河道重金屬污水的絮凝凈化劑及其制備方法和使用方法
【專利說明】河道重金屬污水的絮凝凈化劑及其制備方法和使用方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種河道重金屬污水的絮凝凈化劑及其制備方法和使用方法，配合電泳技術(shù)對于河道重金屬污染水系的污水治理，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]河道污水治理除物理治理之外，目前主要有以下幾種方法:
1、化學(xué)藥劑方法?；瘜W(xué)方法如混凝沉淀、加入化學(xué)藥劑殺藻、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀、加入石灰脫氮等方法。研究表明，這種方法對濁度、eoD、ss、TP去除效果較好，對TN、重金屬等也有一定的去除效果，日藥劑用量少。但該河道污水治理方法易造成二次污染。
[0005]2、生態(tài)一生物方法。生態(tài)一生物法主要包括河道曝氣復(fù)氧、生物膜法.生物修復(fù)法，土地處理法、水生植物凈化法等。
[0006]3、電化學(xué)處理法。電化學(xué)處理法包括電化學(xué)氧化還原、電凝聚、電氣浮、光電化學(xué)氧化、內(nèi)電解等方法。電化學(xué)法在污水處理中的應(yīng)用主要包括重金屬的去除與回收、生物難降解的有機(jī)污水處理、飲用水殺菌消毒以及與其他方法的聯(lián)合使用，較少用于河道污水治理。
[0007]4、碳納米管吸附法。原始的碳納米管對金屬離子的吸附能力是非常低的，通過硝酸，次氯酸鈉和高錳酸鉀氧化后會(huì)顯著提高。Wang等發(fā)表過，利用酸化的多壁碳納米管和多壁碳納米管對二價(jià)鉛進(jìn)行吸附，發(fā)現(xiàn)含氧官能團(tuán)對二價(jià)鉛的吸附發(fā)揮了重要的作用，形成復(fù)雜的化學(xué)吸附，這占了所有的二價(jià)鉛的吸附容量的75.3%左右。Pillay等調(diào)查了活性炭、功能化多壁碳納米管和多壁碳納米管這三種吸附劑對六價(jià)鉻吸附能力的差異。多壁碳納米管顯不對lOOppb ?谷液中的八價(jià)絡(luò)的最尚吸附能力尚達(dá)98%。這兩種功能化和非功能化的碳納米管表現(xiàn)出了比活性炭更為卓越的吸附能力。但是碳納米管的廣泛使用，最終會(huì)排放到水環(huán)境中會(huì)對人類構(gòu)成危害。研究了一種環(huán)境友好的吸附劑，測試了海藻酸鈣固定化的碳納米管(碳納米管/CA)以用于去除銅(Li等，2010)。碳納米管/CA對銅的吸附容量可以從初始的67.9mg/g到平衡濃度為5mg/L (《廢水中重金屬離子的去除(綜述)》，中國國家自然科學(xué)基金(N0.51008084)和廣東省自然科學(xué)基金(N0.9451009001002753))。但是碳納米管成本高，不利于應(yīng)用。
[0008]現(xiàn)在，已經(jīng)開始了利用水葫蘆、浮萍、金魚藻等水生植物進(jìn)行污水治理的研究。水葫蘆根系發(fā)達(dá)，吸收力強(qiáng)，能富集水中養(yǎng)分。鮮草含氮素0.24%、磷酸0.07%、氧化鉀0.11%、粗蛋白質(zhì)1.2%、粗脂肪0.2%、粗纖維1.1%、無氮浸出物2.3%、灰分1.3%、水分占93.90%。除用作豬飼料和制作堆肥外，因其對砷敏感，還可作為監(jiān)測水體中砷污染程度的指示植物。因具有富集水中鋅、鉛、汞、鎳、鎘等重金屬和去除水體懸浮物的功能，可用以凈化生活污水和工業(yè)污水，但須妥善解決植物殘?bào)w腐爛引起的再污染，需進(jìn)行改性提取。
[0009]利用水葫蘆根系作為生物吸附劑去除水溶液中的Cu( II )、Cd( II )和Cr(VI)污染。水葫蘆根系具有相對較小的比表面積，根系表面在零電荷點(diǎn)時(shí)的PH值為6.6，接近中性。分別含有Cu( II )、Cd( II )和Cr(VI)的單金屬系統(tǒng)生物吸附研究顯示，水葫蘆根系作為生物吸附劑對Cu( II )和Cd( II )離子具有較高的吸附能力，分別為22.7和27.emg-g1,但是對Cr ( VI)的吸附能力非常有限，通過改性可以有效提高其吸附能力。
