一种处理重金属废水的材料及方法
【专利摘要】本发明公开了一种处理重金属废水的方法，其特征在于由AB两种材料的颗粒按照一定比例混合构成处理重金属废水的材料。所述材料A制备方法是把菱镁矿在700?900℃煅烧，粉碎过200目，加水成型为2?10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料。材料B是凹凸棒石白云岩破碎、筛分获得2?10mm的颗粒材料。把AB两种材料按照质量比1:1?10:1的比例混合用于处理含重金属废水。
【专利说明】
一种处理重金属废水的材料及方法
技术领域
[0001]本发明属于废水处理和非金属矿产资源利用技术领域，涉及水处理材料及方法。
【背景技术】
[0002]我国每年有数百亿立方米的含重金属的废水，包括矿山、冶炼、电解、电镀、农药、医药、油漆、化工、颜料等行业的废水。重金属废水排放导致河流、湖泊沉积物，尤其是土壤受到重金属污染，不仅破坏了生态环境，而且可以通过食物链富集进入人体威胁人类身体健康。
[0003]目前国内外重金属废水的处理方法可以分为两大类:一类是使废水中呈溶解状态的重金属离子转变为不溶的重金属化合物，再经过沉淀或浮选分离从废水中去除。常用的方法有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、氧化还原沉淀法、离子浮选法、电解法、隔膜电解法、生物法等。这些方法中最常用是氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法和氧化还原沉淀法。但共同存在的问题是，沉淀颗粒细小，需要沉淀池，新生细小颗粒很难与水完全分离，水处理效果不稳定，沉淀污泥量大、含水率高、处理困难。在硫化物沉淀法中，沉淀剂很难控制适量，易造成二次污染。离子浮选法、电解法、隔膜电解法等几种方法因处理成本高、系统复杂、维护困难而很少使用。
[0004]另一类方法是在不改变重金属离子化学形态的条件下进行吸附、浓缩和分离，具体方法有反渗透法、电渗析法、膜分离法、蒸发浓缩法、吸附法、离子交换法、溶剂萃取法等，其中广泛关注的是吸附法。吸附法处理重金属废水普遍使用的材料是廉价矿物材料，如膨润土、沸石、海泡石、凹凸棒石、磁黄铁矿、针铁矿等。这些矿物材料或者改性产品对废水中Cd2+、Pb2+、Hg2+、Cu2+等具有较强的吸附作用，但吸附容量有限，一些吸附材料由于具有胶体性质，固液分离和污泥脱水也比较困难。
【发明内容】
[0005]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种处理重金属离子废水的材料及方法，以期达到重金属废水稳定处理、深度处理、无害化处理以及资源回收。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
选择菱镁矿块状矿石和凹凸棒石白云岩作为原料分别经过煅烧、破碎、筛分制备AB两种颗粒材料，把制备的AB两种颗粒材料按照质量比1:1-10:1的比例混合构成处理重金属废水的材料；
所述的材料A制备具体步骤是:选择菱镁矿块状矿石，其中碳酸镁的含量不小于80%;在700-900 0C煅烧菱镁矿，粉碎过200目，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的复合材料；
或者先把菱镁矿粉碎过200目，然后在在700-900°C煅烧，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料；
所述的材料B制备具体步骤是:选择凹凸棒石粘土矿中的凹凸棒石白云岩，其中白云石含量为大于60%，破碎、筛分获得2-1 Omm颗粒材料。
[0007]所述处理重金属废水的材料使用方法，其特征在于:AB两种材料按照质量比1:1_10:1的比例混合使用；
把该混合颗粒材料均匀投入到处理含重金属废水的中和池中，铺设厚度10-50cm，重金属废水从颗粒内部渗透和表面流过，中和并诱导重金属沉淀，形成的重金属沉淀被颗粒物吸附过滤截留；
当出水pH低于7.5或者重金属超过排放标准时，向中和池中均匀补加1cm厚的颗粒材料继续运行；
当中和池底部沉积物积累达到预计高度影响中和反应时，停止废水处理，清除池中的沉积物，重新铺设上述材料开始水处理运行。
[0008]所述重金属废水中重金属离子包括Cd2+、Hg2+、Ag+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Mn2+和/或Fe2+，所述重金属废水中重金属离子浓度为0.5?200mg/L。
