一种含镉废水的处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种含镉废水的处理工艺，其包括废水过滤、调节pH值，改性蒙脱石重金属吸附剂吸附和二次过滤等步骤；本发明中的含重金属镉废水处理工艺简单，效果优良，经处理后的废水能够达到排放标准，采用的改性蒙脱石重金属吸附剂制作工艺简单易行，采用的改性蒙脱石重金属吸附剂在处理完废水后，经简单处理可以重复使用。
【专利说明】
一种含镉废水的处理工艺
技术领域
[0001]本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种含镉废水的处理工艺。
【背景技术】
[0002]镉作为原料或催化剂用于生产电池、塑料、颜料和试剂;还可作为生产不锈钢、合金、电视机荧光屏等的原料;另外镉还是原子核反应堆用控制棒的材料之一。镉的广泛应用造成了它的环境污染。镉污染首先是对土壤和水体的污染。含镉废水主要有:含镉矿山的开采和冶炼所产生的废水、镉化合物工业废水、镍镉电池生产废水及电镀含镉废水。镉对人体有害，它可以通过食物链在人体蓄积，或者直接作用于人体而引发急、慢性镉中毒。急性镉中毒主要表现为发热、咳嗽、乏力、胸闷、肢体酸痛等;慢性镉中毒主要表现为尿镉升高，病情继续发展会造成肾脏、肝脏及肺部损害，并伴有骨质疏松症和骨质软化症。我国和日本都曾经出现过污染区镉中毒的情况。因此，含镉废水的有效处理刻不容缓，研究、开发高效经济的含镉废水的处理技术，具有重大的社会、经济和环境意义。
[0003]现有的含镉废水处理技术中，离子交换法、沉淀法、吸附法和电解法是应用较多、较成熟的可靠技术。但是也存在众多的不足，例如电解法，虽然去除重金属镉离子的效果还不错，但是在处理过程中，特别是大量废水的处理过程中会消耗大量的电能，其能源消耗较大，难以符合目前所倡导的节能减排的要求;沉淀法，沉淀法又通常可分为化学沉淀和物理沉淀，化学沉淀就是往废水中添加大量的碱，使废水呈碱性，然后生成难溶的沉淀物，经过滤除去，物理方法是往含重金属废水中添加絮凝剂，絮凝剂多为胶体，利用其表面大量相仿电荷吸附重金属离子，然后靠重力沉降后经过滤等方法除去;离子交换法和吸附法，虽然操作简单，能耗小，但是也存在单一方法处理时效果不佳的问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本发明提供了一种能耗低，处理工艺简单易行，对重金属镉的处理效果良好，处理废水后的处理剂能够循环使用的含镉废水处理工艺。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、将废水的pH值调节至7?8;
三、按40?50kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理20?60小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0006]含镉废水中虽然主要的污染物是其中的重金属镉离子，但是废水中难免会有大体积的固体废弃物，需要除去，以防对之后的重金属镉处理过程产生不良影响;重金属镉在酸性环境中的溶解度最高，在处理前将废水的PH值调节至7?8的弱碱性环境可以在一定程度上降低废水中的重金属镉的含量，同时不过度的调节PH使废水呈强碱性，这样可以降低碱溶液的投入，也可以减少废水处理后再次调节pH值的步骤，简化工艺;改性蒙脱石重金属吸附剂处理时，曝气处理，其一是利用气流进行搅拌作用，使重金属吸附剂与废水的接触增多，二来是向其中通入大量的氧气，可以通过反应去除废水中的一些高耗氧量污染物。
[0007]作为优选，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为1:2?5配制蒙脱石分散液；
b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散10?30分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为I: 3?7;
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在300?450°C下焙烧I?1.5小时；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理15?20分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0008]蒙脱石是一种层状的铝硅酸盐矿物，其层间具有丰富的可交换阳离子，而且由于其具有的层间结构，具有一定的吸附性能，但是由于其层间距在Inm左右，由于其层间可交换离子的存在，能够吸附的重金属离子有限，需要对其进行改性处理;羟基铝离子是一种以铝离子为中心离子，众多羟基由于离子带电性围绕铝离子形成的大型聚合离子团，其可以在水溶液中稳定的存在，由于其外层有大量的羟基包围，因此其具有异常优良的离子交换性能，而且该种聚合离子团的尺寸合适，与蒙脱石的层间距相近，经处理后可以进入蒙脱石的层间，并将层状的蒙脱石撑开一定距离，增加蒙脱石的层间距，在蒙脱石层间起到柱撑作用，使蒙脱石的吸附性能变的更加优良，能够具有更加优良的吸附性能，也能拓展其吸附的吸附物种类;高温焙烧后，可以除去其中的羟基，使层间的羟基铝离子变为纳米氧化铝，将蒙脱石层间结构撑开，扩大层间距。
[0009]作为优选，步骤二中采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾调节pH值。
[0010]作为优选，步骤a中的蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至400目至600目，然后在75被％乙醇溶液中浸泡20?30分钟，然后用去离子水清洗I?3次后干燥。
[0011]蒙脱石提纯处理过程，先后在乙醇和盐酸中浸泡，可以去除蒙脱石表面附着的有机物和杂质，特别是盐酸处理，可以去除填充在蒙脱石孔道和层间的无机杂质，是其具有更多的吸附空间，具有更强的吸附能力。
[0012]作为优选，羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.003?0.03mol/L氯化铝加入到pH为7.5?8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为1.8?2.5:1。
[0013]作为优选，改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在5?7mol/L的氯化钠溶液中超声处理0.5?2.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0014]作为优选，步骤c中，控制插层改性蒙脱石焙烧时的升温速率为I?5°C/分钟，焙烧后自然降温。
[0015]缓慢的升温速率可以使改性蒙脱石层间的氧化铝结晶更加完整。
[0016]作为优选，轻基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在18?24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70?90°C。
[0017]作为优选，轻基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在20分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为90 °C。
[0018]羟基铝离子虽然是一种可以稳定存在的聚合阳离子团，但是在制备过程中如果添加的速率过慢或者过快都会影响羟基铝离子的形成，也会影响所形成的羟基铝离子的稳定性。
