申请日20200513
公开(公告)日20200818
IPC分类号C02F9/04; C22B7/00; C22B34/32; C01G37/02; C02F101/22
摘要
本发明公开了一种污水处理过程中回收重金属的方法，S1、按比例往污水中投入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以选择性吸附污水中含Cr3+在内的重金属离子;S2、对步骤S1的反应液进行沉淀，通过分离烘干装置将反应液中的吸附有重金属离子的复合材料固体分离出来并烘干，而溶液保留后续使用。本发明中，羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于重金属具有选择性吸附的特征以及不同的再释放能力，使得本发明可以选择性地回收废水中的重金属，达到水体净化和重金属资源化回收的双重效果，对于环境保护以及实现清洁生产，通过设置的分离烘干装置能够对反应液中复合材料充分脱水及烘干，便于下一个步骤的使用。
权利要求书
1.一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按比例往污水中投入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以选择性吸附污水中含Cr3+在内的重金属离子;其中，所述羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料以多孔的生物炭材料作为基底，然后将壳聚糖包覆在生物炭材料表面，最后通过引发自由基链式反应将羧基官能团接枝聚合到壳聚糖的N原子或者O原子上而形成;
S2、对步骤S1的反应液进行沉淀，通过分离烘干装置将反应液中的吸附有重金属离子的复合材料固体分离出来并烘干，将反应液从溶液进口(4)倒入分离烘干箱(3)中，通过溶液进口(4)与连接口(15)连通将反应液送入分离筒(14)中，启动电机支撑架(5)上的伺服电机(6)，运行的伺服电机(6)通过联轴器(7)带动转轴(11)转动，转动的转轴(11)带动输送桨(16)离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒(14)，并通过分离烘干箱(3)流入溶液收集箱(2)中，同时烘干筒(21)中的加热棒(22)对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板(12)上的电动气缸(19)，电动气缸(19)拉动活动挡板(17)远离分离筒(14)的一端，分离筒(14)内部的输送桨(16)继续输送复合材料，将复合材料从分离筒(14)的一端排出，并从复合材料出口(20)排到分离烘干箱(3)的外部，而溶液保留后续使用;
S3、利用乙二胺四乙酸二钠盐溶液洗涤步骤S2所得的复合材料固体，以进行重金属离子的解吸;然后再次进行沉淀分离出固体并烘干，洗涤液保留后续使用;其中，分离出的固体仍吸附有Cr3+;
S4、将步骤S3所分离出的吸附有Cr3+的固体进行灼烧，所述复合材料挥发，得到Cr2O3晶体;对步骤S3所得到的洗涤液，进行除Cr3+以外的其它重金属离子的去除和回收利用;
S5、对步骤S2固液分离后的溶液，继续按比例加入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以吸附剩余的重金属离子并执行步骤S6;
S6、若步骤S2固液分离后的溶液中仍含有Cr3+，则重复步骤S2～S5;否则，重复步骤S2、S3和S5，直至溶液中的重金属含量符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S1中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与初始重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/L。
3.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S5中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与当前溶液中重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/L。
4.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S2中的烘干以及步骤S3中的烘干，烘干温度均为80～100℃，时间24～48小时。
5.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S3中所用的乙二胺四乙酸二钠盐溶液浓度为0.01～0.02mol/L。
