一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法
【专利摘要】本发明提供一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，该方法采用装有脱汞吸附材料的吸附柱装置对含汞废水进行处理，并借助恒流泵、流量计、水压表对进水流速、流量、进水压力进行调节和监控。本发明所述方法可以实现对高、低浓度的含汞废水的连续、快速处理，使出水汞浓度达到或低于国家排放标准，进而消除汞随污水外排而造成的对周围环境的污染。本发明尤其适合用于电石法聚氯乙烯生产、铅锌矿冶炼、混汞炼金等涉汞行业产生的含汞废水的有效处理。
【专利说明】一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于废水处理领域，涉及一种含汞废水处理方法，特别涉及一种基于脱汞 吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法。
【背景技术】
[0002] 汞，作为一种剧毒、高挥发性的神经毒物，能在生物体内持续累积，且具有长程跨 界污染等特性，被联合国环境规划署列为全球性污染物。近年来，由汞及其化合物所造成的 环境污染问题日益严重，引起人们的普遍关注。
[0003] 来自氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的含汞废水是造成我国环境汞污染的重要 原因。这些行业产生的含汞废水的有效处理对于缓解我国环境汞污染具有十分重要的意 义。但是，现有的含汞废水除汞工艺（化学沉淀-絮凝法和活性炭吸附法）已不能满足日 益严格的环保需求（< 〇. 〇〇5mg/L)，含汞废水的处理方法亟待改进。
[0004] 吸附法是目前被认为最具有应用前景的一种含汞废水处理方法。它是利用吸附剂 材料的表面功能基团以及材料的高比表面积优势，将水体中的重金属离子等污染物吸附到 材料上，从而达到从水体中彻底清除污染物的目的。吸附法工艺简单、效果稳定，不产生二 次污染。但是，这种方法对含汞废水的处理效果主要依赖于吸附剂材料的性能。活性炭作为 一类在废水处理领域被广泛使用的吸附材料，在含汞废水处理领域虽然有一定的应用，但 由于其对汞离子等污染物的吸附靠的是物理吸附作用，吸附性能相对较差，只适合用于处 理成分单一且浓度较低的含汞废水。另外，活性炭吸附法的除汞效率低，废水处理成本高， 再生困难，因而，不适合用于大规模含汞废水的处理。
[0005] 脱汞吸附材料是一类分子结构中含有对汞或汞离子有特殊吸附作用的官能团 (如：巯基、氨基、酰胺基、硫脲基团等）的高分子材料。这类材料对汞及其化合物的吸附性 能好，去除率高。近年来，脱汞吸附材料在含汞废水处理领域中的应用愈来愈受到人们的重 视和关注。
[0006] 中国发明专利201110379128.X公布了 "一种含汞废酸和废水的除汞及汞回收工 艺"，其内容是采用带有直接或者间接与苯环骨架相连的巯基官能团或者带有硫脲官能团 的离子交换树脂处理电石法聚氯乙烯生产过程中产生的含汞废酸和废水，从而达到从含汞 废水中除汞和回收汞的目的。所述发明专利中所使用的离子交换树脂在本质上属于脱汞吸 附材料。但是，由于这种离子交换树脂的价格较高，企业很难接受，从而导致这种含汞废水 处理方法很难被推广应用。
[0007] 中国发明专利ZL201110213421. 9和ZL201110326390. 8分别公布了"一种汞离 子吸附剂"和"一种复合型汞离子吸附剂及其制备方法"。其内容是以壳聚糖、聚乙烯醇和黏 土为原料，制备对汞离子具有很高的吸附容量和较强的吸附选择性的脱汞吸附材料。这两 个发明专利所公布的脱汞吸附材料对汞的吸附性能好（纯粹聚合物型汞离子吸附剂对汞 离子的饱和吸附容量可达585.90mg/g，黏土含量达50%的复合型汞离子吸附剂对Hg(II) 离子的饱和吸附量可达360. 73mg/g)，去除率高，生产成本低，可再生。这些特点决定了上述 发明专利所述的脱汞吸附材料有望被广泛应用于含汞废水处理领域。
[0008] 为此，我们在现有文献的基础上，开发一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞 废水处理方法，简化含汞废水处理工艺流程、降低废水处理成本，实现对含汞废水的有效处 理，进而消除汞随污水外排而造成的对周围环境的污染。
【发明内容】
[0009] 本发明目的在于，针对现有含汞废水处理方法存在的操作工艺复杂、处理效果差、 废水处理成本高、存在二次污染等方面的缺点，提供一种基于脱汞吸附材料的动态连续式 含汞废水处理方法。该方法采用装有脱汞吸附材料的吸附柱装置对含汞废水进行逐级处 理，并借助恒流泵、流量计、水压表对进水流速、流量、进水压力进行调节和监控。本发明所 述方法可以实现对高、低浓度的含汞废水的连续、快速处理，使出水汞浓度达到或低于国家 排放标准，进而消除汞随污水外排而造成的对周围环境的污染。本发明尤其适合用于电石 法聚氯乙烯生产、铅锌矿冶炼、混汞炼金等涉汞行业产生的含汞废水的有效处理。
