申请日2017.12.12
公开(公告)日2018.04.24
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20
摘要
一种混凝‑气浮相结合处理含铜废水的方法，它涉及一种重金属含铜废水的处理及回收铜的方法。本发明要解决现有的含铜废水中快速去除污水中铜加药成本高的问题。一种混凝‑气浮相结合处理含铜废水的方法：一、以硫化钠、生物絮凝剂、油基膨润土、聚合氯化铝铁和氯化钙为原料，混合制备成粉剂或浓缩液，即得到混凝剂;二、混凝处理;三、气浮处理;四、冶炼回收铜。本发明优点：一、开发新型的混凝剂，解决现有快速去除污水中铜加药成本高的问题，且含铜废水中铜的处理率达到98%以上。二、实现重金属铜粉的回收。三、方法简单易行，实现了危险废弃物的资源化。本发明主要用于处理含铜废水。
权利要求书
1.一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法是按以下步骤完成的：
一、制备混凝剂：以硫化钠、生物絮凝剂、油基膨润土、聚合氯化铝铁和氯化钙为原料，混合制备成粉剂，即得到混凝剂;二、混凝处理：按照投加量为50mg/L～100mg/L将混凝剂投加到含铜废水中，在搅拌条件下混凝处理15min～45min，得到混凝处理后含铜废水;三、气浮处理：将混凝处理后含铜废水送入气浮装置，利用气浮装置回收含铜污泥，气浮处理后的污水进行污染物的深度处理;四、回收铜：含铜污泥先通过板框压滤机去除水分和烘干，然后送入冶炼厂进行冶炼，通过冶炼回收铜。
2.根据权利要求1所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤一中所述混凝剂中硫化钠与生物絮凝剂的质量比为(15～25):1，油基膨润土与生物絮凝剂的质量比为(3～5):1，聚合氯化铝铁与生物絮凝剂的质量比为(1～3):1，氯化钙与生物絮凝剂的质量比为(1～3):1。
3.根据权利要求1或2所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤一中所述混凝剂中硫化钠与生物絮凝剂的质量比为20:1，油基膨润土与生物絮凝剂的质量比为4:1，聚合氯化铝铁与生物絮凝剂的质量比为2:1，氯化钙与生物絮凝剂的质量比为2:1。
4.根据权利要求3所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤三中所述气浮装置为新型微气泡旋流气浮技术的气浮装置。
5.一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法是按以下步骤完成的：
一、制备混凝剂：以硫化钠、生物絮凝剂、油基膨润土、聚合氯化铝铁和氯化钙为原料，以水为溶剂，混合制备成浓缩液，所述浓缩液中原料的总浓度为2.5mg/mL～3.5mg/mL，即得到混凝剂;二、混凝处理：按照投加量为20mL/L～30mL/L将混凝剂投加到含铜废水 中，在搅拌条件下混凝处理15min～45min，得到混凝处理后含铜废水;三、气浮处理：将混凝处理后含铜废水送入气浮装置，利用气浮装置回收含铜污泥，气浮处理后的污水进行污染物的深度处理;四、回收铜：含铜污泥先通过板框压滤机去除水分和烘干，然后送入冶炼厂进行冶炼，通过冶炼回收铜。
6.根据权利要求5所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤一中所述浓缩液中硫化钠与生物絮凝剂的质量比为(15～25):1，油基膨润土与生物絮凝剂的质量比为(3～5):1，聚合氯化铝铁与生物絮凝剂的质量比为(1～3):1，氯化钙与生物絮凝剂的质量比为(1～3):1。
7.根据权利要求5或6所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤一中所述浓缩液中硫化钠与生物絮凝剂的质量比为20:1，油基膨润土与生物絮凝剂的质量比为4:1，聚合氯化铝铁与生物絮凝剂的质量比为2:1，氯化钙与生物絮凝剂的质量比为2:1。
8.根据权利要求7所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤二中所述混凝剂采用蠕动泵打入含铜废水中。