6.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S4中对吸附有Cr3+的固体进行灼烧的温度为550～600℃，灼烧1小时。
7.根据权利要求1所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述S2中的分离烘干装置包括支撑架(1)，所述支撑架(1)的上表面固定安装有分离烘干箱(3)，所述支撑架(1)的上表面靠近烘干箱(3)的两侧均固定安装有轴座固定架(9)，两个轴座固定架(9)的上表面均固定安装有轴承座(8)，所述分离烘干箱(3)的上表面固定安装有溶液进口(4)，所述支撑架(1)的上表面靠近一端的位置固定安装有电机支撑架(5)，所述电机支撑架(5)的上表面固定安装有伺服电机(6)，所述支撑架(1)的下方固定安装有与分离烘干箱(3)连通的溶液收集箱(2)，所述分离烘干箱(3)的左右两侧均固定安装有侧挡板(12)，所述分离烘干箱(3)的上下内壁固定安装有若干个等距分布的支撑板(13)，两个侧挡板(12)的之间固定安装有分离筒(14)，所述分离筒(14)贯穿若干个支撑板(13)，所述分离筒(14)的上表面靠近一端的位置开设有与溶液进口(4)连通的连接口(15)，所述分离筒(14)的表面开设若干个等距分布的小孔;
其中一个侧挡板(12)的向内侧面固定安装有两个电动气缸(19)，两个电动气缸(19)的活塞杆固定安装有活动挡板(17)，所述活动挡板(17)的一侧表面固定安装有垫板(18)，两个电动气缸(19)的活塞杆均贯穿垫板(18)，所述活动挡板(17)的另一侧表面与分离筒(14)的一端相接触，所述伺服电机(6)的输出轴传动安装有联轴器(7)，所述伺服电机(6)的输出轴固定安装有贯穿联轴器(7)的转轴(11)。
8.根据权利要求7所述的一种污水处理过程中回收重金属的方法，其特征在于，所述转轴(11)依次贯穿两个轴承座(8)、分离筒(14)，所述转轴(11)的圆弧侧面位于侧挡板(12)的一侧表面固定安装有填料头(10)，所述转轴(11)位于搅拌筒(14)内部的圆弧表面固定安装有烘干筒(21)，所述烘干筒(21)的内部固定安装有加热棒(22)，所述垃圾脱水箱(3)的下表面开设有复合材料出口(20)。
说明书
一种污水处理过程中回收重金属的方法
技术领域
本发明涉及重金属回收技术领域，具体涉及一种污水处理过程中回收重金属的方法。
背景技术
专利文件(CN1554596)公开了一种重金属污水处理及重金属回收的装置和方法。含重金属的污水进入反应器后，调节反应器内的溶液pH值到10，通过风机引入压缩空气，并通过位于反应器底部的穿孔管扩散到反应器内，反应后的污水通过出水泵的作用经过膜组件从反应器内导出，出水在管道混合器内将酸碱调节到8.5左右，膜组件通过反洗装置进行清洗，反应器内的固体重金属化合物定期通过排放口排出，回收利用。本发明具有布局紧凑、占地少、自动化程度高、出水水质好等特点，但是该重金属回收方法无法选择性的回收重金属。
发明内容
为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种污水处理过程中回收重金属的方法，羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于重金属具有选择性吸附的特征以及不同的再释放能力，使得本发明可以选择性地回收废水中的重金属，达到水体净化和重金属资源化回收的双重效果，对于环境保护以及实现清洁生产，通过设置的分离烘干装置能够对反应液中复合材料充分脱水及烘干，便于下一个步骤的使用。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种污水处理过程中回收重金属的方法，包括以下步骤：
S1、按比例往污水中投入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以选择性吸附污水中含Cr3+在内的重金属离子;其中，所述羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料以多孔的生物炭材料作为基底，然后将壳聚糖包覆在生物炭材料表面，最后通过引发自由基链式反应将羧基官能团接枝聚合到壳聚糖的N原子或者O原子上而形成;
