一种污水处理过程中回收重金属的方法与流程

本发明涉及重金属回收技术领域，具体涉及一种污水处理过程中回收重金属的方法。

背景技术：

专利文件(cn1554596)公开了一种重金属污水处理及重金属回收的装置和方法。含重金属的污水进入反应器后，调节反应器内的溶液ph值到10，通过风机引入压缩空气，并通过位于反应器底部的穿孔管扩散到反应器内，反应后的污水通过出水泵的作用经过膜组件从反应器内导出，出水在管道混合器内将酸碱调节到8.5左右，膜组件通过反洗装置进行清洗，反应器内的固体重金属化合物定期通过排放口排出，回收利用。本发明具有布局紧凑、占地少、自动化程度高、出水水质好等特点，但是该重金属回收方法无法选择性的回收重金属。

技术实现要素：

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种污水处理过程中回收重金属的方法，羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于重金属具有选择性吸附的特征以及不同的再释放能力，使得本发明可以选择性地回收废水中的重金属，达到水体净化和重金属资源化回收的双重效果，对于环境保护以及实现清洁生产，通过设置的分离烘干装置能够对反应液中复合材料充分脱水及烘干，便于下一个步骤的使用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种污水处理过程中回收重金属的方法，包括以下步骤：

s1、按比例往污水中投入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以选择性吸附污水中含cr3⁺在内的重金属离子；其中，所述羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料以多孔的生物炭材料作为基底，然后将壳聚糖包覆在生物炭材料表面，最后通过引发自由基链式反应将羧基官能团接枝聚合到壳聚糖的n原子或者o原子上而形成；

s2、对步骤s1的反应液进行沉淀，通过分离烘干装置将反应液中的吸附有重金属离子的复合材料固体分离出来并烘干，将反应液从溶液进口倒入分离烘干箱中，通过溶液进口与连接口连通将反应液送入分离筒中，启动电机支撑架上的伺服电机，运行的伺服电机通过联轴器带动转轴转动，转动的转轴带动输送桨离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒，并通过分离烘干箱流入溶液收集箱中，同时烘干筒中的加热棒对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板上的电动气缸，电动气缸拉动活动挡板远离分离筒的一端，分离筒内部的输送桨继续输送复合材料，将复合材料从分离筒的一端排出，并从复合材料出口排到分离烘干箱的外部，而溶液保留后续使用；

s3、利用乙二胺四乙酸二钠盐溶液洗涤步骤s2所得的复合材料固体，以进行重金属离子的解吸；然后再次进行沉淀分离出固体并烘干，洗涤液保留后续使用；其中，分离出的固体仍吸附有cr3⁺；

s4、将步骤s3所分离出的吸附有cr3⁺的固体进行灼烧，所述复合材料挥发，得到cr2o3晶体；对步骤s3所得到的洗涤液，进行除cr3⁺以外的其它重金属离子的去除和回收利用；

s5、对步骤s2固液分离后的溶液，继续按比例加入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以吸附剩余的重金属离子并执行步骤s6；

s6、若步骤s2固液分离后的溶液中仍含有cr3⁺，则重复步骤s2～s5；否则，重复步骤s2、s3和s5，直至溶液中的重金属含量符合要求。

进一步在于：所述s1中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与初始重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/l。

进一步在于：所述s5中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与当前溶液中重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/l。

