公布日：2023.10.03
申請日：2023.08.15
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/28(2023.01)N;C02F1/62(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種重金屬廢水的資源化處理方法，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明選用廉價易得的生物質(zhì)作為捕捉重金屬離子的原料，不但更好地利用了生物質(zhì)，一定程度上減少了對環(huán)境的污染，而且生物質(zhì)制得的生物炭因自身特殊的理化性質(zhì)，在水熱捕捉重金屬離子反應(yīng)中起到促進沉淀和吸附沉淀的作用，使得廢水中重金屬離子沉淀率和去除率在99％以上，可實現(xiàn)廢水達標排放或回用。重金屬廢水在水熱反應(yīng)的過程中，進行堿式碳酸鹽沉淀反應(yīng)，原廢水中的重金屬離子生成堿式碳酸鹽沉淀復(fù)集于生物炭上，易于與水分離，所得堿式碳酸鹽‑生物炭復(fù)合物可經(jīng)過簡單的電解或熱工處理，對重金屬實現(xiàn)回收和高附加值利用，工藝清潔、高效，方法新穎，實用性強。
權(quán)利要求書
1.一種重金屬廢水的資源化處理方法，其特征在于，包括以下步驟：對生物質(zhì)原料進行炭化，得到生物炭粉末；將重金屬廢水與濃硝酸混合，得到酸化重金屬廢水；將所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水混合，進行水熱反應(yīng)，得到堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物和處理后廢水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，所述生物質(zhì)原料為市政污泥、畜禽糞便、作物秸稈、果殼和稻草中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的資源化處理方法，其特征在于，所述炭化的溫度為700～900℃，保溫時間為2～5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，所述重金屬廢水中的重金屬離子包括Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Zn2+和Fe2+中的一種或幾種，所述重金屬廢水中重金屬離子的濃度為0.5～500mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，所述酸化重金屬廢水的pH值為4～5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水的固液比為1～3g:20～30mL。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的資源化處理方法，其特征在于，所述水熱反應(yīng)的溫度為150～200℃，壓力為0.2～2MPa，保溫保壓時間為8～10h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，當所述重金屬廢水中包括Cu2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為污水處理殺菌劑使用；當所述重金屬廢水中包括Ni2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為電鍍材料使用；當所述重金屬廢水中包括Co2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為工業(yè)催化劑使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物進行焙燒處理，所得焙燒產(chǎn)物作為工業(yè)廢氣吸附降解劑使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物進行煅燒，得到重金屬氧化物；將所述重金屬氧化物與酸液混合，對所得混合液進行電解，回收重金屬。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種重金屬廢水的資源化處理方法。本發(fā)明提供的處理方法處理周期短、處理量大、綠色高效，且易于實現(xiàn)重金屬的資源化回收及利用。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種重金屬廢水的資源化處理方法，包括以下步驟：
對生物質(zhì)原料進行炭化，得到生物炭粉末；
將重金屬廢水與濃硝酸混合，得到酸化重金屬廢水；
將所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水混合，進行水熱反應(yīng)，得到堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物和處理后廢水。
優(yōu)選的，所述生物質(zhì)原料為市政污泥、畜禽糞便、作物秸稈、果殼和稻草中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述炭化的溫度為700～900℃，保溫時間為2～5h。
優(yōu)選的，所述重金屬廢水中的重金屬離子包括Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Mg2+和Fe2+中的一種或幾種，所述重金屬廢水中重金屬離子的濃度為0.5～500mg/L。
優(yōu)選的，所述酸化重金屬廢水的pH值為4～5。
優(yōu)選的，所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水的固液比為1～3g:20～30mL。
優(yōu)選的，所述水熱反應(yīng)的溫度為150～200℃，壓力為0.2～2MPa，保溫保壓時間為8～10h。
優(yōu)選的，當所述重金屬廢水中包括Cu2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為污水處理殺菌劑使用；
當所述重金屬廢水中包括Ni2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為電鍍材料使用；
當所述重金屬廢水中包括Co2+時，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物作為工業(yè)催化劑使用。
優(yōu)選的，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物進行焙燒處理，所得焙燒產(chǎn)物作為工業(yè)廢氣吸附降解劑使用。
優(yōu)選的，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物進行煅燒，得到重金屬氧化物；
將所述重金屬氧化物與酸液混合，對所得混合液進行電解，回收重金屬。
本發(fā)明提供了一種重金屬廢水的資源化處理方法，包括以下步驟：對生物質(zhì)原料進行炭化，得到生物炭粉末；將重金屬廢水與濃硝酸混合，得到酸化重金屬廢水；將所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水混合，進行水熱反應(yīng)，得到堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物和處理后廢水。本發(fā)明選用廉價易得的生物質(zhì)作為捕捉重金屬離子的原料，不但更好地利用了生物質(zhì)，一定程度上減少了對環(huán)境的污染，而且生物質(zhì)制得的生物炭因自身特殊的理化性質(zhì)，具有更大的比表面積和孔隙率，在水熱捕捉重金屬離子反應(yīng)中起到促進沉淀和吸附沉淀的作用，這類作用使得廢水中重金屬離子沉淀率和去除率在99％以上，可實現(xiàn)廢水達標排放或回用。在本發(fā)明中，含重金屬廢水在水熱反應(yīng)的過程中，反應(yīng)釜內(nèi)的高溫高壓，使得水溶液中的金屬離子團聚或生成離子團；水熱反應(yīng)完成后，降溫降壓(溫差)使產(chǎn)生對流，溶液和生物炭的界面處溶膠/離子團形成過飽和狀態(tài)而發(fā)生結(jié)晶形核，負載于生物炭的表面，得到堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物，原廢水中的重金屬離子生成堿式碳酸鹽沉淀復(fù)集于生物炭上，易于與水分離，所得堿式碳酸鹽-生物炭復(fù)合物可經(jīng)過簡單的電解或熱處理，對重金屬實現(xiàn)回收和高附加值利用，工藝清潔、高效，方法新穎，實用性強。
同時，本發(fā)明提供的資源化處理方法處理周期短(只需水熱反應(yīng)2～5h)，處理量大且不受廢水復(fù)雜組分與重金屬離子濃度的影響，重金屬離子能夠生成堿式碳酸鹽穩(wěn)定吸附在生物炭表面，不容易造成二次污染，具有穩(wěn)定高效的優(yōu)勢。且可以通過電解來回收重金屬或經(jīng)過焙燒處理堿式碳酸鹽實現(xiàn)高附加值利用，具備較佳的經(jīng)濟效益以及社會價值。
（發(fā)明人：王飛;毛威;李凱;趙劼;孫鑫;寧平;楊薪玉;呂游;王忠先;施磊;包雙友;李原;馬懿星）
