申请日2021.08.02
公开日期2021.08.31
IPC分类B09B3/00;B09B5/00;C02F101/20;C02F9/04
摘要
本申请涉及危险废物处理技术领域，具体公开了一种镉废水处理及固化镉渣的方法。该方法包括如下步骤：废水除镉：在废水中加入除镉沉淀剂，固液分离，得到滤液和滤渣；滤液用吸附材料吸附处理，随后进入污水处理系统，处理后排放或回用；固化镉渣：将滤渣与吸附滤液后的吸附材料干燥，粉碎，得到混合颗粒；将混合颗粒、水泥、外加剂和水混合均匀，压制成型，得到固化体；防水处理：对固化体进行防水处理，即可得到填埋块。采用本申请的方法，废水处理后的滤液可直接排放或回用，而滤渣和吸附后的吸附材料被制成填埋块，直接用于安全填埋，整个处理过程中不会产生二次污染，有利于保护环境。
权利要求
1.一种镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：包括如下步骤：
废水除镉：在废水中加入除镉沉淀剂，固液分离，得到滤液和滤渣；滤液用吸附材料吸附处理，随后进入污水处理系统，处理后排放或回用；
固化镉渣：将滤渣与吸附滤液后的吸附材料干燥，粉碎，得到混合颗粒；将混合颗粒、水泥、外加剂和水混合均匀，压制成型，得到固化体；
防水处理：对固化体进行防水处理，即可得到填埋块；
所述吸附材料选自磷矿石、矿渣和沸石中的至少一种；
所述混合颗粒与水泥的重量比为（12-20）：（0.5-3）；
水灰比为0.36-0.48；
外加剂的重量占水泥重量的1.5%-2%。
2.根据权利要求1所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述混合颗粒中，滤渣与吸附滤液后的吸附材料的重量比为（3.5-7）：（1.8-2.3）。
3.根据权利要求1所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述吸附材料为磷矿石和沸石，所述磷矿石和沸石的重量比为（1.2-3.3）：1。
4.根据权利要求1所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述混合颗粒的粒径为0.5-12mm，含水率为10%-20%。
5.根据权利要求1所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述外加剂包括防水剂。
6.根据权利要求5所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述防水剂选自胶粉8031H、胶粉5010N和沥青改性胶粉中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述防水处理包括如下步骤：
将防水涂料涂抹于固化体上，养护，在固化体上形成厚度为1-3mm的防水膜；
所述防水涂料由包含如下重量份的原料组成：
丙烯酸乳液25-47份、白水泥40-60份、填料10-15份和消泡剂1.5-2.0份。
8.根据权利要求7所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述丙烯酸乳液与白水泥的重量比为（0.7-0.8）:1。
9.根据权利要求1所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述除镉沉淀剂选自磷酸盐、熟石灰和硫化钠中的一种或几种。
10.根据权利要求9所述的镉废水处理及固化镉渣的方法，其特征在于：所述除镉沉淀剂为磷酸盐，所述磷酸盐选自磷酸钠、磷酸钾或磷酸铵。
说明书
一种镉废水处理及固化镉渣的方法
技术领域
本申请涉及危险废物处理技术领域，更具体地说，它涉及一种镉废水处理及固化镉渣的方法。
背景技术
镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。但是，当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体，并且能够在人体内累积，无法排出，从而引起慢性中毒，镉对人体的危害极大，因此人们必须严格限制镉的摄入量。镉元素能沿着食物链层层富集，因此食物中的镉含量也应受到严格限制。灌溉水中的镉元素是食物镉污染的主要来源，我国《污水综合排放标准》（GB8978-1996）规定废水排放的总镉最高浓度为0.1mg/L。