进一步在于：所述s2中的烘干以及步骤s3中的烘干，烘干温度均为80～100℃，时间24～48小时。

进一步在于：所述s3中所用的乙二胺四乙酸二钠盐溶液浓度为0.01～0.02mol/l。

进一步在于：所述s4中对吸附有cr3⁺的固体进行灼烧的温度为550～600℃，灼烧1小时。

进一步在于：所述s2中的分离烘干装置包括支撑架，所述支撑架的上表面固定安装有分离烘干箱，所述支撑架的上表面靠近烘干箱的两侧均固定安装有轴座固定架，两个轴座固定架的上表面均固定安装有轴承座，所述分离烘干箱的上表面固定安装有溶液进口，所述支撑架的上表面靠近一端的位置固定安装有电机支撑架，所述电机支撑架的上表面固定安装有伺服电机，所述支撑架的下方固定安装有与分离烘干箱连通的溶液收集箱，所述分离烘干箱的左右两侧均固定安装有侧挡板，所述分离烘干箱的上下内壁固定安装有若干个等距分布的支撑板，两个侧挡板的之间固定安装有分离筒，所述分离筒贯穿若干个支撑板，所述分离筒的上表面靠近一端的位置开设有与溶液进口连通的连接口，所述分离筒的表面开设若干个等距分布的小孔；

其中一个侧挡板的向内侧面固定安装有两个电动气缸，两个电动气缸的活塞杆固定安装有活动挡板，所述活动挡板的一侧表面固定安装有垫板，两个电动气缸的活塞杆均贯穿垫板，所述活动挡板的另一侧表面与分离筒的一端相接触，所述伺服电机的输出轴传动安装有联轴器，所述伺服电机的输出轴固定安装有贯穿联轴器的转轴。

进一步在于：所述转轴依次贯穿两个轴承座、分离筒，所述转轴的圆弧侧面位于侧挡板的一侧表面固定安装有填料头，所述转轴位于搅拌筒内部的圆弧表面固定安装有烘干筒，所述烘干筒的内部固定安装有加热棒，所述垃圾脱水箱的下表面开设有复合材料出口。

本发明的有益效果：

1、通过设置的分离烘干装置能够对反应液中复合材料充分脱水及烘干，便于下一个步骤的使用，将反应液从溶液进口倒入分离烘干箱中，通过溶液进口与连接口连通将反应液送入分离筒中，启动电机支撑架上的伺服电机，运行的伺服电机通过联轴器带动转轴转动，转动的转轴带动输送桨离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒，并通过分离烘干箱流入溶液收集箱中，同时烘干筒中的加热棒对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板上的电动气缸，电动气缸拉动活动挡板远离分离筒的一端，分离筒内部的输送桨继续输送复合材料，将复合材料从分离筒的一端排出，并从复合材料出口排到分离烘干箱的外部；

2、本发明的羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于重金属具有选择性吸附的特征以及不同的再释放能力，使得本发明可以选择性地回收废水中的重金属，达到水体净化和重金属资源化回收的双重效果，对于环境保护以及实现清洁生产、可持续发展均是有意义的。尤其是对于污水中重金属含量较高的cr3+，cr3+属于一种路易斯硬酸，在所有的重金属中具有最强的硬度，倾向于与羧基等路易斯硬碱通过共价键发生牢固的结合，因为该复合材料中含有大量的羧基，对cr3+具有很强的吸附亲和力，可以选择性地将cr3+分离纯化出来。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明分离烘干装置的整体结构示意图；

图2是本发明中分离烘干装置的内部结构示意图；

图3是本发明中输送桨的结构示意图；

图4是本发明中烘干筒的内部结构示意图。

图中：1、支撑架；2、溶液收集箱；3、分离烘干箱；4、溶液进口；5、电机支撑架；6、伺服电机；7、联轴器；8、轴承座；9、轴座固定架；10、填料头；11、转轴；12、侧挡板；13、支撑板；14、分离筒；15、连接口；16、输送桨；17、活动挡板；18、垫板；19、电动气缸；20、复合材料出口；21、烘干筒；22、加热棒。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4所示，一种污水处理过程中回收重金属的方法，包括以下步骤：

s1、按比例往污水中投入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以选择性吸附污水中含cr3⁺在内的重金属离子；其中，所述羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料以多孔的生物炭材料作为基底，然后将壳聚糖包覆在生物炭材料表面，最后通过引发自由基链式反应将羧基官能团接枝聚合到壳聚糖的n原子或者o原子上而形成；

