申请日2013.11.12
公开(公告)日2014.02.26
IPC分类号C02F9/04; C02F1/66; C02F103/16; C02F101/20; C02F103/10; C02F1/56
摘要
本发明公开了一种利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：矿冶废水经格栅过滤除去固形物后，加入碱调节pH至8～9，过滤除去沉淀物;在沉淀后的矿冶废水中加入重金属总质量1～100倍粒径为50～200目的废茶屑，加入酸调节pH值为3～7，搅拌混合30～120分钟;将混合液转入二级分离池，按每升混合液加入0～2毫升絮凝剂的比例加入絮凝剂，搅拌5～10分钟，静置30～60分钟;所述絮凝剂是浓度为1克/升的阴离子聚丙烯酰胺的水溶液;将沉淀后的混合液的上层清液溢流出，回用或排放。采用本发明，对重金属离子和放射性核素具有良好的处理效果，可用于矿冶、化工、电镀、机械行业的在环境保护和修复处理。
权利要求书
1.一种利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是包括下列步骤：
a、矿冶废水经格栅过滤除去固形物后，加入碱调节pH至8～9，搅拌混合，再过滤、除去矿冶废水中的沉淀物，得沉淀后的矿冶废水;
b、分析沉淀后的矿冶废水中的重金属总质量，在沉淀后的矿冶废水中加入重金属总质量1～100倍粒径为50～200目的废茶屑，加入酸调节pH值为3～7，搅拌混合30～120分钟，得混合液;
c、将混合液转入二级分离池，按每升混合液加入0～2毫升絮凝剂的比例加入絮凝剂，搅拌混合5～10分钟后，静置30～60分钟，得沉淀后的混合液;
所述絮凝剂是浓度为 1克/升的阴离子聚丙烯酰胺的水溶液;
d、将沉淀后的混合液的上层清液溢流出，回用或排放。
2.按权利要求1所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤c 中所述按每升混合液加入0～2毫升絮凝剂的比例加入絮凝剂替换为：按每升混合液加入0.1～2毫升絮凝剂的比例加入絮凝剂。
3.按权利要求1或2所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤a中所述碱是MgO、NaOH、KOH或Ca(OH)2。
4.按权利要求1或2所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤b中所述酸是盐酸。
5.按权利要求1或2所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤c中所述阴离子聚丙烯酰胺的分子量为1200～3600万。
6.按权利要求1或2所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤a中所述格栅是孔径为1.5～10mm的格栅。
7.按权利要求5所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤a中所述格栅是孔径为1.5～10mm的格栅。
8.按权利要求1、2或7所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤b中所述废茶屑是制茶厂在加工茶原料过程中产生的副茶、粗老梗叶和/或茶灰。
9.按权利要求5所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤b中所述废茶屑是制茶厂在加工茶原料过程中产生的副茶、粗老梗叶和/或茶灰。
10.按权利要求1、2、7或9所述利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是：步骤a中所述矿冶废水是有色金属开采和/或有色金属冶炼中产生的废水。
说明书
一种利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法
技术领域
本发明属于废水的处理，涉及一种利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法。特别适用于含矿冶重金属(汞、镉、砷、铅、铜、锌、铬等重金属)、放射性核素废水的处理，可广泛用于矿冶、化工、电镀、机械行业的环境保护和修复处理。
背景技术
有色金属开采和冶炼一直是我国的用水大户，因大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在，所以其开采和冶炼的废水中一般含有汞、镉、砷、铅、铜、锌、铬等重金属。有色冶金排放的废水中的重金属单位体积中含量不是很高，但废水量大，向环境排放的绝对量大。据统计，有色金属工业每年通过废水向环境排放汞5.6t、镉85t、砷173t、铅226t等。
重金属等有害成分产生的毒性有以下特点：(1)水体中重金属等有害离子的浓度在0.01～10mg/L之间，即可产生毒性效应;(2)重金属等有害成分很难被微生物降解;(3)重金属等有害成分可在水生生物体内积累，通过食物链进入人体，甚至可以通过可以通过遗传或母乳传给婴儿;(4)重金属等有害成分进入人体后，可能在体内某些器官中积累，造成慢性中毒，危害有时需10～30年才显露出来。因此，清除环境中的重金属等有害成分污染现象，修复被污染的环境，已引起广泛关注。
现有技术中，人们从认识到重金属废水的危害至今已开发出多种冶理重金属废水的技术，可以归结为以下几种：(1)化学法，(2)反渗透法，(3)理化吸附法，(4) 蒸发和凝固法，(5) 电解法，(6) 电渗析法，(7)生物法等。迄今国内外对重金属污染的治理仍不够完善和彻底，远不能杜绝重金属废水对环境的污染。这是由于重金属废水无论采用何种方法处理都不能使其中的重金属分解破坏，只能转移其存在的位置或改变其物理和化学形态。例如经化学沉淀处理后，废水中的重金属从溶解的离子状态转变为难溶性化合物而沉淀，于是从水中转入污泥中。因此，若只注意废水本身的处理，而忽视处理后产物的回收利用和无害化处理，任其流失于环境中，就会制造二次污染。因此，低成本矿冶重金属废水处理工艺技术面临广阔的应用前景和广泛的市场需求，是矿冶行业带有共性和迫切需要的新技术。
