申請日2017.09.22

　　公開(公告)日2018.02.16

　　IPC分類號C02F9/02; B01J20/10; B01J20/30; C02F101/20

　　摘要

　　本發(fā)明提供一種處理含有重金屬離子廢水的方法，將重金屬離子去除劑與蒸餾水按比例混合，高速攪拌形成懸濁液，利用重力沉淀方式進行固液分離，所得上清液用高壓空氣霧化為微細液滴;并將其以高速射流的形式與重金屬廢水混合，并進行“液—液”反應，結(jié)束后過濾，即可去除廢水中的有害重金屬離子，同時回收含有重金屬元素的過濾物。本發(fā)明避免重金屬離子去除劑與重金屬廢水直接接觸，可以降低化學污泥排放量，提高回收產(chǎn)物中有價金屬元素的含量，有效去除重金屬廢水中重金屬離子。該方法具有去除重金屬離子能力強、回收速度快，反應時間短等特點和“以廢治毒”等優(yōu)點。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種處理含有重金屬離子廢水的方法，包括如下步驟：

　　1)以廢棄硬化水泥混凝土為原料，經(jīng)“低溫預燒-電磁震蕩-球磨-選粉分離”后得到活性顆粒;

　　2)取上述活性顆粒與蒸餾水按3~5：1000混合，高速攪拌20~30分鐘后形成懸濁液，靜置后利用重力沉降方式進行固液分離;分離后的溶液與高壓空氣混合霧化，使之成為微細液滴;

　　3)將霧化形成的微細液滴以高速射流的形式與含重金屬離子廢水快速混合并反應5~30min，微細液滴與含重金屬離子廢水的比為1:5~50，再進行固液分離;檢測過濾所得溶液中各種重金屬離子的濃度，即可評估上述工藝對于重金屬廢水的實際處理效果;

　　4)過濾并收集反應后沉淀物，在真空干燥箱中烘干，即得到含有重金屬元素的回收物;利用X射線衍射能譜(EDS)對其進行元素分析，以確定其中所含有價金屬元素的含量。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理含有重金屬離子廢水的方法，其特征在于，所述步驟2)中重力沉降方式為利用一個錐形底的玻璃圓筒，將制備的懸濁液連續(xù)加到圓筒中心液面以下，清液經(jīng)周邊溢出，懸浮固體顆粒由于自身重力作用逐漸沉至筒底，進而實現(xiàn)固液分離的過程。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理含有重金屬離子廢水的方法，其特征在于，所述含重金屬離子廢水為含Zn2+、Ni2+、Cu2+或Cr3+重金屬離子，且濃度大于100mg/L的廢水。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述處理含有重金屬離子廢水的方法，其特征在于，處理100ml含Zn2+、Ni2+、Cu2+或Cr3+廢水且濃度100mg/L的最佳活性顆粒投加量依次為0.7g、0.5g、0.3g或0.5g，反應時間為10min：攪拌強度均為:120r/min。

　　說明書

　　一種處理含有重金屬離子廢水的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及重金屬廢水的處理方法，具體涉及一種利用廢棄混凝土(廢棄硬化水泥石)細粉治理含重金屬離子廢水，并降低化學污泥排放量的工藝方法。屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域。

　　背景技術(shù)

　　在建筑物或構(gòu)筑物的施工、裝修、拆遷等建筑業(yè)活動中會產(chǎn)生大量的建筑垃圾，且隨著我國基礎設施的快速推進和城鎮(zhèn)化速率的加快，建筑垃圾產(chǎn)生量持續(xù)增加。據(jù)統(tǒng)計城市垃圾中約有1/3為建筑垃圾;到2011年底其存量已超過20億噸，且每年新增建筑垃圾超過3億噸。由于大多數(shù)城市中建筑垃圾填埋廠選址不當或臨時堆放，不僅造成了土地資源的大量浪費也存在極大的安全隱患。例如，2015年12月20日，廣東省深圳市發(fā)生山體滑坡，滑坡覆蓋面積約38萬平方米，截止到2016年1月28日已發(fā)現(xiàn)遇難者73名，且仍有4名人員失聯(lián)。國務院“12·20”山體滑坡事件災害調(diào)查組經(jīng)調(diào)查認定，與以往的山體滑坡性質(zhì)不同，此次事故中原有山體并沒有滑動，而是由堆放建筑垃圾的受納廠中堆積過量且坡度過陡的堆填體失穩(wěn)垮塌、滑動引起。同時，建筑垃圾在堆積和填埋過程中與周圍環(huán)境中的水相互作用，其滲濾液會造成地表水或地下水的污染。

　　廢棄混凝土是建筑垃圾的重要組成部分(其主要成份為廢棄硬化水泥石)，約占建筑垃圾總量的34%。而我國廢棄混凝土資源化利用率卻不到5%。目前主要的資源化利用途徑為制備再生混凝土骨料，但在再生骨料表面往往粘附大量硬化水泥石，由于其較高的孔隙率和吸水率以及較低強度使得再生骨料力學性能下降，再生混凝土工作性變差，硬化后體積穩(wěn)定性劣化。所以對廢棄混凝土中硬化水泥石的資源化利用研究相對缺乏，僅有的研究大多集中在制備建筑材料領(lǐng)域，例如制備建筑砌塊或再次煅燒制備水泥等。但由于廢棄水泥石孔隙率大，標稠需水量高、活性指數(shù)低、在使用過程中都存在極限摻量，用其制備的建材產(chǎn)品施工性能和力學性能較差。