[0019]因此，本发明具有以下有益效果:
(1)本发明中的含重金属镉废水处理工艺简单，效果优良，经处理后的废水能够达到排放标准；
(2)本发明中所采用的改性蒙脱石重金属吸附剂制作工艺简单易行；
(3)本发明中所采用的改性蒙脱石重金属吸附剂在处理完废水后，经简单处理可以重复使用。
【具体实施方式】
[0020]下面结合【具体实施方式】对本发明的技术方案作进一步的说明。
[0021]实施例1
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾将废水的pH值调节至7.5;
三、按45kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理40小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂；
五、改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在6mol/L的氯化钠溶液中超声处理1.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0022]其中，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石按固液质量比为1:3.5配制蒙脱石分散液；
b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散20分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为1: 5;羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.01mol/L氯化铝加入到pH为8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为1.21:1；
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在400°C下焙烧I?1.3小时；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理18分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0023]实施例2
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾将废水的pH值调节至7.5;
三、按45kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理40小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂；
五、改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在6mol/L的氯化钠溶液中超声处理1.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0024]其中，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为I: 3.5配制蒙脱石分散液;蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至500目，然后在75的％乙醇溶液中浸泡25分钟，然后用去离子水清洗2次后干燥； b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散20分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为1: 5;羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.01mol/L氯化铝加入到pH为8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为2.1: I ；
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在400°C下焙烧1.3小时；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理18分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0025]实施例3
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾将废水的pH值调节至7;
三、按40kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理20小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂；
五、改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在5mol/L的氯化钠溶液中超声处理0.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0026]其中，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为1:2配制蒙脱石分散液;蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至400目，然后在75的％乙醇溶液中浸泡20分钟，然后用去离子水清洗I次后干燥；
b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散10分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为1: 3;羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.003mo 1/L氯化铝加入到pH为7.5的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为1.8:1;羟基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在18分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70°C ；
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在300°C下焙烧I小时;控制插层改性蒙脱石焙烧时的升温速率为1°C/分钟，焙烧后自然降温；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理15分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0027]实施例4
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾将废水的pH值调节至7.5;
三、按45kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理40小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂；