9.根据权利要求8所述的一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，其特征在于步骤三中所述气浮装置为新型微气泡旋流气浮技术的气浮装置。
说明书
一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法
技术领域
本发明涉及一种重金属含铜废水的处理及回收铜的方法。
背景技术
重金属被广泛应用到不同的应用领域中并且发挥着重要作用，加入金属离子会大大改善材料的性能，如飞机的材料中就含有一定量的铬等以提高其强度，金属表面镀铬以增加耐腐蚀性等，在工业快速发展背景下，越来越多的富含重金属的废水被直接或间接地排放到环境中，排放到环境中的污染物质越来越多。
铜、钴、铁、锰和锌等重金属在植物和动物体内都是必需的。它们也是几种蛋白质、酶和参与各种氧化还原反应、电子转移和核酸代谢的组成部分。然而，这些金属离子过量会导致细胞水平发生不良反应，因为在金属的有益和毒性作用之间存在着一种狭窄的浓度范围。其他的金属如砷、镉、铅、汞和镍都是非必要重金属，没有确定的生物功能，对金属敏感的酶来说是致命的，并会导致细胞死亡。
吸附法处理重金属废水是利用吸附剂吸附水中的重金属离子，从而达到去除净化的目的，活性碳是一种应用较为广泛的吸附剂，其适用范围广不易造成二次污染，但是其成本较高且再生处理费用高。目前，研究人员一是在不断探索更为廉价的吸附材料，将工业和农业的废弃物作为吸附剂，如稻壳、花生壳等，二是制备高性能的吸附剂，提高其吸附容量和吸附平衡速度，如改性沸石，纳米材料、生物高分子聚合物和层次纳米材料(层次纳米材料是指由两级或两级以上纳米结构单元构成，整体具有微米大小的材料)等。
功能磁性纳米材料Fe3O4具有比表面积大、易扩散、易分离和再生性好等特点被广泛用于重金属离子的吸附剂，而氨基化纳米Fe3O4可以通过离子交换配位作用等多种方式吸附重金属离子且易于重复利用，被广泛应用和研究。氨基化功能磁性纳米材料Fe3O4可以用来吸附Cr6+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Ni2+和Cd2+等多种金属离子，吸附效果随着pH的增加而增加，其对废水中重金属离子的去除率可以达到98%以上。
在《啤酒酵母对废水中Cu2+的生物吸附特性》(清华大学学报，自然科学版，2008年第12期，作者：陈灿等)中研究了温度，pH、离子浓度对啤酒酵母吸附废水中Cu2+的影响，研究结果表明，该吸附等温线的拟合结果符合Langmuir方程，拟合度为0.999，在pH为4～5，温度为20～30℃，反应时间为3h时，啤酒酵母对Cu2+的吸附效果最好，随着水中Cu2+浓度的升高其对Cu2+的去除率不断下降。
在《γ-PGA处理电镀废水最佳反应条件的研究》(广州化工，2017年第11期，作者：杨蓉等)中研究了γ-PGA处理含Cu2+、Ni2+、Cd2+的电镀废水的最佳反应条件，并通过测定Zeta电位验证了实验结果。研究表明，在pH为9.0，γ-PGA含量为1mg/L，温度为30℃时，γ-PGA能够有效去除电镀废水中的重金属离子，处理出水能够达到排放标准。
分子筛对金属离子的吸附为离子交换吸附和表面吸附，在《分子筛对重金属废水吸附性能的实验研究》(无机盐工业，2012年1月第44卷第1期，作者：朱彤)中研究了吸附材料用量、吸附时间，pH等对13X分子筛去除水中重金属离子的影响，研究结果表明，吸附剂的用量增加对Mg2+、Mn2+的吸附影响较大，pH越高其对金属离子的吸附效果越好，吸附时间越长，金属离子的去除效果越好。
絮凝法是使用絮凝剂如硫酸铝在水中形成胶体，吸附水中金属离子后形成沉淀，从而将重金属离子从水中去除，该方法成本较低，沉淀易脱水，缺点是会产生大量污泥，化学药剂用量多。该方法不能完全去除水中的重金属离子，因此通常选用高效的絮凝剂，并且在反应过程中会有沉淀，氧化还原等其它反应以提高重金属的去除率。
化学沉淀法是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物沉淀，从而将重金属离子从水中去除，常用的化学沉淀法有中和沉淀法、硫化物沉淀法和铁氧体法。用化学沉淀法使水中重金属离子含量达到排放标准需要的化学药剂量较多，同时会产生大量污泥，使其处理成本偏高。