[0009]本发明的积极效果体现在:
700-900°C煅烧菱镁矿的产物主要成分是氧化镁，具有水化、缓慢溶解释放羟基的作用，并与粘土质白云岩构成pH缓冲体系，处理重金属废水的过程中出水pH维持在8-10之间，在该PH值下氧化镁和白云石的诱导沉淀作用把重金属离子转变成为氢氧化物和/或碳酸土卜
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[0010]煅烧菱镁矿、凹凸棒石白云岩都具有多孔结构特性，废水中的重金属可以扩散进入颗粒内部发生水-矿物界面反应，提高了反应比表面积，金属离子可以在材料颗粒内部空隙沉淀，提高了固定重金属的容量。
[0011]AB混合原料中主要成分是氧化镁，中和矿山废水等含硫酸盐废水的过程，产物主要易溶的镁盐，少有硫酸钙结晶沉淀，减少了固体废弃物的量。
[0012]本发明处理重金属废水技术方法的优点是:出水pH稳定，不需要固液分离，材料具有中和诱导重金属离子沉淀反应活性，固定重金属的容量大，产物含水率低，便于沉淀污泥的处置和重金属的回收。
【具体实施方式】
[0013]本发明的非限定性实施步骤如下:
实施例1
选择菱镁矿块状矿石，其中碳酸镁的含量90%;
在700-900°C煅烧菱镁矿，粉碎过200目，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料；
选择凹凸棒石粘土矿中的凹凸棒石白云岩，其中白云石含量为75%，破碎、筛分获得2-3mm获得颗粒材料B。
[0014]把AB两种材料按照质量比5:1比例混合使用；
把该混合颗粒材料加入到Φ20mm高500mm的实验柱中，铺设30cm厚；
本实施例配制含Pb2+ 50mg/L的水溶液，调整废水的pH值为4-4.5，作为模拟重金属废水；
把配制的模拟废水用蠕动栗输送按照水力停留时间30min自下而上流过颗粒层，定期取样检测出水的pH和Pb浓度，结果表明在运行的1天内出水pH和Pb浓度都满足排放要求。
[0015]实施例2
选择菱镁矿块状矿石，其中碳酸镁的含量90%;
先把菱镁矿粉碎过200目，然后在在700-900°C煅烧，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料；
选择凹凸棒石粘土矿中的凹凸棒石白云岩，其中白云石含量为75%，破碎、筛分获得4-1Omm获得颗粒材料B。
[0016]把AB两种材料按照质量比2:1比例混合使用；
把该混合颗粒材料加入到Φ20mm高500mm的实验柱中，铺设30cm厚；
本实施例配制含Cu2+ 50mg/L的水溶液，调整废水的pH值为4，作为模拟重金属废水；
把配制的模拟废水用蠕动栗输送按照水力停留时间30min自下而上流过颗粒层，定期取样检测出水的pH和Cu浓度，结果表明出水pH和Cu浓度都满足排放要求。
【主权项】
1.一种处理重金属废水的材料，其特征在于由AB两种颗粒状材料按照质量比1:1-10:1的比例混合构成处理重金属废水的材料； 所述的材料A制备具体步骤是: 把菱镁矿块状矿石，其中碳酸镁的含量不小于80%; 在700-900°C煅烧菱镁矿，粉碎过200目，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料； 或者先把菱镁矿粉碎过200目，然后在在700-900°C煅烧，加水成型为2-10mm颗粒，自然养护，获得由氧化镁、碳酸镁、氢氧化镁构成的具有颗粒强度的复合材料； 所述的材料B制备具体步骤是: 选择凹凸棒石粘土矿中的凹凸棒石白云岩，其中白云石含量为大于60%，破碎、筛分获得2-1 Omm获得颗粒材料。2.根据专利要求I所述一种处理重金属废水的材料使用方法，其特征在于:AB两种材料按照质量比1:1-10:1的比例混合使用； 把该混合颗粒材料均匀投入到处理含重金属废水的中和池中，铺设厚度10-50cm，含重金属废水从颗粒内部渗透和表面流过，中和并诱导重金属沉淀，形成的重金属沉淀被颗粒物吸附过滤截留； 当出水pH低于7.5或者重金属超过排放标准时，向中和池中均匀补加1 cm厚的颗粒材料继续水处理运行； 当中和池底部沉积物积累达到预计高度影响中和反应时，停止废水处理，清除池中的沉积物，重新铺设上述材料开始水处理运行。
【文档编号】C02F1/66GK105858832SQ201610224584
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】李宏伟, 田漪兮, 陈天虎, 谢晶晶, 王翰林, 程鹏
【申请人】合肥工业大学