申请日2018.04.21
公开(公告)日2018.09.14
IPC分类号C02F9/08; C02F101/20
摘要
本发明公开了一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，具体步骤如下：将含有目标重金属的络合废水进行过滤处理后，加入铁试剂并进行曝气处理;将步骤(1)的出水泵入光反应器中进行光催化解络;将步骤(2)的出水泵入装填A类吸附剂的I级吸附柱，回收目标重金属离子;将步骤(3)的出水泵入装填树脂B类吸附剂的II级吸附柱，提取三价铁离子;待步骤(4)中的吸附柱穿透后，向II级吸附柱中泵入再生剂进行再生，回收含三价铁离子脱附液;本发明通过光催化解络的一体化强化以及选择性吸附工艺的集成化控制，实现了重金属离子与外加Fe(III)离子的选择性分离，实现了重金属的资源化以及铁的循环利用，大幅降低了药耗和能耗。
权利要求书
1.一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)预处理：将含有目标重金属的络合废水进行过滤处理后，加入铁试剂并进行曝气处理;
(2)光催化解络：将步骤(1)的出水泵入光反应器中进行光催化解络;
(3)重金属回收：将步骤(2)的出水泵入装填A类吸附剂的I级吸附柱，回收目标重金属离子;
(4)铁回收：将步骤(3)的出水泵入装填B类吸附剂的II级吸附柱，提取三价铁离子;
(5)铁循环利用：待步骤(4)中的吸附柱穿透后，向II级吸附柱中泵入再生剂进行再生，回收含三价铁离子脱附液。
2.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的铁试剂为三价铁盐溶液，所述三价铁盐溶液为氯化铁溶液、硫酸铁溶液或硝酸铁溶液，所述铁试剂中铁离子浓度为0.1-1.0mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(1)中铁试剂的摩尔浓度为重金属络合废水中络合剂摩尔浓度的0.1-1.0倍。
4.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(1)中曝气方式为空气曝气;所述步骤(1)中曝气后重金属络合废水中的溶解氧浓度在常温下为8.0mg/L以上。
5.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(2)中重金属络合废水在光反应器内的水力停留时间为10-60min。
6.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，光反应器的光源有效波长为200-420nm。
7.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的A类吸附剂为螯合吸附剂，所述螯合吸附剂为氨基羧酸类树脂D463、吡啶类树脂TP22、吡啶类树脂M4195、氨基磷酸树脂Purolite S950或偕胺肟树脂Purolite S910中任意一种。
8.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(1)中目标重金属离子为钴、铜、锌、镉和铅中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(4)中的B类吸附剂为膦磺酸类树脂Purolite S957。
10.根据权利要求1所述的一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，其特征在于：所述步骤(5)中的再生剂是指2%-20%wt的稀硫酸或5%-20%wt稀盐酸或5%-20%wt的稀硝酸。
说明书
光解络强化重金属络合废水资源化的方法
技术领域
本发明涉及一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，属于废水处理领域。
背景技术
络合态重金属在天然水体和工业水体中均有广泛的存在。天然水体中NOM和DOM多含有羟基、氨基和羧基等配体官能团，很容易与重金属形成可溶性的重金属螯合物，阻止了重金属离子在天然水体中的沉积。在电镀过程中为了保证镀层质量，需要向镀液中投加大量络合剂，造成电镀废水中重金属多以络合态存在。在无机或有机配体存在时，重金属的迁移能力得到增强，会促进了生物吸收而增加重金属的富集程度。因此，相比于离子态重金属，络合态的重金属对水生生物会带来的影响更大。因此，如何简单有效的去除络合态重金属已经成为重金属废水处理领域厄待解决的难题。
相比离子态重金属，络合态重金属因其被多个N或O等配位原子络合包围形成具有很高稳定性系数的单核或多核的多齿螯合物，使其难以通过传统的混凝沉淀、化学沉淀和离子交换等方法去除。螯合吸附法对游离的重金属离子有较好的选择性分离效果，但是对络合态的重金属的选择性分离效果差，这是由于络合剂将重金属离子包裹其中，完全占据了其配位位点，使得无法有效的选择性位吸附分离。要实现重金属的选择性分离，这就要求需要对络合态重金属进行解络。目前解络技术按照解络原理可以分为配体置换解络技术、配体氧化解络技术和金属离子还原解络技术。
