申请日2017.09.22
公开(公告)日2018.02.16
IPC分类号C02F9/02; B01J20/10; B01J20/30; C02F101/20
摘要
本发明提供一种处理含有重金属离子废水的方法，将重金属离子去除剂与蒸馏水按比例混合，高速搅拌形成悬浊液，利用重力沉淀方式进行固液分离，所得上清液用高压空气雾化为微细液滴;并将其以高速射流的形式与重金属废水混合，并进行“液—液”反应，结束后过滤，即可去除废水中的有害重金属离子，同时回收含有重金属元素的过滤物。本发明避免重金属离子去除剂与重金属废水直接接触，可以降低化学污泥排放量，提高回收产物中有价金属元素的含量，有效去除重金属废水中重金属离子。该方法具有去除重金属离子能力强、回收速度快，反应时间短等特点和“以废治毒”等优点。
权利要求书
1.一种处理含有重金属离子废水的方法，包括如下步骤：
1)以废弃硬化水泥混凝土为原料，经“低温预烧-电磁震荡-球磨-选粉分离”后得到活性颗粒;
2)取上述活性颗粒与蒸馏水按3~5：1000混合，高速搅拌20~30分钟后形成悬浊液，静置后利用重力沉降方式进行固液分离;分离后的溶液与高压空气混合雾化，使之成为微细液滴;
3)将雾化形成的微细液滴以高速射流的形式与含重金属离子废水快速混合并反应5~30min，微细液滴与含重金属离子废水的比为1:5~50，再进行固液分离;检测过滤所得溶液中各种重金属离子的浓度，即可评估上述工艺对于重金属废水的实际处理效果;
4)过滤并收集反应后沉淀物，在真空干燥箱中烘干，即得到含有重金属元素的回收物;利用X射线衍射能谱(EDS)对其进行元素分析，以确定其中所含有价金属元素的含量。
2.根据权利要求1所述处理含有重金属离子废水的方法，其特征在于，所述步骤2)中重力沉降方式为利用一个锥形底的玻璃圆筒，将制备的悬浊液连续加到圆筒中心液面以下，清液经周边溢出，悬浮固体颗粒由于自身重力作用逐渐沉至筒底，进而实现固液分离的过程。
3.根据权利要求1所述处理含有重金属离子废水的方法，其特征在于，所述含重金属离子废水为含Zn2+、Ni2+、Cu2+或Cr3+重金属离子，且浓度大于100mg/L的废水。
4.根据权利要求1所述处理含有重金属离子废水的方法，其特征在于，处理100ml含Zn2+、Ni2+、Cu2+或Cr3+废水且浓度100mg/L的最佳活性颗粒投加量依次为0.7g、0.5g、0.3g或0.5g，反应时间为10min：搅拌强度均为:120r/min。
说明书
一种处理含有重金属离子废水的方法
技术领域
本发明涉及重金属废水的处理方法，具体涉及一种利用废弃混凝土(废弃硬化水泥石)细粉治理含重金属离子废水，并降低化学污泥排放量的工艺方法。属于环境治理技术领域。
背景技术
在建筑物或构筑物的施工、装修、拆迁等建筑业活动中会产生大量的建筑垃圾，且随着我国基础设施的快速推进和城镇化速率的加快，建筑垃圾产生量持续增加。据统计城市垃圾中约有1/3为建筑垃圾;到2011年底其存量已超过20亿吨，且每年新增建筑垃圾超过3亿吨。由于大多数城市中建筑垃圾填埋厂选址不当或临时堆放，不仅造成了土地资源的大量浪费也存在极大的安全隐患。例如，2015年12月20日，广东省深圳市发生山体滑坡，滑坡覆盖面积约38万平方米，截止到2016年1月28日已发现遇难者73名，且仍有4名人员失联。国务院“12·20”山体滑坡事件灾害调查组经调查认定，与以往的山体滑坡性质不同，此次事故中原有山体并没有滑动，而是由堆放建筑垃圾的受纳厂中堆积过量且坡度过陡的堆填体失稳垮塌、滑动引起。同时，建筑垃圾在堆积和填埋过程中与周围环境中的水相互作用，其渗滤液会造成地表水或地下水的污染。
废弃混凝土是建筑垃圾的重要组成部分(其主要成份为废弃硬化水泥石)，约占建筑垃圾总量的34%。而我国废弃混凝土资源化利用率却不到5%。目前主要的资源化利用途径为制备再生混凝土骨料，但在再生骨料表面往往粘附大量硬化水泥石，由于其较高的孔隙率和吸水率以及较低强度使得再生骨料力学性能下降，再生混凝土工作性变差，硬化后体积稳定性劣化。所以对废弃混凝土中硬化水泥石的资源化利用研究相对缺乏，仅有的研究大多集中在制备建筑材料领域，例如制备建筑砌块或再次煅烧制备水泥等。但由于废弃水泥石孔隙率大，标稠需水量高、活性指数低、在使用过程中都存在极限掺量，用其制备的建材产品施工性能和力学性能较差。