金属硫化物大多难溶于水，硫化物沉淀法是通过在水中加入硫化物使重金属离子形成硫化物沉淀从水中去除。部分金属硫化物易发生水解生成氢氧化物沉淀，如Al3+和Cr3+。该方法在较宽的pH范围内对废水的金属离子有较好的去除效果。
含镍废水中含有的络合剂与金属离子形成络合物，增加了其稳定性，从而增加了处理难度，镀镍络合物的破络方法主要有以下几种：氧化法，如使用芬顿、次氯酸钠等;化学沉淀法，通过加入破络剂破坏络合物结构再调节pH通过化学沉淀的方式去除;鳌合沉淀法，将Ni2+从络合剂中脱除，并通过沉淀、漂浮等方式从水中去除，如含S官能团对Ni2+有较强的络合能力。
铁氧体法是通过向废水中投加铁盐，通过控制工艺条件，使废水中的重金属离子在铁氧体的包裹、夹带作用下进入铁氧体晶格中形成复合铁氧体，然后通过固液分离将重金属离子从水中去除的方法。铁氧体法分为中和法和氧化法两种，中和法是在加入Fe2+后，用碱中和形成铁氧体，而氧化法是在加入Fe2+后通过曝气将Fe2+氧化，从而形成铁氧体。铁氧体法具有投资小、设备简单、易操作、处理量大、去除率高、能够去除多种金属离子、净化效果好和能回收磁性材料等优点，是一种较理想实用的方法。但是该方法会产生大量沉渣，需妥善处理，容易产生二次污染。铁氧体法处理实际含镉废水时受pH影响较大，为了提高Cr6+的去除率，一般将水的pH应控制在2左右，水能够达标排放。
在含铬废水的处理中用亚硫酸钠作为还原剂时，亚硫酸钠的用量过高，会与Cr3+形成络合物，提高水的pH后，水中的铬不会形成沉淀去除。在加碱沉淀时，水中的不同金属离子的性质不同，应合理控制pH，某些金属离子在pH过高时，生成的沉淀反而会溶解，如锌和铅。
发明内容
本发明要解决现有的含铜废水中快速去除污水中铜加药成本高的问题，而提供一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法。
一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备混凝剂：以硫化钠、生物絮凝剂、油基膨润土、聚合氯化铝铁和氯化钙为原料，混合制备成粉剂，即得到混凝剂;二、混凝处理：按照投加量为50mg/L～100mg/L将混凝剂投加到含铜废水中，在搅拌条件下混凝处理15min～45min，得到混凝处理后含铜废水;三、气浮处理：将混凝处理后含铜废水送入气浮装置，利用气浮装置回收含铜污泥，气浮处理后的污水进行污染物的深度处理;四、回收铜：含铜污泥先通过板框压滤机去除水分和烘干，然后送入冶炼厂进行冶炼，通过冶炼回收铜。
一种混凝-气浮相结合处理含铜废水的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备混凝剂：以硫化钠、生物絮凝剂、油基膨润土、聚合氯化铝铁和氯化钙为原料，以水为溶剂，混合制备成浓缩液，所述浓缩液中原料的总浓度为2.5mg/mL～3.5mg/mL，即得到混凝剂;二、混凝处理：按照投加量为20mL/L～30mL/L将混凝剂投加到含铜废水中，在搅拌条件下混凝处理15min～45min，得到混凝处理后含铜废水;三、气浮处理：将混凝处理后含铜废水送入气浮装置，利用气浮装置回收含铜污泥，气浮处理后的污水进行污染物的深度处理;四、回收铜：含铜污泥先通过板框压滤机去除水分和烘干，然后送入冶炼厂进行冶炼，通过冶炼回收铜。
本发明优点：一、本发明针对重金属废水中的二价铜离子，制备新型的混凝剂，利用新型的混凝剂，采用混凝-气浮相结合处理含铜废水，不仅降低含铜废水的处理成本，且含铜废水中铜的处理率达到98%以上。二、本发明通过板框压滤机对含铜污泥去除水分和烘干，然后通过冶炼回收铜，对本发明得到的含铜污泥进行检测，含铜污泥中铜含量达到15g/kg以上，因此本发明通过板框压滤机对含铜污泥去除水分和烘干，然后通过冶炼回收铜，实现重金属铜粉的回收。三、本发明方法简单易行，实现了危险废弃物的资源化，具有广阔的市场应用前景。
本发明不只是对铜重金属废水处理效果好，对其他的重金属废水也有较好的效果，应用前景广泛。