[0010] 本发明所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，该方法采 用装有脱汞吸附材料的吸附柱装置对含汞废水进行逐级处理，并借助恒流泵、流量计、水压 表对进水流速、流量、进水压力进行调节和监控，具体操作按下列步骤进行：
[0011] a、将含汞废水收集到储水罐中，通过pH计检测废水的pH值，控制含汞废水的pH 在5-7范围；
[0012] b、对步骤a中含汞废水进行过滤，滤除其中的颗粒物、絮体；
[0013] c、将步骤b处理后的含汞废水通入到装有脱汞吸附材料的吸附柱装置中，进行逐 级吸附除汞；
[0014] d、收集并检测出水水样中汞的浓度；
[0015] e、当出水水样中汞的浓度大于0. 005mg/L时，需将含汞废水通入到另一座装有脱 汞吸附材料的吸附柱装置，继续进行吸附除汞，直至出水水样中汞的浓度达到排放标准。
[0016] 步骤c中所述的含汞废水处理用吸附柱装置是由2-5级吸附柱通过彼此串联所组 成，按照进水水流流经的顺序，分别为一级吸附柱、二级吸附柱、三级吸附柱、四级吸附柱和 五级吸附柱。
[0017] 步骤c中所使用的脱汞吸附材料是由壳聚糖、聚乙烯醇和黏土制备而成，为粉体 颗粒状物，粒径为10-200目。
[0018] 所需吸附柱的级数及吸附柱装置的座数根据含汞废水的水量、水质、场地限制实 际情况进行增加或减少。
[0019] 随着进水时间的增长，吸附柱装置中的一级吸附柱首先达到吸附饱和并失效，紧 接着是二级吸附柱、三级吸附柱、四级吸附柱和五级吸附柱。
[0020] 吸附柱完全失效后，向吸附柱中泵入洗脱剂进行脱附再生，所使用的洗脱剂为体 积百分比浓度为5% -30%的盐酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液，或浓度为0. 1-1. 0摩尔/升 的硫脲溶液。
[0021] 本发明所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，该方法是 利用脱汞吸附材料上所含的氨基、酰胺基、c=N等官能团对汞离子的优异螯合性能，将汞 离子及其化合物吸附固定在材料上，从而实现从废水中彻底清除汞的目的。该处理方法在 本质上属于吸附法，但该方法不同于传统的活性炭吸附法。活性炭对汞离子等污染物的吸 附是物理吸附作用，而本发明中所使用的脱汞吸附材料对汞离子的吸附则是化学吸附作 用；活性炭吸附法的除汞效率低，废水处理成本高，再生困难，而本发明所采用的脱汞吸附 材料对汞离子的吸附性能好、去除效率高、材料的生产成本低，有望实现大规模应用。另外， 本发明所采用的脱汞吸附材料可再生、可生物降解，不会产生二次污染。
[0022] 本发明所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，既可用于 高浓度含汞废水的处理，也可用于低浓度含汞废水的深度净化。该法非常适合用于电石法 PVC生产、铅锌矿冶炼、混汞炼金等行业产生的含汞废水的有效处理。运用该方法处理含汞 废水时，可根据含汞废水的水量、水质、场地限制等实际情况增加或减少吸附柱的级数以及 吸附柱装置的座数。
[0023] 本发明所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，该方法所 涉及的吸附剂是中国发明专利ZL201110213421. 9和ZL201110326390. 8所公布的汞离子 吸附剂。该吸附剂是由壳聚糖、聚乙烯醇和黏土制备而成。
[0024] 本发明所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其优点和 效果主要表现在以下几个方面：
[0025] (1)工艺简单，操作方便：采用该方法处理含汞废水，可以实现废水的连续处理和 自动化控制，处理工艺简单，操作方便。
[0026] (2)处理效果好，汞的去除效率高。
[0027] (3)材料可再生、重复使用，废水处理成本低：该含汞废水处理方法所采用的脱汞 吸附材料的生产工艺简单，成本相对较低，用其处理含汞废水时，废水的处理成本相对较 低。另外，脱汞吸附材料在吸附达到饱和之后，可以用洗脱剂对其进行脱附再生，重复使用， 这也将在一定程度上使废水处理成本降低。
[0028] (4)不产生二次污染：采用该方法处理含汞废水一方面不会产生含汞污泥，另一 方面，由于所使用的脱汞吸附材料是一种可生物降解型材料，材料完全失效后可以自然生 物降解，从而有效避免了二次污染隐患。
