一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料及其制备方法
【专利摘要】本发明属于水污染控制工程重金属污染物净化技术领域。一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料，其特征在于它由包含填料、水、Na2CO3溶液、二价金属离子溶液和三价金属离子溶液制备而成，填料、水、Na2CO3溶液的配比为100?200g：500ml：10mL，填料质量与二价金属离子溶液中二价金属离子摩尔数、三价金属离子溶液中三价金属离子摩尔数之比为2?4Kg：2?4mol：1?2mol。在热水浴中，利用二价金属化合物和三价金属化合物在碱性条件下发生共沉淀反应，生成双金属氢氧化物沉淀附着于溶液中的填料表面，并生成层状双金属氢氧化物膜；经离心分离后，在烘箱中干燥使层状双金属氢氧化物膜固着于填料表面，改变填料表面微孔结构，增强填料对六价铬的吸附能力，对六价铬的去除具有优良的效果。
【专利说明】
一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于水污染控制工程重金属污染物净化技术领域，涉及一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]我国铬污染主要来源于铬盐厂、铬渣堆放场地、电镀企业及鞣革企业等。据统计，全国每年排放铬渣约60万吨，而经妥善处理或综合利用的不足5万吨。由于历史原因和现有技术的不完善，造成了很多含铬废水以及铬渣填埋厂废水未经处理直接排入江、河、湖泊，对水环境造成严重威胁。目前，铬已经分布于整个环境介质中，包括水体、土壤和大气。当前含铬废水大多采用还原沉淀法处理，它因其操作简单运行效果较好而广泛使用;但在使用过程中，存在投加药剂量大导致成本过高、后续含铬污泥难以处理，以及出水不稳定等问题。
[0003]快速渗滤系统是一种新型的污水处理技术，是在污水渗滤处理的基础上发展起来的，通过渗滤填料及填料上生长的微生物对污染物的过滤截留、吸附、离子交换等作用，实现水体的净化。该系统的快渗池内填充一定颗粒级配的填料，采用干、湿交替运行的方式，既保证有较高的水力负荷，又能满足出水的处理目标。快速渗滤系统可有效应用于水体中重金属污染物的去除，但现有系统中的主要问题在于水力负荷偏低、填料净化能力较弱及其易饱和等。
[0004]层状双金属复合氢氧化物作为一类经典的阴离子层状黏土材料，已引起科技工作者的广泛研究兴趣，并且在催化、光化学、电化学、电磁学、生物医学和环境等领域已有相应的研究，其制作成吸附材料的作用机理主要在于表面吸附、层间阴离子交换、阴离子插层等作用；而含铬废水的净化正可基于此作用，实现其对主要以阴离子形态存在于水体中的六价铬的去除。目前在水环境治理领域，将层状双金属复合氢氧化物与快速渗滤系统填料相结合，并将其应用到含铬废水处理的例子未见报导。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的现状与不足，提供一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料及其制备方法，该方法制备的填料有利于提高填料的吸附容量和阴离子交换性能，对六价铬的去除具有优良的效果。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为:一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料，其特征在于它由包含填料、水、Na2CO3溶液、二价金属离子溶液和三价金属离子溶液制备而成，填料、水、Na2CO3溶液的配比为100-200g: 500ml: 10mL，填料质量与二价金属离子溶液中二价金属离子摩尔数、三价金属离子溶液中三价金属离子摩尔数之比为2-4Kg:2_4moI:I_2mo10
[0007]—种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤:
[0008]I)选取洗净后的填料(快速渗滤系统的填料)，按每100-200g填料加入500ml水(蒸馏水)的比例，将填料和水置于玻璃容器中，同时投加Na2CO3溶液1mL;
[0009]2)按照填料质量与二价金属离子摩尔数和三价金属离子摩尔数之比为2-4Kg:2_4mol: l_2mol，称取一种二价金属化合物和一种三价金属化合物固体分别配制成二价金属离子溶液和三价金属离子溶液，将两种溶液同时加入步骤I)所述的玻璃容器中，并不断加入NaOH溶液维持pH为11 -12，搅拌均匀；
[0010]3)将步骤2)所述玻璃容器放置于恒温水浴锅，加热煮沸使温度持续保持80-90°C;恒温水浴持续4-6小时；
[0011]4)取出经步骤3)处理后的填料混合物，离心分离得到固体基质，然后干燥后取出，即得到一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料。
[0012]按上述方案，所述二价金属离子溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。
[0013]按上述方案，所述三价金属离子溶液的浓度为0.1-0.2mol/L。
[0014]按上述方案，所述的二价金属化合物为Ca2+、Ni2+、Mg2+或者Zn2+的氯化盐、硫酸盐或硝酸盐中的一种。
[0015]按上述方案，所述的三价金属化合物为Al3+、Fe3+或者Co3+的氯化盐、硫酸盐或硝酸盐中的一种。
[0016]按上述方案，所述的填料(快速渗滤系统的填料)为生物陶粒、砾石、石英砂、沸石、钢渣、无烟煤、蛭石中的一种。
[0017]按上述方案，所述的填料粒径为5-20mm。
[0018]按上述方案，所述的填料球形度彡80%。
[0019]按上述方案，所述的NaOH溶液质量浓度为10wt%。
[0020]按上述方案，所述的Na2CO3溶液摩尔浓度为0.lmol/L。
[0021 ] 按上述方案，所述的离心的转速为1000_1500r/min。
[0022]本发明的反应原理如下:在热水浴中，利用二价金属化合物和三价金属化合物在碱性条件下(pH值为11-12)发生共沉淀反应，两种不同价位的金属离子同时在碱性环境中生成双金属氢氧化物沉淀附着于溶液中的填料表面，并生成层状双金属氢氧化物膜;经离心分离后，在烘箱中干燥使层状双金属氢氧化物膜固着于填料表面，改变填料表面微孔结构，增强填料对六价铬的吸附能力。