另一方面，重金属污染一般是由重金属离子及其化合物引起的环境污染，重金属污染在环境中难以降解，能在动物和植物体内积累，通过食物链逐步富集，进入人体后对肾脏、肝脏，大脑、神经、视力等造成较大损伤，是危害人类健康最大的污染物之一。重金属离子的来源主要以工业生产中废水的排放为主，诸如有色金属采选业、电镀、电解、皮革制造、印染、选煤厂废水排放等。对于重金属废水的处理工艺方方法，常用的包括化学沉淀、电解、电渗析以及物理吸附，溶剂萃取等多种手段。其中化学沉淀法由于具有处理工艺简单、适应性强、易于操作等优点，成为目前应用最为广泛的处理重金属废水的技术手段。而吸附法由于在处理痕量重金属离子方面具有明显优势，所以在重金属废水的深度处理中也有较广泛的应用。但是上述两种方法在处理使用过程中都需要投加大量化学药剂，处理后会产生大量化学污泥，药剂成本和化学污泥处理处置成本成为这成为化学沉淀法和吸附法主要的成本来源。如何降低药剂成本、降低化学污泥的排放量、开发更加廉价易得新材料和与之配套的新型和新的工艺方法成为重金属废水处理的主要研究方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供利用废弃硬化水泥石细粉处理含有重金属离子废水的方法，一方面，解决处理含有重金属离子废水使用化学药剂成本高的问题，另一方面，减少化学污泥的排放量;并为解决巨量废弃混凝土这一大宗建筑垃圾对环境所造成的污染问题和为废弃混凝土资源化利用提供新的途径。
实现上述目的，本发明采用如下技术方案：处理含有重金属离子废水的方法，包括如下步骤：
1)以废弃硬化水泥混凝土为原料，经“低温预烧-电磁震荡-球磨-选粉分离”后得到活性颗粒;
2)取上述活性颗粒与蒸馏水按1/1000~5/1000的比例混合，高速搅拌20~30分钟后形成悬浊液，静置后利用重力沉降方式进行固液分离;分离后的溶液与高压空气混合雾化，使之成为微细液滴;
3)将雾化形成的微细液滴以高速射流的形式与含重金属离子废水快速混合并反应5~30min，微细液滴与含重金属离子废水的比为1:5~50，再进行固液分离;检测过滤所得溶液中各种重金属离子的浓度，即可评估上述工艺对于重金属废水的实际处理效果;
4)过滤并收集反应后沉淀物，在真空干燥箱中烘干，即得到含有重金属元素的回收物;利用X射线衍射能谱(EDS)对其进行元素分析，以确定其中所含有价金属元素的含量。
进一步，所述步骤2)中重力沉降方式为利用一个锥形底的玻璃圆筒，将制备的悬浊液连续加到圆筒中心液面以下，清液经周边溢出，悬浮固体颗粒由于自身重力作用逐渐沉至筒底，进而实现固液分离的过程。
其中，高速射流和快速混合都是指液体通过喷嘴或用高速气流使液体分散成微小液滴，并高速流动的状态，其中流速为2m/s~30m/s。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提出一种利用废弃混凝土细粉(硬化水泥石)处理含有重金属离子废水的方法，工艺过程为选取废弃混凝土经“低温预烧-电磁震荡-球磨-选粉分离”后得到活性颗粒。本工艺方法实施过程具有去除率高和回收重金属离子速度快，反应时间短、去除效果稳定、可以在室温下操作，能有效去除和回收重金属废水中的有价金属元素，减少污泥排放量等优点。
2、本发明方法所用原材料为废弃混泥土中分离所得水泥石，其来源广泛、成本低廉，这为巨量废弃混凝土中硬化水泥石的资源化利用提供了一个新的途径;为我国河流、湖泊、工业和生活等含重金属废水的治理提供了一种操作简便、适用范围广、成本低廉、绿色环保、可以“以废治毒”的工艺方法;其符合国家发展循环经济的战略要求、享受国家和地方相关产业政策支持，具有广阔的发展和应用前景。
3、本发明将废弃混凝土中的硬化水泥石这一建筑废弃物的技术应用拓宽到重金属污水治理领域，提供了一种利用废弃水泥石来处理重金属污水的工艺方法，提高了废弃水泥石的经济附加值。同时利用废弃混凝土中水泥石处理重金属废水不存在极限掺量问题，提高了废弃水泥石的资源化利用效率。为我国河流、湖泊、工业和生活等含重金属废水的治理提供了一种操作简便、适用范围广、成本低廉、绿色环保、可以“以废治毒”的工艺方法。也为废弃硬化水泥石的高附加值利用提供了一条技术路径，克服了其在制备再生混凝土材料、建筑砌块或再次煅烧水泥熟料过程中高孔隙率、高吸水率、低强度、掺量有限等带来的问题。
4、同时申请发明专利的“一种处理含有重金属离子废水的方法”中有实验证明该去除剂具有较好的去除含重金属离子废水中各种重金属离子的能力。本发明开发了一种与之相适应的“液-液”反应工艺，对污水处理能力强，并有效降低化学污泥的生成量、提高化学污泥中重金属元素的含量，为污泥中重金属元素的回收利用创造条件。