配体置换解络技术是通过添加与配体络合能力更强的金属离子置换出目标重金属离子，从而实现重金属解络。配体氧化解络技术是通过氧化配体化合物，使配体转化为丧失络合能力的产物或完全矿化配体化合物的方式，破除络合使重金属离子游离出来。而金属离子还原解络技术是通过还原性试剂将络合的重金属离子还原为低价态的金属离子或者金属单质，降低其络合物的稳定性，从而实现络合态重金属脱稳解络。这些方法在处理络合态重金属上都有较为显著的效果。但无论配体置换解络还是配体氧化解络都存在药剂消耗大，废物产量大，技术粗放的特点;而金属离子还原解络技术依然存在回收金属纯度低的问题。
因此，寻求一种集约型的解络耦合重金属选择性回收技术，已成为当代社会发展的需求。基于这一思路，我们提出来一种Fe(III)离子和O2共促光催化的集约型解络技术，实现了Fe(III)离子的循环利用和目标重金属选择性回收。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了光解络强化重金属络合废水资源化的方法，以解决现有技术中存在的问题。
本发明涉及光解络强化重金属络合废水资源化的方法，具体而言就是基于Fe(III)离子和O2共促光催化解络破除有机酸络合剂对重金属吸附的干扰，从而强化螯合吸附剂对目标重金属离子的选择性吸附，实现有机酸共存下重金属低成本资源化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种光解络强化重金属络合废水资源化的方法，具体步骤如下：
(1)预处理：将含有目标重金属的络合废水进行过滤处理后，加入铁试剂并进行曝气处理;加入的Fe(III)离子起到配体置换解络和光催化脱羧的双重功能，曝入的氧气起到增强光化学脱羧的作用;
(2)光催化解络：将步骤(1)的出水泵入光反应器中进行光催化解络;
上述过程的技术原理如下式所示：
Cu(II)-EDTA+Fe(III)-→Fe(III)-EDTA+Cu(II) (1-1)
4Fe(II)+4H++O2→4Fe(III)+2H2O (1-4)
(3)重金属回收：将步骤(2)的出水泵入装填A类吸附剂的I级吸附柱，回收目标重金属离子;其中装填了对目标重金属离子具有高选择性分离系数的吸附剂，通过选择性吸附回收目标重金属离子;
(4)铁回收：将步骤(3)的出水泵入装填B类吸附剂的II级吸附柱，其中装填了对Fe(III)离子具有高效选择性分离系数的吸附剂，提取三价铁离子;
(5)铁循环利用：待步骤(4)中的吸附柱穿透后，向II级吸附柱中泵入再生剂进行再生，回收含三价铁离子脱附液。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中所述的重金属络合废水是指含有有机酸络合剂的重金属废水，其中有机酸络合剂是指其分子结构中含有羧基的有机酸，优选为氨基羧酸类的EDTA，羟基羧酸类的柠檬酸。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中的铁试剂为三价铁盐溶液，所述三价铁盐溶液为氯化铁溶液、硫酸铁溶液或硝酸铁溶液，所述铁试剂中铁离子浓度为0.1-1.0mol/L。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中铁试剂的摩尔浓度为重金属络合废水中络合剂摩尔浓度的0.1-1.0倍。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中曝气方式为空气曝气;所述步骤(1)中曝气后重金属络合废水中的溶解氧浓度在常温下为8.0mg/L以上。
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中重金属络合废水在光反应器内的水力停留时间为10-60min。
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中，光反应器的光源有效波长为200-420nm，所述光反应器的光源为汞灯。
作为本发明的一种改进，所述步骤(3)中的A类吸附剂为螯合吸附剂，所述螯合吸附剂为氨基羧酸类树脂D463、吡啶类树脂TP22、吡啶类树脂M4195、氨基磷酸树脂PuroliteS950或偕胺肟树脂Purolite S910中任意一种。
作为本发明的一种改进，所述步骤(1)中目标重金属离子为钴、铜、锌、镉和铅中的一种或多种。
作为本发明的一种改进，所述步骤(4)中的B类吸附剂为膦磺酸类树脂PuroliteS957。
作为本发明的一种改进，所述步骤(5)中的再生剂是指2%-20%wt的稀硫酸或5%-20%wt稀盐酸或5%-20%wt的稀硝酸。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
(1)通过Fe(III)离子和O2共促光催化解络，大大缩短了光解络的水利停留时间，有效的节省了能源;
(2)采用高选择性吸附剂回收Fe(III)离子，再通过回用树脂脱附液作为加铁试剂，实现了光催化药剂的循环使用，大大削减了解络技术对药剂消耗量的依赖;
(3)通过光催化解络强化了高选择性吸附剂对目标重金属离子的回收，提高了回收金属的纯度，实现了资源的有效回收，增加了技术的经济价值。