　　另一方面，重金屬污染一般是由重金屬離子及其化合物引起的環(huán)境污染，重金屬污染在環(huán)境中難以降解，能在動物和植物體內(nèi)積累，通過食物鏈逐步富集，進入人體后對腎臟、肝臟，大腦、神經(jīng)、視力等造成較大損傷，是危害人類健康最大的污染物之一。重金屬離子的來源主要以工業(yè)生產(chǎn)中廢水的排放為主，諸如有色金屬采選業(yè)、電鍍、電解、皮革制造、印染、選煤廠廢水排放等。對于重金屬廢水的處理工藝方方法，常用的包括化學沉淀、電解、電滲析以及物理吸附，溶劑萃取等多種手段。其中化學沉淀法由于具有處理工藝簡單、適應性強、易于操作等優(yōu)點，成為目前應用最為廣泛的處理重金屬廢水的技術(shù)手段。而吸附法由于在處理痕量重金屬離子方面具有明顯優(yōu)勢，所以在重金屬廢水的深度處理中也有較廣泛的應用。但是上述兩種方法在處理使用過程中都需要投加大量化學藥劑，處理后會產(chǎn)生大量化學污泥，藥劑成本和化學污泥處理處置成本成為這成為化學沉淀法和吸附法主要的成本來源。如何降低藥劑成本、降低化學污泥的排放量、開發(fā)更加廉價易得新材料和與之配套的新型和新的工藝方法成為重金屬廢水處理的主要研究方向。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供利用廢棄硬化水泥石細粉處理含有重金屬離子廢水的方法，一方面，解決處理含有重金屬離子廢水使用化學藥劑成本高的問題，另一方面，減少化學污泥的排放量;并為解決巨量廢棄混凝土這一大宗建筑垃圾對環(huán)境所造成的污染問題和為廢棄混凝土資源化利用提供新的途徑。

　　實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：處理含有重金屬離子廢水的方法，包括如下步驟：

　　1)以廢棄硬化水泥混凝土為原料，經(jīng)“低溫預燒-電磁震蕩-球磨-選粉分離”后得到活性顆粒;

　　2)取上述活性顆粒與蒸餾水按1/1000~5/1000的比例混合，高速攪拌20~30分鐘后形成懸濁液，靜置后利用重力沉降方式進行固液分離;分離后的溶液與高壓空氣混合霧化，使之成為微細液滴;

　　3)將霧化形成的微細液滴以高速射流的形式與含重金屬離子廢水快速混合并反應5~30min，微細液滴與含重金屬離子廢水的比為1:5~50，再進行固液分離;檢測過濾所得溶液中各種重金屬離子的濃度，即可評估上述工藝對于重金屬廢水的實際處理效果;

　　4)過濾并收集反應后沉淀物，在真空干燥箱中烘干，即得到含有重金屬元素的回收物;利用X射線衍射能譜(EDS)對其進行元素分析，以確定其中所含有價金屬元素的含量。

　　進一步，所述步驟2)中重力沉降方式為利用一個錐形底的玻璃圓筒，將制備的懸濁液連續(xù)加到圓筒中心液面以下，清液經(jīng)周邊溢出，懸浮固體顆粒由于自身重力作用逐漸沉至筒底，進而實現(xiàn)固液分離的過程。

　　其中，高速射流和快速混合都是指液體通過噴嘴或用高速氣流使液體分散成微小液滴，并高速流動的狀態(tài)，其中流速為2m/s~30m/s。

　　相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

　　1、本發(fā)明提出一種利用廢棄混凝土細粉(硬化水泥石)處理含有重金屬離子廢水的方法，工藝過程為選取廢棄混凝土經(jīng)“低溫預燒-電磁震蕩-球磨-選粉分離”后得到活性顆粒。本工藝方法實施過程具有去除率高和回收重金屬離子速度快，反應時間短、去除效果穩(wěn)定、可以在室溫下操作，能有效去除和回收重金屬廢水中的有價金屬元素，減少污泥排放量等優(yōu)點。

　　2、本發(fā)明方法所用原材料為廢棄混泥土中分離所得水泥石，其來源廣泛、成本低廉，這為巨量廢棄混凝土中硬化水泥石的資源化利用提供了一個新的途徑;為我國河流、湖泊、工業(yè)和生活等含重金屬廢水的治理提供了一種操作簡便、適用范圍廣、成本低廉、綠色環(huán)保、可以“以廢治毒”的工藝方法;其符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的戰(zhàn)略要求、享受國家和地方相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策支持，具有廣闊的發(fā)展和應用前景。

　　3、本發(fā)明將廢棄混凝土中的硬化水泥石這一建筑廢棄物的技術(shù)應用拓寬到重金屬污水治理領(lǐng)域，提供了一種利用廢棄水泥石來處理重金屬污水的工藝方法，提高了廢棄水泥石的經(jīng)濟附加值。同時利用廢棄混凝土中水泥石處理重金屬廢水不存在極限摻量問題，提高了廢棄水泥石的資源化利用效率。為我國河流、湖泊、工業(yè)和生活等含重金屬廢水的治理提供了一種操作簡便、適用范圍廣、成本低廉、綠色環(huán)保、可以“以廢治毒”的工藝方法。也為廢棄硬化水泥石的高附加值利用提供了一條技術(shù)路徑，克服了其在制備再生混凝土材料、建筑砌塊或再次煅燒水泥熟料過程中高孔隙率、高吸水率、低強度、摻量有限等帶來的問題。

　　4、同時申請發(fā)明專利的“一種處理含有重金屬離子廢水的方法”中有實驗證明該去除劑具有較好的去除含重金屬離子廢水中各種重金屬離子的能力。本發(fā)明開發(fā)了一種與之相適應的“液-液”反應工藝，對污水處理能力強，并有效降低化學污泥的生成量、提高化學污泥中重金屬元素的含量，為污泥中重金屬元素的回收利用創(chuàng)造條件。