s2、对步骤s1的反应液进行沉淀，通过分离烘干装置将反应液中的吸附有重金属离子的复合材料固体分离出来并烘干，将反应液从溶液进口4倒入分离烘干箱3中，通过溶液进口4与连接口15连通将反应液送入分离筒14中，启动电机支撑架5上的伺服电机6，运行的伺服电机6通过联轴器7带动转轴11转动，转动的转轴11带动输送桨16离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒14，并通过分离烘干箱3流入溶液收集箱2中，同时烘干筒21中的加热棒22对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板12上的电动气缸19，电动气缸19拉动活动挡板17远离分离筒14的一端，分离筒14内部的输送桨16继续输送复合材料，将复合材料从分离筒14的一端排出，并从复合材料出口20排到分离烘干箱3的外部，而溶液保留后续使用；

s3、利用乙二胺四乙酸二钠盐溶液洗涤步骤s2所得的复合材料固体，以进行重金属离子的解吸；然后再次进行沉淀分离出固体并烘干，洗涤液保留后续使用；其中，分离出的固体仍吸附有cr3⁺；

s4、将步骤s3所分离出的吸附有cr3⁺的固体进行灼烧，所述复合材料挥发，得到cr2o3晶体；对步骤s3所得到的洗涤液，进行除cr3⁺以外的其它重金属离子的去除和回收利用；

s5、对步骤s2固液分离后的溶液，继续按比例加入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以吸附剩余的重金属离子并执行步骤s6；

s6、若步骤s2固液分离后的溶液中仍含有cr3⁺，则重复步骤s2～s5；否则，重复步骤s2、s3和s5，直至溶液中的重金属含量符合要求。

所述s1中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与初始重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/l；所述s5中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与当前溶液中重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/l；所述s2中的烘干以及步骤s3中的烘干，烘干温度均为80～100℃，时间24～48小时；所述s3中所用的乙二胺四乙酸二钠盐溶液浓度为0.01～0.02mol/l；所述s4中对吸附有cr3⁺的固体进行灼烧的温度为550～600℃，灼烧1小时。

所述s2中的分离烘干装置包括支撑架1，所述支撑架1的上表面固定安装有分离烘干箱3，所述支撑架1的上表面靠近烘干箱3的两侧均固定安装有轴座固定架9，两个轴座固定架9的上表面均固定安装有轴承座8，所述分离烘干箱3的上表面固定安装有溶液进口4，所述支撑架1的上表面靠近一端的位置固定安装有电机支撑架5，所述电机支撑架5的上表面固定安装有伺服电机6，所述支撑架1的下方固定安装有与分离烘干箱3连通的溶液收集箱2，所述分离烘干箱3的左右两侧均固定安装有侧挡板12，所述分离烘干箱3的上下内壁固定安装有若干个等距分布的支撑板13，两个侧挡板12的之间固定安装有分离筒14，所述分离筒14贯穿若干个支撑板13，所述分离筒14的上表面靠近一端的位置开设有与溶液进口4连通的连接口15，所述分离筒14的表面开设若干个等距分布的小孔；

其中一个侧挡板12的向内侧面固定安装有两个电动气缸19，两个电动气缸19的活塞杆固定安装有活动挡板17，所述活动挡板17的一侧表面固定安装有垫板18，两个电动气缸19的活塞杆均贯穿垫板18，所述活动挡板17的另一侧表面与分离筒14的一端相接触，所述伺服电机6的输出轴传动安装有联轴器7，所述伺服电机6的输出轴固定安装有贯穿联轴器7的转轴11；所述转轴11依次贯穿两个轴承座8、分离筒14，所述转轴11的圆弧侧面位于侧挡板12的一侧表面固定安装有填料头10，所述转轴11位于搅拌筒14内部的圆弧表面固定安装有烘干筒21，所述烘干筒21的内部固定安装有加热棒22，所述垃圾脱水箱3的下表面开设有复合材料出口20。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。