[0029] (5)市场应用前景好：这种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法， 相对于活性炭吸附法和絮凝沉淀法而言，其处理效果更好，操作更加简便；相对于发明专利 201110379128.X所述的"含汞废酸和废水的除汞和汞回收工艺"而言，其应用领域更广，工 艺更加简单，废水处理成本更低。因此，具有非常好的市场推广、应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示进一步阐述本发明。
[0032] 参照图1，基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，采用由2-5级吸附 柱依次串联所组成的吸附柱装置对含汞废水进行处理，并借助恒流泵、流量计、水压表对进 水流速、流量、进水压力进行调节和监控，具体操作按下列步骤进行：
[0033] a、将含汞废水收集到储水罐中，通过pH计检测废水的pH值，控制含汞废水的pH 在5-7范围；
[0034]b、将步骤a中含汞废水进行过滤，滤除其中的颗粒物、絮体；
[0035] c、将步骤b处理后的含汞废水通入到装有脱汞吸附材料的吸附柱装置中，进行逐 级吸附除汞；
[0036] d、收集并检测出水水样中汞的浓度；
[0037]e、当出水水样中汞的浓度大于0. 005mg/L时，需将含汞废水通入到另一座装有脱 汞吸附材料的吸附柱装置，继续进行吸附除汞，直至出水水样中汞的浓度达到排放标准。
[0038] 本发明所述的含汞废水处理方法中，构成吸附柱装置的吸附柱的级数可根据实际 情况进行调整。吸附柱中装填的颗粒状脱汞吸附材料是由壳聚糖、聚乙烯醇和粘土制备而 成。当含汞废水与材料接触时，含汞废水中的汞离子会与脱汞吸附材料上的官能团发生相 互作用，从而吸附在材料颗粒表面，其反应式如下：
【权利要求】
1. 一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其特征在于该方法采用装 有脱汞吸附材料的吸附柱装置对含汞废水进行逐级处理，并借助恒流泵、流量计、水压表对 进水流速、流量、进水压力进行调节和监控，具体操作按下列步骤进行： a、 将含汞废水收集到储水罐中，通过pH计检测废水的pH值，控制含汞废水的pH在5-7 范围； b、 对步骤a中含汞废水进行过滤，滤除其中的颗粒物、絮体； c、 将步骤b处理后的含汞废水通入到装有脱汞吸附材料的吸附柱装置中，进行逐级吸 附除汞； d、 收集并检测出水水样中汞的浓度； e、 当出水水样中汞的浓度大于0. 005 mg/L时，需将含汞废水通入到另一座装有脱汞吸 附材料的吸附柱装置，继续进行吸附除汞，直至出水水样中汞的浓度达到排放标准。
2. 根据权利要求1所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其 特征在于，步骤c中所述的含汞废水处理用吸附柱装置是由2-5级吸附柱通过彼此串联所 组成，按照进水水流流经的顺序，分别为一级吸附柱、二级吸附柱、三级吸附柱、四级吸附柱 和五级吸附柱。
3. 根据权利要求1所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其 特征在于，步骤c中所使用的脱汞吸附材料是由壳聚糖、聚乙烯醇和黏土制备而成，为粉体 颗粒状物，粒径为10-200目。
4. 根据权利要求1所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其 特征在于，所需吸附柱的级数及吸附柱装置的座数根据含汞废水的水量、水质、场地限制实 际情况进行增加或减少。
5. 根据权利要求1所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其 特征在于，随着进水时间的增长，吸附柱装置中的一级吸附柱首先达到吸附饱和并失效，紧 接着是二级吸附柱、三级吸附柱、四级吸附柱和五级吸附柱。
6. 根据权利要求1所述的一种基于脱汞吸附材料的动态连续式含汞废水处理方法，其 特征在于，吸附柱完全失效后，向吸附柱中泵入洗脱剂进行脱附再生，所使用的洗脱剂为体 积百分比浓度为5%-30%的盐酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液，或浓度为0. 1-1. 0摩尔/升的 硫脲溶液。
【文档编号】C02F9/04GK104355462SQ201410746857
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】王晓焕 申请人:中国科学院新疆理化技术研究所