S2、对步骤S1的反应液进行沉淀，通过分离烘干装置将反应液中的吸附有重金属离子的复合材料固体分离出来并烘干，将反应液从溶液进口倒入分离烘干箱中，通过溶液进口与连接口连通将反应液送入分离筒中，启动电机支撑架上的伺服电机，运行的伺服电机通过联轴器带动转轴转动，转动的转轴带动输送桨离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒，并通过分离烘干箱流入溶液收集箱中，同时烘干筒中的加热棒对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板上的电动气缸，电动气缸拉动活动挡板远离分离筒的一端，分离筒内部的输送桨继续输送复合材料，将复合材料从分离筒的一端排出，并从复合材料出口排到分离烘干箱的外部，而溶液保留后续使用;
S3、利用乙二胺四乙酸二钠盐溶液洗涤步骤S2所得的复合材料固体，以进行重金属离子的解吸;然后再次进行沉淀分离出固体并烘干，洗涤液保留后续使用;其中，分离出的固体仍吸附有Cr3+;
S4、将步骤S3所分离出的吸附有Cr3+的固体进行灼烧，所述复合材料挥发，得到Cr2O3晶体;对步骤S3所得到的洗涤液，进行除Cr3+以外的其它重金属离子的去除和回收利用;
S5、对步骤S2固液分离后的溶液，继续按比例加入羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料进行反应，以吸附剩余的重金属离子并执行步骤S6;
S6、若步骤S2固液分离后的溶液中仍含有Cr3+，则重复步骤S2～S5;否则，重复步骤S2、S3和S5，直至溶液中的重金属含量符合要求。
进一步在于：所述S1中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与初始重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/L。
进一步在于：所述S5中的复合材料的投加比例为：复合材料投加量与当前溶液中重金属浓度比值为0.05～0.1g/mmol/L。
进一步在于：所述S2中的烘干以及步骤S3中的烘干，烘干温度均为80～100℃，时间24～48小时。
进一步在于：所述S3中所用的乙二胺四乙酸二钠盐溶液浓度为0.01～0.02mol/L。
进一步在于：所述S4中对吸附有Cr3+的固体进行灼烧的温度为550～600℃，灼烧1小时。
进一步在于：所述S2中的分离烘干装置包括支撑架，所述支撑架的上表面固定安装有分离烘干箱，所述支撑架的上表面靠近烘干箱的两侧均固定安装有轴座固定架，两个轴座固定架的上表面均固定安装有轴承座，所述分离烘干箱的上表面固定安装有溶液进口，所述支撑架的上表面靠近一端的位置固定安装有电机支撑架，所述电机支撑架的上表面固定安装有伺服电机，所述支撑架的下方固定安装有与分离烘干箱连通的溶液收集箱，所述分离烘干箱的左右两侧均固定安装有侧挡板，所述分离烘干箱的上下内壁固定安装有若干个等距分布的支撑板，两个侧挡板的之间固定安装有分离筒，所述分离筒贯穿若干个支撑板，所述分离筒的上表面靠近一端的位置开设有与溶液进口连通的连接口，所述分离筒的表面开设若干个等距分布的小孔;
其中一个侧挡板的向内侧面固定安装有两个电动气缸，两个电动气缸的活塞杆固定安装有活动挡板，所述活动挡板的一侧表面固定安装有垫板，两个电动气缸的活塞杆均贯穿垫板，所述活动挡板的另一侧表面与分离筒的一端相接触，所述伺服电机的输出轴传动安装有联轴器，所述伺服电机的输出轴固定安装有贯穿联轴器的转轴。
进一步在于：所述转轴依次贯穿两个轴承座、分离筒，所述转轴的圆弧侧面位于侧挡板的一侧表面固定安装有填料头，所述转轴位于搅拌筒内部的圆弧表面固定安装有烘干筒，所述烘干筒的内部固定安装有加热棒，所述垃圾脱水箱的下表面开设有复合材料出口。
本发明的有益效果：
1、通过设置的分离烘干装置能够对反应液中复合材料充分脱水及烘干，便于下一个步骤的使用，将反应液从溶液进口倒入分离烘干箱中，通过溶液进口与连接口连通将反应液送入分离筒中，启动电机支撑架上的伺服电机，运行的伺服电机通过联轴器带动转轴转动，转动的转轴带动输送桨离心搅拌反应液，同时将反应液中溶液甩出分离筒，并通过分离烘干箱流入溶液收集箱中，同时烘干筒中的加热棒对复合材料进行加热烘干，启动侧挡板上的电动气缸，电动气缸拉动活动挡板远离分离筒的一端，分离筒内部的输送桨继续输送复合材料，将复合材料从分离筒的一端排出，并从复合材料出口排到分离烘干箱的外部;
2、本发明的羧基接枝的壳聚糖和生物炭复合材料对于重金属具有选择性吸附的特征以及不同的再释放能力，使得本发明可以选择性地回收废水中的重金属，达到水体净化和重金属资源化回收的双重效果，对于环境保护以及实现清洁生产、可持续发展均是有意义的。尤其是对于污水中重金属含量较高的Cr3+，Cr3+属于一种路易斯硬酸，在所有的重金属中具有最强的硬度，倾向于与羧基等路易斯硬碱通过共价键发生牢固的结合，因为该复合材料中含有大量的羧基，对Cr3+具有很强的吸附亲和力，可以选择性地将Cr3+分离纯化出来。（发明人袁胜巧）