[0023]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0024]第一，本发明中一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料，应用于快速渗滤系统建设后，由双金属氢氧化物-填料共同组成的协同净化体系增强了对六价铬污染物的物理拦截、化学吸附和阴离子交换能力，确保了含铬废水的去除，达到高效、稳定净化的效果，对快速渗滤系统净化六价铬具有优良效果。
[0025]第二，本发明一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料，能延长快速渗滤系统填料的使用寿命，并有利于填料的再生使用。
[0026]第三，本发明所选取的常用基质材料简单易得，成本低廉;且应用范围不仅仅局限于快速渗滤系统填料。
【具体实施方式】
[0027]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0028]实施例1
[0029]—种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，它包括如下步骤:
[0030]I)选取洗净后的填料(快速渗滤系统常用的生物陶粒)，按每10g填料加入500ml水(蒸馏水)的比例，将填料和水置于玻璃容器中，同时投加0.lmol/L的Na2CO3溶液1mL;[0031 ] 所述的填料为生物陶粒，粒径为5-20mm，球形度彡80%。
[0032]2)按照填料质量与二价金属离子摩尔数和三价金属离子摩尔数之比为2Kg:2mol:Imol，称取一种二价金属化合物和一种三价金属化合物固体分别配制成0.2mol/L的二价金属离子溶液和0.lmol/L的三价金属离子溶液，将两种溶液同时加入步骤I)所述的玻璃容器中，并不断加入NaOH溶液维持pH为11，搅拌均匀;所述的NaOH溶液质量浓度为1wt %。
[0033]所述的二价金属化合物为氯化锌，所述的三价金属化合物为氯化钴。
[0034]3)将步骤2)所述玻璃容器放置于恒温水浴锅，加热煮沸使温度持续保持80°C;恒温水浴持续4小时；
[0035]4)取出经步骤3)处理后的填料混合物，离心分离得到固体基质(所述的离心的转速为1000-1500r/min)，然后干燥后取出，即得到一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料。
[0036]将该提高快速渗滤系统除铬效果的填料(或称改性生物陶粒填料)进行六价铬的静态吸附试验，在25°C、吸附时间为6h、pH为7的条件下，填料饱和吸附量可达221mg/kg。在实验装置中进行废水中六价铬的净化实验，8次净化实验的六价铬平均去除率为57.9%。
[0037]实施例2
[0038]—种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，它包括如下步骤:
[0039]I)选取洗净后的填料(快速渗滤系统常用的生物陶粒)，按每10g填料加入500ml水(蒸馏水)的比例，将填料和水置于玻璃容器中，同时投加0.lmol/L的Na2CO3溶液1mL;
[0040]所述的填料为生物陶粒，粒径为5-20mm，球形度多80%。
[0041 ] 2)按照填料质量与二价金属离子摩尔数和三价金属离子摩尔数之比为4Kg:4mol:2mol，称取一种二价金属化合物和一种三价金属化合物固体分别配制成0.2mol/L的二价金属离子溶液和0.lmol/L的三价金属离子溶液，将两种溶液同时加入步骤I)所述的玻璃容器中，并不断加入NaOH溶液维持pH为11，搅拌均匀;所述的NaOH溶液质量浓度为1wt %。
[0042]所述的二价金属化合物为氯化锌，所述的三价金属化合物为氯化钴。
[0043]3)将步骤2)所述玻璃容器放置于恒温水浴锅，加热煮沸使温度持续保持90°C;恒温水浴持续6小时；
[0044]4)取出经步骤3)处理后的填料混合物，离心分离得到固体基质(所述的离心的转速为1000-1500r/min)，然后干燥后取出，即得到一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料。
[0045]将该提高快速渗滤系统除铬效果的填料(或称改性生物陶粒填料)在实验装置中进行废水中六价铬的净化实验，8次净化实验的六价铬平均去除率为55.8%o进行六价铬的静态吸附试验，在25°C、吸附时间为6h、pH为7的条件下，填料饱和吸附量可达200mg/kg。
[0046]实施例3
[0047]—种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，它包括如下步骤:
[0048]I)选取洗净后的填料(快速渗滤系统常用的生物陶粒)，按每200g填料加入500ml水(蒸馏水)的比例，将填料和水置于玻璃容器中，同时投加0.lmol/L的Na2CO3溶液1mL;
[0049]所述的填料为生物陶粒，粒径为5-20mm，球形度多80%。
[0050]2)按照填料质量与二价金属离子摩尔数和三价金属离子摩尔数之比为3Kg:3mol:1.5mol，称取一种二价金属化合物和一种三价金属化合物固体分别配制成0.4mol/L的二价金属离子溶液和0.2mol/L三价金属离子溶液，将两种溶液同时加入步骤I)所述的玻璃容器中，并不断加入NaOH溶液维持pH为12，搅拌均匀；
[0051]所述的二价金属化合物为氯化锌，所述的三价金属化合物为氯化钴。
[0052]3)将步骤2)所述玻璃容器放置于恒温水浴锅，加热煮沸使温度持续保持85°C;恒温水浴持续5小时；
[0053]4)取出经步骤3)处理后的填料混合物，离心分离得到固体基质(所述的离心的转速为1000-1500r/min)，然后干燥后取出，即得到一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料。
[0054]将该提高快速渗滤系统除铬效果的填料(或称改性生物陶粒填料)在实验装置中进行废水中六价铬的净化实验，8次净化实验的六价铬平均去除率为56.6%o进行六价铬的静态吸附试验，在25°C、吸附时间为6h、pH为7的条件下，填料饱和吸附量可达212mg/kg。
[0055]实施例4
[0056]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为砾石。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0057]实施例5
[0058]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为石英砂。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0059]实施例6