镉是炼锌业的副产品，主要用在电池、染料或塑胶稳定剂，随着我国工业产业的迅速发展，随之而来的镉污染问题也越来越严重。镉通过废气、废水、滤渣进入环境，造成污染，尤其是在广大机械制造企业中，电镀过程产生的含有大量金属镉的电镀废水，其随着制造业的不断发展，含镉废水的排放量不断上升，含有重金属离子的废水，由于其水质的特殊性很难得到有效的控制，其中一些重金属由于进入环境后会对人畜造成巨大的危害因此被列入优先控制目录。在我国，镉属于第一类优先控制污染物，因此环保要求含镉废水需经处理达标后才能排放。
目前对于环境中含镉废水的处理方法一般有化学沉淀法、离子交换法、电解法和铁氧化法等。但是每种镉处理方法均存在有不足之处，例如化学沉淀法，一般是在废水中添加过量的硫化物或漂白粉等在碱性环境中使镉沉淀，而所添加的化学试剂、镉沉淀等又会造成水的二次污染。
发明内容
本申请提供一种镉废水处理及固化镉渣的方法，在极大地降低废水中含镉量的同时，可将镉沉淀安全填埋，没有二次污染。
第一方面，本申请提供一种镉废水处理及固化镉渣的方法，采用如下的技术方案：
一种镉废水处理及固化镉渣的方法，包括如下步骤：
废水除镉：在废水中加入除镉沉淀剂，固液分离，得到滤液和滤渣；滤液用吸附材料吸附处理，随后进入污水处理系统，处理后排放或回用；
固化镉渣：将滤渣与吸附滤液后的吸附材料干燥，粉碎，得到混合颗粒；将混合颗粒、水泥、外加剂和水混合均匀，压制成型，得到固化体；
防水处理：对固化体进行防水处理，即可得到填埋块；
所述吸附材料选自磷矿石、矿渣和沸石中的至少一种；
所述混合颗粒与水泥的重量比为（12-20）：（0.5-3）；
水灰比为0.36-0.48；
外加剂的重量占水泥重量的1.5%-2%。
通过采用上述技术方案，处理含镉废水时，首先，向含镉废水中加入除镉沉淀剂，废水中的镉离子与除镉沉淀剂反应，生成沉淀；固液分离，剔除滤渣，能去除废水中的绝大部分镉离子；接着，用磷矿石、矿渣和沸石中的至少一种吸附材料处理滤液，能进一步去除废水中的镉离子，此时，滤液中的镉离子含量小于0.1mg/L，符合GB8978-1996《污水综合排放标准》的规定，可直接排放。而固液分离后的滤渣（镉渣）与吸附滤液后的吸附材料经过干燥、粉碎处理后，与水泥、外加剂和水混合，制成固化体，随后对固化体进行防水处理，即可得到符合《危险废物填埋污染控制标准》（GB 18598-2019）的填埋块。本申请中，废水处理后的滤液可直接排放或回用，而滤渣和吸附后的吸附材料被填埋处置，整个处理过程中不会产生二次污染，有利于保护环境。
本申请中，吸附材料首先用于吸附滤液中的镉离子，提高镉离子的去除效率；随后，吸附有镉离子等的吸附材料与滤渣混合被用于制作固化体，此时，吸附材料作为固化体的骨料，起到支撑骨架的作用；固化体被用于安全填埋，吸附材料吸附的镉离子等不会造成二次污染。实现资源的合理利用，节约成本，且保护环境。
优选的，所述吸附材料为磷矿石和沸石，所述磷矿石和沸石的重量比为（1.2-3.3）：1。
磷矿石、矿渣和沸石均可吸附废水中的镉离子等污染物。此外，发明人发现，由重量比为（1.2-3.3）：1的磷矿石和沸石组成的吸附材料，对镉离子的去除效率高且有利于增强固化体的抗压强度。
优选的，所述混合颗粒中，滤渣与吸附滤液后的吸附材料的重量比为（3.5-7）：（1.8-2.3）。
滤渣的强度小于吸附材料的强度，在混合颗粒中，所用吸附材料的比例越高，固化体的抗压强度也越大，相应的，用于与滤渣混合制备固化体的吸附材料也越多，可能会出现用于处理滤液的吸附材料重量远远不够的问题。所以，实际应用中，在保证填埋块符合安全填埋的强度要求后，用较多的滤渣与较少的吸附滤液后的吸附材料配置成混合颗粒，可在减少固化体数量的同时，全部处理掉滤渣，且减少填埋块的数量，从而可减少填埋的成本和压力。
实际工况下，如果用完全部的滤渣后，吸附滤液后的吸附材料稍微有点不够时，不够的部分可用碎石代替，或用没有用于滤液吸附的吸附材料代替，以将吸附滤液后的吸附材料制成固化体，实现镉处理。
优选的，所述混合颗粒的粒径为0.5-12mm，含水率为10%-20%。
通过控制混合颗粒的粒径和含水率，来改善固化体的强度和防水性能。
混合颗粒的粒径为0.5-12mm，其中，以混合颗粒总量计，粒径为0.5-3mm的占30%-45%，粒径为4-6 mm的占10%-20%，粒径为7-9 mm的占10%-20%，粒径为10-12 mm的占25%-35%。
