬離子形成配陰離子改變電性封閉空軌道。對酸的種類、配陰離子、濃度選擇結(jié)果用10L0.4mol/L稀鹽酸淋洗吸附柱可將Cu2+、Pb2+、Cd2+、CH3Hg+順利洗脫，Hg2+、Ag+、用氯化鈉飽和的3mol/L鹽酸淋洗。巰基棉吸附、洗脫重復(fù)20次其飽和吸附量未見明顯降低。
治理被所述離子污染的廢水采用堿化-沉淀分離-巰基棉吸附，工藝路線短，處理水中離子濃度大大低于國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。本方法具有處理設(shè)備簡單、能量消耗低、吸附速度快、巰基棉可再生循環(huán)使用和處理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.治理廢水新方法，其特征在于治理廢水采用堿化-沉淀分離-巰基纖維吸附工藝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的治理廢水新方法，其特征還于治理方法為廢水中加入堿性調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)廢水pH至9～10，靜置、過濾。濾液用酸調(diào)整pH至5～7后流經(jīng)巰基纖維吸附柱，巰基纖維用酸性溶液淋洗再生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的治理廢水新方法，其特征還在于所述的巰基纖維為巰基乙酸或巰基丙酸與纖維素經(jīng)酯化、酸化、還原、水洗、干燥工序合成的天然高分子衍生物。巰基纖維中含巰基(W％)2％～10％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的治理廢水新方法，其特征還在于所述的廢水為被鎘(II)、鉛(II)、銅(II)、汞(II)、烷基汞(I)和銀(I)這些離子中的一種或多種離子污染的廢水。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的堿性調(diào)節(jié)劑，其特征還在于所述的堿性調(diào)節(jié)劑為無機(jī)堿或堿性氧化物、堿性無機(jī)鹽?？梢粤信e的無機(jī)堿有氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鎂、氫氧化鐵、氫氧化鋁；可以列舉的堿性氧化物有氧化鈣、氧化鎂；可以列舉的堿性無機(jī)鹽有碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸鎂、碳酸鋁、磷酸鈉、磷酸鉀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的酸性溶液，其特征還在于所述的酸性溶液為無機(jī)酸水溶液或含氯化鈉的無機(jī)酸水溶液?？梢粤信e的無機(jī)酸水溶液有鹽酸水溶液、硫酸水溶液、硝酸水溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種治理廢水新方法。廢水中加入堿調(diào)節(jié)廢水pH至9～10，靜置、過濾。濾液用酸調(diào)整pH至5～7后流經(jīng)巰基纖維吸附柱，去除廢水中鎘、鉛、銅、汞、烷基汞、銀等重金屬離子。巰基纖維用稀酸淋洗再生。本發(fā)明的特征是采用堿化—沉淀分離—巰基纖維吸附工藝，其優(yōu)點(diǎn)是工藝路線短、處理設(shè)備簡單、能量消耗低、吸附速度快、巰基纖維可再生循環(huán)使用和治理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。廢水經(jīng)治理后水中上述離子濃度大大低于國家廢水排放標(biāo)推。
文檔編號(hào)C02F1/62GK1579964SQ0314203
公開日2005年2月16日 申請日期2003年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月4日
發(fā)明者施文健, 彭孟成, 祝信賢 申請人:上海理工大學(xué)