[0010]水葫蘆根系主要由木質(zhì)素和纖維素組成，所以根系表面的含氧官能團(tuán)也可能對金屬離子的吸附產(chǎn)生較大影響。由于與金屬離子形成復(fù)合物引起的。另外，吸附過程也改變了官能團(tuán)上部分氧原子的化學(xué)狀態(tài)，Cu2+的吸附產(chǎn)生的變化更明顯，這意味著與含氧官能團(tuán)發(fā)生的作用更強(qiáng)烈。也說明了水溶液中Cu2+的存在對水葫蘆根系吸附去除Cd2+產(chǎn)生的競爭抑制影響。本專利產(chǎn)品可以針對金屬離子復(fù)合物污水進(jìn)行治理，使其能通過本凈化劑治理后，達(dá)標(biāo)排放。但是水葫蘆氣囊改性后用于對于重金屬的處理未見報(bào)道。
[0011]巨紫根小柄葉水葫蘆比普通水葫蘆根冠增多了近20倍，且根不易腐爛，能夠分泌化感物質(zhì)，快速吸附并抑滅藍(lán)藻，在去除重金屬砷方面，是“吸毒之王”蜈蚣草的約52倍。
[0012]水葫蘆根系作為生物吸附劑凈化污水中的Cu和Cd污染。結(jié)果表明，在單金屬污染條件下，水葫蘆根系對兩種重金屬都表現(xiàn)出較高的去除率，但在Cu-Cd復(fù)合污染條件下，Cu2+的存在對Cd2+的吸附表現(xiàn)出強(qiáng)烈的抑制作用。通過測定吸附前后溶液中Ca2+、Mg' K+和Η+濃度變化確定了生物選擇性吸附過程中離子交換機(jī)理的作用。X射線光電子能譜檢測表明，根系表面的胺和含氧官能團(tuán)在吸附過程中通過螯合方式去除重金屬離子起到了非常重要的作用。Cu2+的存在可以替代吸附劑上Cd2+的所有吸附位點(diǎn)，改性后的水葫蘆根系擁有更快速的重金屬吸附性能。
[0013]因河道污水的重金屬污染存在不確定性，流域情況復(fù)雜，需要充分考慮生態(tài)環(huán)境，治理達(dá)標(biāo)難度大，因此目前尚無針對開放流域有效去除重金屬的深度治理方法。
[0014]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]為克服河道污水重金屬含量相對偏低，現(xiàn)有去除重金屬污染絮凝劑存在對低濃度重金屬吸收效率偏低、生產(chǎn)成本過高、對重金屬污染物質(zhì)污染降解沒有針對性、很難同時(shí)除去多種復(fù)合重金屬等問題，同時(shí)資源化利用現(xiàn)有廢棄物資源，制備高附加值、環(huán)境友好的污染物絮凝劑，本發(fā)明提供了一種河道重金屬污水的絮凝凈化劑及其制備方法和使用方法，利用改性水葫蘆氣囊纖維束管作為載體的絮凝凈化劑，可用于預(yù)處理河道黑臭污水。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了改性水葫蘆氣囊纖維束管作為載體，配合微量的茶多酚、納米鋁粉、炭化復(fù)合物、氯化鎂，制備了河道重金屬污水的絮凝凈化劑。
[0017]所述河道重金屬污水的絮凝凈化劑包含有:
改性水葫蘆氣囊纖維束管14%?21%，
納米鋁粉0.1%?0.5%，
炭化復(fù)合物1%?3%，
氯化鎂0.2%?0.7%，
殼聚糖:0.1%?0.3%，
剩余部分采用沸石粉補(bǔ)至100%， 以上均為質(zhì)量比；
其中，改性水葫蘆氣囊纖維束管采用如下方法制備:取水葫蘆健康植株的平均直徑2.5cm?4.5cm的氣囊部位，獲得氣囊及氣囊上下0.5cm?1cm的植物莖，去葉去根收割后，采用速凍干燥方式進(jìn)行處理，使其水分快速降低至20%以下，然后將其破碎至10?30目過篩，加入0.05%?0.2%重量比的殼聚糖，混合均勻，制成水葫蘆氣囊纖維束管；然后按5:2:
0.2的質(zhì)量比，取水葫蘆氣囊纖維束管4?6份、納米鋁粉1.9?2.2份、茶多酚0.1?0.3份，進(jìn)行攪拌混合均勻，采用遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)，使混合物的溫度迅速達(dá)到65°C?77°C，并進(jìn)行充分?jǐn)嚢璺瓌?dòng)，期間按質(zhì)量比0.10%?0.22%噴入0.lmol/L氫氧化鉀溶液，使混合物充分吸收，繼續(xù)攪拌約12?17分鐘后，取出，置入避光密封瓶中保存。氫氧化鉀主要為絮凝溶液提供鉀離子，并調(diào)整改性PH值，利于后續(xù)絮凝沉淀污泥的可生化性能。
[0018]選用水葫蘆氣囊纖維束管而不選擇水葫蘆其他部位，主要是因?yàn)樵摬糠值臑樗J特有的標(biāo)志，其組成成分相對統(tǒng)一，其渣相對于水葫蘆整株渣比較，經(jīng)脫水工藝的水葫蘆渣常規(guī)營養(yǎng)成分和礦物質(zhì)元素含量，結(jié)果表明:整株水葫蘆渣干物質(zhì)中含量較高的是