我国是产茶大国，2008年，我国茶产量已达到124万吨，占世界总量的1/3。2009年，我国茶饮料加工所产生的废弃茶渣已达到15万吨，同时茶树每年自修整、采摘至加工过程中，约有30%为废枝叶、茶末被遗弃，未得到利用，造成有用资源的浪费。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种成本低廉、处理效果好、实用性强的利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，从而为矿冶行业的大规模开发利用服务。
本发明的内容是：一种利用废茶屑处理矿冶重金属废水的方法，其特征是包括下列步骤：
a、矿冶废水(矿冶废水即矿冶重金属废水，是有色金属开采和/或有色金属冶炼中产生的废水)经格栅(格栅的规格，较好的可以是孔径为1.5～10mm的格栅)过滤除去固形物(即固体物)后，加入碱调节pH至8～9，搅拌混合，再过滤、除去矿冶废水中大量的重金属离子(重金属离子一般主要有Cd6+、Cr6+、Cr3+、Hg2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+或/和Ag+)与碱反应生成的沉淀物，并且较好的是使矿冶废水中各重金属离子浓度低于100毫克/升(mg/L)(金属离子与碱作用可以迅速生成沉淀从而实现降低废水中重金属离子浓度)，得沉淀后的矿冶废水;
b、分析沉淀后的矿冶废水中的重金属总质量(取废水进行重金属种类以及其含量分析，可以获得重金属总质量，例如采取原子吸收光谱等)，在沉淀后的矿冶废水中加入重金属总质量1～100倍粒径为50～200目的废茶屑，加入酸调节pH值为3～7，搅拌混合30～120分钟，得混合液;
c、将混合液转入二级分离池，按每升(L)混合液加入0～2毫升(ml)絮凝剂的比例加入絮凝剂，搅拌混合5～10分钟(min)后，静置30～60分钟，得沉淀后的混合液;
所述絮凝剂是浓度为 1克/升(g/L)的阴离子聚丙烯酰胺的水溶液;
d、将沉淀后的混合液的上层清液溢流出即为处理后的矿冶重金属废水，(可以进入消毒池后再)回用或排放;下层污泥经沉淀、机械脱水、弃去或回收利用(其中的重金属)，从而实现低成本矿冶废水的处理。
本发明的内容中：步骤c 中所述按每升(L)混合液加入0～2毫升(ml)絮凝剂的比例加入絮凝剂较好的是替换为：按每升(L)混合液加入0.1～2毫升(ml)絮凝剂的比例加入絮凝剂，以提高沉降速度。
本发明的内容中：步骤a中所述碱可以是MgO、NaOH、KOH或Ca(OH)2等，较好的是所述碱的水溶液。
本发明的内容中：步骤b中所述酸可以是盐酸(即HCl水溶液)，较好的是质量百分比浓度为5～25%的稀盐酸。
本发明的内容中：步骤c中所述阴离子聚丙烯酰胺的分子量较好的为1200～3600万，为水溶性的高分子聚合物，主要用于各种工业废水的絮凝沉降，沉淀澄清处理;白色颗粒，无臭无毒;生产企业有：河北鑫光化工、华北化工、日本三井化工等。
本发明的内容中：步骤a中所述格栅较好的是孔径为1.5～10mm的格栅。
本发明的内容中：步骤b中所述废茶屑是制茶厂在加工茶原料过程中产生的大量的副茶、粗老梗叶和/或茶灰等(即废枝叶、茶末和/或茶渣等);茶的品种可为绿茶、红茶、乌龙茶、白茶、黄茶和/或黑茶等。加入的废茶屑含有丰富的茶多酚类物质，在适宜的pH值下与矿冶废水中的重金属离子络合生成茶多酚-重金属沉淀。
本发明的内容中：步骤a中所述矿冶废水(即矿冶重金属废水)是有色金属开采和/或有色金属冶炼中产生的废水。
与现有技术相比，本发明具有下列特点和有益效果：
(1)采用本发明，被遗弃的废枝叶、茶末、茶渣等废茶屑，特别是废枝叶多为老叶，其有效成分--茶多酚含量较高;废茶屑中含有丰富的茶多酚物质，其结构分子中的多个酚羟基可以作为H供体;同时，其分子中的连苯三酚或邻苯二酚结构进一步加强了其还原性，可以与大多数的金属离子和过渡金属离子发生络合;因此，利用茶多酚分子中的特殊结构处理矿冶重金属废水是一种制茶废弃物的二次高附加值利用，具有成本低廉、原理简单、成效显著等特点;
(2)采用本发明，在经碱沉淀后的矿冶废水中，加入过量的富含茶多酚类物质的废茶屑，茶多酚类物质在酸性环境中能与重金属离子络合生成茶多酚-重金属沉淀;投加适量的阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂，可有效增大络合物沉淀颗粒直径，并加速其沉降(反应的机理是：茶多酚分子结构中由于含有丰富的酚羟基，使其可以与大多数的金属离子和过渡金属离子发生络合;茶多酚分子中的多个酚羟基之间具有协同作用，络合主要发生在两个相邻的酚羟基上，如黄烷醇类多酚的B环和棓酸酯类多酚的棓酰基，在邻苯二酚和金属离子之间形成稳定的五元螯合环，如下列化学反应式所示;茶多酚与重金属离子络合沉淀后，通过加入絮凝剂可以加速其沉淀速度，降低沉降时间;其主要原因是高分子量的絮凝剂能使废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花;絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中的大量悬浮物，从而达到水处理的效果);上层清液溢流进入调节池、可以回用或排放，而污泥经沉淀、机械脱水后可以回收利用(重金属)，实现低成本矿冶废水处理;本发明对重金属离子(Cd6+、Cr6+、Cr3+、Hg2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+、Ag+等)和放射性核素(Sr2+、Cs+等)具有良好的络合沉淀处理效果;
茶多酚(黄烷醇类)与金属离子的络合反应过程
(3)本发明是一种有效的水污染化学处理方法，可广泛应用于矿冶、化工、电镀、机械、核工业及环境保护和修复等产生的重金属离子和放射性核素废水处理;工序简便，容易操作，实用性强。