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，屬于廢水處理技術領域。本發明選用廉價易得的生物質作為捕捉重金屬離子的原料，不但更好地利用了生物質，一定程度上減少了對環境的污染，而且生物質制得的生物炭因自身特殊的理化性質，在水熱捕捉重金屬離子反應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，可實現廢水達標排放或回用。重金屬廢水在水熱反應的過程中，進行堿式碳酸鹽沉淀反應，原廢水中的重金屬離子生成堿式碳酸鹽沉淀復集于生物炭上，易于與水分離，所得堿式碳酸鹽‑生物炭復合物可經過簡單的電解或熱工處理，對重金屬實現回收和高附加值利用，工藝清潔、高效，方法新穎，實用性強。
權利要求書
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，得到堿式碳酸鹽-生物炭復合物和處理后廢水。
2.根據權利要求1所述的資源化處理方法，其特征在于，所述生物質原料為市政污泥、畜禽糞便、作物秸稈、果殼和稻草中的一種或幾種。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求1或6所述的資源化處理方法，其特征在于，所述水熱反應的溫度為150～200℃，壓力為0.2～2MPa，保溫保壓時間為8～10h。
8.根據權利要求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-生物炭復合物作為工業催化劑使用。
9.根據權利要求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-生物炭復合物進行焙燒處理，所得焙燒產物作為工業廢氣吸附降解劑使用。
10.根據權利要求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。
發明內容
有鑒于此，本發明目的在于提供一種重金屬廢水的資源化處理方法。本發明提供的處理方法處理周期短、處理量大、綠色高效，且易于實現重金屬的資源化回收及利用。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
本發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，得到堿式碳酸鹽-生物炭復合物和處理后廢水。
優選的，所述生物質原料為市政污泥、畜禽糞便、作物秸稈、果殼和稻草中的一種或幾種。
優選的，所述炭化的溫度為700～900℃，保溫時間為2～5h。
優選的，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。
優選的，所述酸化重金屬廢水的pH值為4～5。
優選的，所述生物炭粉末與酸化重金屬廢水的固液比為1～3g:20～30mL。
優選的，所述水熱反應的溫度為150～200℃，壓力為0.2～2MPa，保溫保壓時間為8～10h。
優選的，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-生物炭復合物作為工業催化劑使用。
優選的，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復合物進行焙燒處理，所得焙燒產物作為工業廢氣吸附降解劑使用。
優選的，還包括對所得堿式碳酸鹽-生物炭復合物進行煅燒，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，得到堿式碳酸鹽-生物炭復合物和處理后廢水。本發明選用廉價易得的生物質作為捕捉重金屬離子的原料，不但更好地利用了生物質，一定程度上減少了對環境的污染，而且生物質制得的生物炭因自身特殊的理化性質，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，可實現廢水達標排放或回用。在本發明中，含重金屬廢水在水熱反應的過程中，反應釜內的高溫高壓，使得水溶液中的金屬離子團聚或生成離子團；水熱反應完成后，降溫降壓(溫差)使產生對流，溶液和生物炭的界面處溶膠/離子團形成過飽和狀態而發生結晶形核，負載于生物炭的表面，得到堿式碳酸鹽-生物炭復合物，原廢水中的重金屬離子生成堿式碳酸鹽沉淀復集于生物炭上，易于與水分離，所得堿式碳酸鹽-生物炭復合物可經過簡單的電解或熱處理，對重金屬實現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，本發明提供的資源化處理方法處理周期短(只需水熱反應2～5h)，處理量大且不受廢水復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定吸附在生物炭表面，不容易造成二次污染，具有穩定高效的優勢。且可以通過電解來回收重金屬或經過焙燒處理堿式碳酸鹽實現高附加值利用，具備較佳的經濟效益以及社會價值。
（發明人：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）