五、改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在6mol/L的氯化钠溶液中超声处理1.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0028]其中，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为I: 3.5配制蒙脱石分散液;蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至500目，然后在75的％乙醇溶液中浸泡25分钟，然后用去离子水清洗2次后干燥；
b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散20分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为1: 5;羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.0lmol/L氯化铝加入到pH为7.8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为2.1: I;羟基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在21分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为80°C ；
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在400°C下焙烧1.3小时;控制插层改性蒙脱石焙烧时的升温速率为:3 °C/分钟，焙烧后自然降温；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理18分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0029]实施例5
一种含镉废水的处理工艺，包括以下步骤:
一、废水过滤；
二、采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾将废水的pH值调节至8，；
三、按50kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理60小时；
四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂；
五、改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属镉后可以在7mol/L的氯化钠溶液中超声处理2.5小时后回收再次用于处理含镉废水。
[0030]其中，改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得:
a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为1:5配制蒙脱石分散液;蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至600目，然后在75的％乙醇溶液中浸泡30分钟，然后用去离子水清洗3次后干燥；
b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散30分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为1: 7;羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.03mol/L氯化铝加入到pH为8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为2.5:1;羟基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为90°C ；
c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在450°C下焙烧1.5小时;控制插层改性蒙脱石焙烧时的升温速率为5 °C/分钟，焙烧后自然降温；
d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理20分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。
[0031]通过本发明可以实现以下技术指标:
经本发明中的处理工艺处理后的含镉废水中镉含量<0.01mg/L。
【主权项】
1.一种含镉废水的处理工艺，其特征在于包括以下步骤: 一、废水过滤； 二、将废水的pH值调节至7?8; 三、按40?50kg/m3添加量向废水中添加改性蒙脱石重金属吸附剂，并曝气处理20?60小时； 四、过滤除去吸附重金属镉后的改性蒙脱石重金属吸附剂。2.根据权利要求1所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于所述的改性蒙脱石重金属吸附剂由以下步骤制得: a)蒙脱石提纯，提纯后按固液质量比为1:2?5配制蒙脱石分散液； b)向步骤a中配制的蒙脱石分散液中加入羟基铝离子溶液，超声分散10?30分钟后，将溶液干燥，制得插层改性蒙脱石;其中蒙脱石分散液与羟基铝离子溶液的质量比为I: 3?7; c)将步骤b制得的插层改性蒙脱石在300?450°C下焙烧I?1.5小时； d)将经步骤c焙烧后的插层改性蒙脱石加入到6mol/L的氯化钠溶液中，超声处理15?20分钟，并干燥后制得改性蒙脱石重金属吸附剂。3.根据权利要求1所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述步骤二中采用lmol/L的乙酸和lmol/L的乙酸钾调节pH值。4.根据权利要求2所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述步骤a中的蒙脱石提纯处理为先将蒙脱石研磨至400目至600目，然后在75wt%Z醇溶液中浸泡20?30分钟，然后用去离子水清洗I?3次后干燥。5.根据权利要求2所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于所述的羟基铝离子溶液由以下方法制得:0.003?0.03mol/L氯化铝加入到pH为7.5?8的氢氧化钠溶液制得，其中控制氢氧根离子和铝离子的摩尔比为1.8?2.5:1。6.根据权利要求1或2所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述的改性蒙脱石重金属吸附剂在吸附重金属锦后在5?7mol/L的氯化钠溶液中超声处理0.5?2.5小时后回收再次用于处理含镉废水。7.根据权利要求2所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述步骤c中，控制插层改性蒙脱石焙烧时的升温速率为I?5 °C /分钟，焙烧后自然降温。8.根据权利要求5所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述羟基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在18?24分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为70?90 °C。9.根据权利要求8所述的一种含镉废水的处理工艺，其特征在于:所述羟基铝离子溶液在制备过程中，氯化铝溶液在20分钟内匀速加入到氢氧化钠溶液中，并控制加入时的温度为 90°C。
【文档编号】B01J20/30GK105983387SQ201610313617
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】孙静亚, 高志伟, 张异凡
【申请人】浙江海洋大学