公布日：2023.10.03
申请日：2023.08.15
分类号：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
本发明提供了一种重金属废水的资源化处理方法，属于废水处理技术领域。本发明选用廉价易得的生物质作为捕捉重金属离子的原料，不但更好地利用了生物质，一定程度上减少了对环境的污染，而且生物质制得的生物炭因自身特殊的理化性质，在水热捕捉重金属离子反应中起到促进沉淀和吸附沉淀的作用，使得废水中重金属离子沉淀率和去除率在99％以上，可实现废水达标排放或回用。重金属废水在水热反应的过程中，进行碱式碳酸盐沉淀反应，原废水中的重金属离子生成碱式碳酸盐沉淀复集于生物炭上，易于与水分离，所得碱式碳酸盐‑生物炭复合物可经过简单的电解或热工处理，对重金属实现回收和高附加值利用，工艺清洁、高效，方法新颖，实用性强。
权利要求书
1.一种重金属废水的资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：对生物质原料进行炭化，得到生物炭粉末；将重金属废水与浓硝酸混合，得到酸化重金属废水；将所述生物炭粉末与酸化重金属废水混合，进行水热反应，得到碱式碳酸盐-生物炭复合物和处理后废水。
2.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，所述生物质原料为市政污泥、畜禽粪便、作物秸秆、果壳和稻草中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的资源化处理方法，其特征在于，所述炭化的温度为700～900℃，保温时间为2～5h。
4.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，所述重金属废水中的重金属离子包括Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Zn2+和Fe2+中的一种或几种，所述重金属废水中重金属离子的浓度为0.5～500mg/L。
5.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，所述酸化重金属废水的pH值为4～5。
6.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，所述生物炭粉末与酸化重金属废水的固液比为1～3g:20～30mL。
7.根据权利要求1或6所述的资源化处理方法，其特征在于，所述水热反应的温度为150～200℃，压力为0.2～2MPa，保温保压时间为8～10h。
8.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，当所述重金属废水中包括Cu2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为污水处理杀菌剂使用；当所述重金属废水中包括Ni2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为电镀材料使用；当所述重金属废水中包括Co2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为工业催化剂使用。
9.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，还包括对所得碱式碳酸盐-生物炭复合物进行焙烧处理，所得焙烧产物作为工业废气吸附降解剂使用。
10.根据权利要求1所述的资源化处理方法，其特征在于，还包括对所得碱式碳酸盐-生物炭复合物进行煅烧，得到重金属氧化物；将所述重金属氧化物与酸液混合，对所得混合液进行电解，回收重金属。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种重金属废水的资源化处理方法。本发明提供的处理方法处理周期短、处理量大、绿色高效，且易于实现重金属的资源化回收及利用。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种重金属废水的资源化处理方法，包括以下步骤：
对生物质原料进行炭化，得到生物炭粉末；
将重金属废水与浓硝酸混合，得到酸化重金属废水；
将所述生物炭粉末与酸化重金属废水混合，进行水热反应，得到碱式碳酸盐-生物炭复合物和处理后废水。
优选的，所述生物质原料为市政污泥、畜禽粪便、作物秸秆、果壳和稻草中的一种或几种。
优选的，所述炭化的温度为700～900℃，保温时间为2～5h。
优选的，所述重金属废水中的重金属离子包括Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Co2+、Zn2+、Mg2+和Fe2+中的一种或几种，所述重金属废水中重金属离子的浓度为0.5～500mg/L。
优选的，所述酸化重金属废水的pH值为4～5。
优选的，所述生物炭粉末与酸化重金属废水的固液比为1～3g:20～30mL。
优选的，所述水热反应的温度为150～200℃，压力为0.2～2MPa，保温保压时间为8～10h。
优选的，当所述重金属废水中包括Cu2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为污水处理杀菌剂使用；
当所述重金属废水中包括Ni2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为电镀材料使用；
当所述重金属废水中包括Co2+时，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物作为工业催化剂使用。
优选的，还包括对所得碱式碳酸盐-生物炭复合物进行焙烧处理，所得焙烧产物作为工业废气吸附降解剂使用。
优选的，还包括对所得碱式碳酸盐-生物炭复合物进行煅烧，得到重金属氧化物；
将所述重金属氧化物与酸液混合，对所得混合液进行电解，回收重金属。
本发明提供了一种重金属废水的资源化处理方法，包括以下步骤：对生物质原料进行炭化，得到生物炭粉末；将重金属废水与浓硝酸混合，得到酸化重金属废水；将所述生物炭粉末与酸化重金属废水混合，进行水热反应，得到碱式碳酸盐-生物炭复合物和处理后废水。本发明选用廉价易得的生物质作为捕捉重金属离子的原料，不但更好地利用了生物质，一定程度上减少了对环境的污染，而且生物质制得的生物炭因自身特殊的理化性质，具有更大的比表面积和孔隙率，在水热捕捉重金属离子反应中起到促进沉淀和吸附沉淀的作用，这类作用使得废水中重金属离子沉淀率和去除率在99％以上，可实现废水达标排放或回用。在本发明中，含重金属废水在水热反应的过程中，反应釜内的高温高压，使得水溶液中的金属离子团聚或生成离子团；水热反应完成后，降温降压(温差)使产生对流，溶液和生物炭的界面处溶胶/离子团形成过饱和状态而发生结晶形核，负载于生物炭的表面，得到碱式碳酸盐-生物炭复合物，原废水中的重金属离子生成碱式碳酸盐沉淀复集于生物炭上，易于与水分离，所得碱式碳酸盐-生物炭复合物可经过简单的电解或热处理，对重金属实现回收和高附加值利用，工艺清洁、高效，方法新颖，实用性强。
同时，本发明提供的资源化处理方法处理周期短(只需水热反应2～5h)，处理量大且不受废水复杂组分与重金属离子浓度的影响，重金属离子能够生成碱式碳酸盐稳定吸附在生物炭表面，不容易造成二次污染，具有稳定高效的优势。且可以通过电解来回收重金属或经过焙烧处理碱式碳酸盐实现高附加值利用，具备较佳的经济效益以及社会价值。
（发明人：王飞;毛威;李凯;赵劼;孙鑫;宁平;杨薪玉;吕游;王忠先;施磊;包双友;李原;马懿星）