[0060]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为沸石。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0061 ] 实施例7
[0062]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为钢渣。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0063]实施例8
[0064]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为无烟煤。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0065]实施例9
[0066]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:所述的填料为蛭石。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0067]实施例10
[0068]与实施例1-2中的一种基本相同，不同之处在于:步骤2)中，所述二价金属离子溶液的浓度为0.4mo I/L，所述三价金属离子溶液的浓度为0.2mo I/L。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0069]实施例11
[0070]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:步骤2)中，所述的二价金属化合物为硫酸钙，所述的三价金属化合物为硫酸铝。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0071]实施例12
[0072]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:步骤2)中，所述的二价金属化合物为硝酸镁，所述的三价金属化合物为硝酸铁。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0073]实施例13
[0074]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:步骤2)中，所述的二价金属化合物为氯化钙，所述的三价金属化合物为氯化铝。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0075]实施例14
[0076]与实施例1-3中的一种基本相同，不同之处在于:步骤2)中，所述的二价金属化合物为氯化镁，所述的三价金属化合物为氯化铁。对六价铬的去除效果与对应的实施例相近。
[0077]本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
【主权项】
1.一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料，其特征在于它由包含填料、水、Na2CO3溶液、二价金属离子溶液和三价金属离子溶液制备而成，填料、水、Na2CO3溶液的配比为100-200g:500ml: 10mL，填料质量与二价金属离子溶液中二价金属离子摩尔数、三价金属离子溶液中三价金属离子摩尔数之比为2_4Kg: 2-4mol: l_2mol。2.如权利要求1所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤: 1)选取洗净后的填料，按每100-200g填料加入500ml水的比例，将填料和水置于玻璃容器中，同时投加Na2CO3溶液1mL; 2)按照填料质量与二价金属离子摩尔数和三价金属离子摩尔数之比为2-4Kg:2-4mol:l-2mol，称取一种二价金属化合物和一种三价金属化合物固体分别配制成二价金属离子溶液和三价金属离子溶液，将两种溶液同时加入步骤I)所述的玻璃容器中，并不断加入NaOH溶液维持PH为11 -12，搅拌均匀； 3)将步骤2)所述玻璃容器放置于恒温水浴锅，加热煮沸使温度持续保持80-90°C;恒温水浴持续4-6小时； 4)取出经步骤3)处理后的填料混合物，离心分离得到固体基质，然后干燥后取出，即得到一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料。3.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述二价金属离子溶液的浓度为0.2-0.4mol/L。4.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述三价金属离子溶液的浓度为0.1-0.2mol/L。5.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的二价金属化合物为Ca2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+的氯化盐中的一种，或者为Ca2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+的硫酸盐中的一种，或者为Ca2+、Ni2+、Mg2+、Zn2+的硝酸盐中的一种。6.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的三价金属化合物为Al3+、Fe3+、C03+的氯化盐中的一种，或者为Al3+、Fe3+、C03+的硫酸盐中的一种，或者为Al3+、Fe3+、Co3+的硝酸盐中的一种。7.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的填料为生物陶粒、砾石、石英砂、沸石、钢渣、无烟煤、蛭石中的一种。8.根据权利要求2或7所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的填料粒径为5-20mm，所述的填料球形度多80%。9.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的NaOH溶液质量浓度为1wt%，所述的Na2CO3溶液摩尔浓度为0.lmol/L。10.根据权利要求2所述的一种提高快速渗滤系统除铬效果的填料的制备方法，其特征在于:所述的离心的转速为1000-1500r/min。
【文档编号】C02F3/00GK105967323SQ201610347487
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】张翔凌, 冷玉洁, 阮聪颖, 黄华玲, 郭露, 陈巧珍
【申请人】武汉理工大学