一种处理重金属废水的方法
【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的河流和湖泊流沉积物，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，已经成为威胁人类身体健康的大敌。
[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，沉淀污泥属于危险性废物，污泥量大，含水率高，污泥处理困难。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Cd' Pb' Hg' Cu2+等具有较强的吸附作用，但吸附容量有限，处理后固体中重金属含量仅为1-5%，达不到资源化的要求，重金属在废物中不稳定，容易溶出造成二次污染，反而成为危险性的废物，再次处置含重金属的固体废物的成本很高，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，提供一种处理含重金属离子的废水的材料及方法，以期达到重金属废水的稳定处理、深度处理、无害化处理以及资源的回收。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案是:
[0007]本发明处理重金属废水的方法，其特点是:
[0008]选择凹凸棒石粘土矿层中产出的粘土质白云岩作为原料，在所述粘土质白云岩中白云石含量为55?65%，凹凸棒石和蛋白石的含量为35?45% ；
[0009]把粘土质白云岩破碎、筛分获得粒径在0.5?2mm的粘土质白云岩颗粒物；
[0010]以所述粘土质白云岩颗粒物作为填料装填滤池；或者，把所述粘土质白云岩颗粒物在500?900°C煅烧30?120min，获得煅烧粘土质白云岩颗粒物，以所述煅烧粘土质白云岩颗粒物作为填料装填滤池；或者，把粘土质白云岩颗粒物与煅烧粘土质白云岩颗粒物按照质量比1:1?5:1的比例混合后作为填料装填滤池；
[0011]以水力停留时间0.5?3h的过滤方式处理重金属废水，其中的粘土质白云岩颗粒物和/或煅烧粘土质白云岩颗粒物缓慢水化释放羟基，提高水的PH值在8?9之间，促进重金属离子水解形成氢氧化物沉淀或者碱式碳酸盐沉淀；
[0012]当出水中重金属离子浓度超过国家废水重金属排放标准时，在滤池内补加I?5cm厚的粘土质白云岩颗粒物和/或煅烧粘土质白云岩颗粒物，继续进行废水处理；
[0013]当滤池填料不能与水中的重金属离子发生沉淀反应时，或者因氢氧化物沉淀或者碱式碳酸盐沉淀大量积聚而发生堵塞时:排出滤池内液体，向所述滤池内加入质量浓度为5?10%的盐酸或硫酸，以溶解滤池内的氢氧化物和碱式碳酸盐，形成溶解液，电解所获得的溶解液以回收重金属；或者取出滤池内包括失效填料、氢氧化物和碱式碳酸盐的固体物质，把固体物质在500?700°C热工处理，使氢氧化物和碱式碳酸盐转变为稳定的硅酸盐，消除重金属的二次污染。
[0014]所述重金属废水中重金属离子包括Cd2+、Pb2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、MnlP /或Fe 2+，所述重金属废水中重金属离子浓度为0.5?200mg/L。
[0015]本发明的积极效果体现在:
[0016]高分辨扫描电镜研究发现凹凸棒石粘土矿中的粘土质白云岩由纳米矿物凹凸棒石-白云石组成(图1)，具有天然的纳米多孔结构特性(图2)。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。
[0017]粘土质白75Γ岩中主要矿物组分是纳米白75Γ石，具有反应活性尚、快速中和废水的酸性物质和提高废水pH值的作用，促使重金属离子水解沉淀和交换沉淀形成重金属的氢氧化物或者碱式碳酸盐。由于溶解碳酸盐的缓冲作用，水溶液pH维持在在6-7之间，不仅出水PH值稳定，而且有利于沉淀晶体的生长成为粗粒晶体，减轻由于微细胶体颗粒沉淀对孔隙的堵塞和对材料表面的包覆。
[0018]强度测试表明该材料颗粒具有一定的强度和耐水性，可以作为活性滤料以过滤方式处理含重金属废水，不仅材料使用方便，而且避免了处理废水后复杂的污泥脱水工序。
[0019]当废水中的重金属为Cu2+、Co2+、Ni2+等价值较高的金属时，处理重金属废水后的固体在滤柱内直接用稀酸溶解，溶解液电解回收有价重金属，固体残渣作为废物抛弃。
[0020]粘土质白云岩中的纳米棒状凹凸棒石、无定形结构的高活性蛋白石在处理重金属废水的过程中基本不发生反应，残留在固体中。但是处理废水后固体中的凹凸棒石、蛋白石在较低的煅烧温度下即可与重金属氢氧化物、碳酸盐发生化合反应形成化学性质稳定的硅酸盐。当废水中的重金属为Cd' Pb' Zn' Mn' Fe2+等低值的金属时，移出失效的固体物质，在高温炉中500-700°C煅烧，其中的重金属与凹凸棒石、蛋白石化合形成重金属的娃酸盐物相，防治重金属二次污染。
【附图说明】
[0021 ] 图1为粘土质白云岩的X射线衍射图谱(图中P代表凹凸棒石特征衍射峰，D代表白云石特征衍射峰)；
[0022]图2为粘土质白云岩的场发射扫描电镜图像，呈现出纳米白云石(菱面体形态晶体)、凹凸棒石(棒状、束状晶体)混杂交生，白云石晶体内部普遍出现空洞，具有天然的纳米多孔结构特性。
【具体实施方式】
[0023]本发明的非限定性实施步骤