优选的，所述外加剂包括防水剂；进一步优选，所述外加剂还包括减水剂和增强纤维。进一步优选，所述外加剂为减水剂、防水剂和增强纤维，减水剂、增强纤维和防水剂的重量比为（1-2）：（0.2-0.5）：（3-5）。
进一步优选，防水剂选自胶粉8031H、胶粉5010N和沥青改性胶粉中的至少一种；所述防水剂为胶粉8031H和胶粉5010N，且胶粉8031H和胶粉5010N的重量比为1:(0.5-1.2)；最优选，胶粉8031H和胶粉5010N的重量比为1:0.71。所述减水剂可采用聚羧酸高效减水剂；所述增强纤维可采用聚丙烯纤维。
加入减水剂可改善浆体的流动性，可减少泌水；增强纤维可增强固化体的抗压强度；防水剂可改善固化体的防水性能。防水剂由重量比为1:(0.5-1.2)的胶粉8031H和胶粉5010N组成，在改善防水性能的同时，可改善固化体的吸水率、粘结强度和抗压强度。
本申请中，以减水剂、防水剂和增强纤维为外加剂，三种外加剂相互配合，使固化体具有良好的强度、耐久性和耐水性等，使固化体更满足安全填埋的要求。
优选的，所述防水处理包括如下步骤：
将防水涂料涂抹于固化体上，养护，在固化体上形成厚度为1-3mm的防水膜；
所述防水涂料由包含如下重量份的原料组成：
丙烯酸乳液25-47份、白水泥40-60份、填料10-15份和消泡剂1.5-2.0份。
本申请中，由丙烯酸乳液、白水泥、填料和消泡剂组成的防水涂料所涂覆的防水膜的拉伸强度大于2.0MPa，在0.3MPa、30min内不透水，防水效果好。用防水涂料在固化体上涂抹1-3mm的防水涂膜，可极大地提高固化体的防水性能，可减少水分、湿气或土壤等对固化体的侵蚀，能降低固化体的浸出率，完全符合安全填埋的浸出率的要求。本身制得的填埋块不用经过后续处理，可直接用于安全填埋，节约时间和成本。
本申请中，当防水剂由重量比为1:0.71的胶粉8031H和胶粉5010N配置而成时，防水剂与防水涂料相配合，可将防水层的拉伸强度和断裂伸长率提高10%-15%，防水层的防水效果最好，极大地降低了填埋块中镉离子的浸出率，填埋块中隔离子的浸出浓度可低至0.01mg/L。
优选的，本申请中，填料选自滑石粉和轻质碳酸钙中的任意一种，所述消泡剂可采用二甲基硅油。
本申请丙烯酸乳液的固含量为55-57%，粘度0.2-1 Pa.s。
优选的，所述丙烯酸乳液与白水泥的重量比为（0.7-0.8）:1。
在本申请的防水涂料配方内，丙烯酸乳液与白水泥的重量比越大，防水膜的断裂伸长率则越大，从90%增强到287%；而拉伸强度越小，从2.59MPa降低至1.85MPa。最优的，当丙烯酸乳液与白水泥的重量比为（0.7-0.8）:1时，防水膜的拉伸强度为2.1-2.25 MPa，断裂伸长率为173%-276%，防水膜的综合性能最佳，此时，即使防水膜有裂缝，也不影响其防水性能。
优选的，所述除镉沉淀剂选自磷酸盐、熟石灰和硫化钠中的一种或几种。进一步优选，所述除镉沉淀剂为磷酸盐，所述磷酸盐选自磷酸钠、磷酸钾或磷酸铵；最优选，所述除镉沉淀剂为磷酸钠。
镉离子与磷酸盐、熟石灰和硫化钠反应，可分别生成磷酸镉沉淀、氢氧化镉沉淀和硫化镉沉淀，固液分离后，去除镉沉淀，可将镉离子从废水中去除。磷酸镉的溶度积常数小于氢氧化镉溶度积常数，氢氧化镉溶度积常数小于硫化镉的溶度积常数；而溶度积常数（Ksp）越小，说明处于游离态的浓度越小，即沉淀效果越好。所以，本申请中，优先使用磷酸盐作为除镉沉淀剂。进一步优选，用磷酸钠作为除镉沉淀剂，镉离子的去除效果好且不引入新杂质，废水处理效率高。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、采用本申请的方法，废水处理后的滤液可直接排放或回用，而滤渣和吸附后的吸附材料被制成填埋块，直接用于安全填埋，整个处理过程中不会产生二次污染，有利于保护环境；
2、本申请中，吸附材料首先用于吸附滤液中的镉离子，提高镉离子的去除效率；随后，吸附有镉离子等的吸附材料与滤渣混合被用于制作固化体，此时，吸附材料作为固化体的骨料；固化体被用于安全填埋，吸附材料吸附的镉离子等不会造成二次污染，实现资源的合理利用，节约成本，且保护环境；
3、将由丙烯酸乳液、白水泥、填料和消泡剂组成的防水涂料涂覆于固化体表面，形成厚为1-3mm的防水膜，防水膜拉伸强度大于2.0MPa，在0.3MPa、30min内不透水，防水效果好，且降低了填埋块的浸出率，从而有利于填埋块的安全填埋。