用于處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水的環(huán)保材料及其生產(chǎn)工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種可用于處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水的環(huán)保處理材料，包括淀粉及其衍生物中的一種或者任意兩種的組合物，聚胺基-二硫代氨基甲酸鹽中的一種或者任意兩種的組合物，以及基質(zhì)材料中的一種或者任意兩種的組合物；三種組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%～90%、1%～99%和1%～98%。本發(fā)明復(fù)合材料溶于水后將復(fù)合材料溶液投加到待處理的廢水中，復(fù)合材料添加量為廢水中重金屬理論量的0.5～4倍，充分?jǐn)嚢韬笮纬山饘俳j(luò)合物，最后過(guò)濾分離完成對(duì)廢水的處理。本發(fā)明復(fù)合材料及其應(yīng)用效果顯著、環(huán)保投資少、成本低、不受場(chǎng)地等限制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,綠色環(huán)保，節(jié)能減排效果明顯，是含重金屬?gòu)U水處理的重要的新型高效材料，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】用于處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水的環(huán)保材料及其生產(chǎn)工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢水的處理材料及生產(chǎn)方法，尤其涉及一種含重金屬?gòu)U水的處理材料生產(chǎn)工藝及處理方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]重金屬污染在有色金屬冶煉工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和環(huán)境中普遍存在。通常的重金屬污染主要是指鉛、鎘、鉻、汞、砷等生物毒性顯著的五種重金屬的環(huán)境污染，還包括具有一定毒性的其他重金屬，如鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等45種。重金屬污染的治理相對(duì)困難，它們?cè)谒w中積累到一定的限度就會(huì)對(duì)水體-水生植物-水生動(dòng)物組成的水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可能通過(guò)食物鏈影響到人類的自身健康。
[0004]湖南是“有色金屬之鄉(xiāng)”，有色金屬冶煉屬于國(guó)家重污染行業(yè)，這些行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題。湘江既是流域主要飲用水源地，又是沿江湖城市的納污水體。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)企業(yè)地區(qū)分布的不合理，部分江段和湖水污染物排放量已超過(guò)了環(huán)境功能區(qū)劃所允許的納污能力，不能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)要求，嚴(yán)重制約了流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，威脅著流域近4000萬(wàn)人口 的飲用水安全，并直接影響“促進(jìn)中部地區(qū)崛起”戰(zhàn)略的實(shí)施?，F(xiàn)階段，湘江流域的重金屬污染控制已成為湖南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中迫切需要解決的問(wèn)題。
[0005]湖南省十分重視湘江水環(huán)境保護(hù)工作，“十一五”期間將湘江流域的污染防治放在突出地位，制訂了《“十一五”湘江流域水污染防治規(guī)劃》和《郴州市湘江流域^一五”水污染防治規(guī)劃(2006-2010)》等一系列專項(xiàng)規(guī)劃，明確提出了湘江水環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，將重金屬總量控制列入地方環(huán)境保護(hù)考核目標(biāo)，指出有色金屬冶煉行業(yè)排污的積累已成為飲用水源最大的安全隱患，并提出湘江流域廢水主要污染物鎘、砷排放量“十一五”期間分別消減28.8%,26.3%等污染治理目標(biāo)，確定了株洲清水塘、衡陽(yáng)水口山及郴州市三十六灣等重點(diǎn)治理工業(yè)區(qū)和重金屬鎘、砷、鉛為主的重點(diǎn)污染物。然而，湘江重金屬的污染主要來(lái)源于點(diǎn)源。針對(duì)湘江流域污染狀況的統(tǒng)計(jì)表明，流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)146個(gè)重點(diǎn)污染源每年排污量高達(dá)
8.39億噸，占全省總廢水排放量的42%，廢水中金屬含量超過(guò)1318噸，懸浮物18萬(wàn)多噸；對(duì)有色、化工行業(yè)36個(gè)重點(diǎn)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)，排污量每年8000多萬(wàn)噸，其中金屬含量約占湘江流域146個(gè)重點(diǎn)污染源排污總量的46%，隨廢水流入湘江的有害物質(zhì)中以有色系統(tǒng)的“貢獻(xiàn)”最大。水體重金屬污染主要有汞、鎘、鉛、鋅、銅、錳、鉻等金屬，由于金屬元素大多化學(xué)性質(zhì)活潑且具有較強(qiáng)的遷移性能，遷移距離大，因而可能對(duì)受納的洞庭湖乃至長(zhǎng)江水系的水質(zhì)產(chǎn)生影響。如霞灣段江底底泥的化驗(yàn)表明，鎘含量已超過(guò)日本“骨痛病”區(qū)河流中底泥含鎘量的幾十倍；對(duì)湘江霞灣段下游130公里處江底沉積物進(jìn)行取樣分析發(fā)現(xiàn)，鎘含量仍高達(dá)4~8 mg/L。我國(guó)其他區(qū)域有色工業(yè)發(fā)展和江河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展也同樣存在重金屬污染減排及治理等技術(shù)問(wèn)題。
[0006]廢水中重金屬的去除有多種方法。例如，離子交換法，利用陽(yáng)樹(shù)脂交換器使待處理的廢水通過(guò)，并將水中的重金屬去除，但這種方法的缺陷是樹(shù)脂價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用較高，而且樹(shù)脂再生困難，濃水不易處理等；電滲析法，是利用離子交換膜并在通電的情況下，將水與金屬離子分離去除，但這種方法的設(shè)備系統(tǒng)投資較大，處理費(fèi)用過(guò)高，膜維護(hù)困難，難于在廢水處理中推廣應(yīng)用；反滲透法，是利用反滲透膜對(duì)水中的重金屬離子與水進(jìn)行分離，但存在電滲析法相同的問(wèn)題；有機(jī)螯合法，是利用一種螯合纖維的樹(shù)脂進(jìn)行螯合吸附將水中重金屬離子去除，然后通過(guò)解吸對(duì)樹(shù)脂材料進(jìn)行再生，但這種方法同樣存在成本較高、再生困難等問(wèn)題；電絮凝法，是利用電解槽使水中的重金屬發(fā)生氧化還原沉淀或化學(xué)沉淀，可通過(guò)絮凝過(guò)程去除，對(duì)水中重金屬的去除效率與廢水水質(zhì)、電量參數(shù)、電極等因素有重要關(guān)系；目前應(yīng)用最多的重金屬?gòu)U水處理方法多是采用加堿調(diào)節(jié)、絮凝沉淀分離的方法，處理設(shè)備較為簡(jiǎn)便，效果易于控制，處理和設(shè)備投資成本相對(duì)較低，但缺點(diǎn)是必須分段投加藥劑，而且僅采取氫氧化物對(duì)某些重金屬的沉淀效率較低，對(duì)低濃度、多組分重金屬?gòu)U水處理不徹底，且對(duì)陰離子的去除無(wú)明顯效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種效果顯著、操作簡(jiǎn)便、投資少、成本低、不受場(chǎng)地等限制、可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制的可用于處理復(fù)雜重金屬?gòu)U水的復(fù)合材料，還提供一種該復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝及應(yīng)用方法。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種可用于處理復(fù)雜重金屬?gòu)U水的復(fù)合材料，主要由以下組分混合配制而成:
組分A:改性淀粉及其衍生物中的一種或者任意兩種的組合物；
組分B:聚胺基-二硫代氨基甲酸鹽中的一種或者任意兩種的組合物；
組分C:基質(zhì)材料中的一種或者任意兩種的組合物；
所述組分A、組分B、組分C在復(fù)合藥劑中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%?90%、1%?99%和1%?98%。當(dāng)上述的組分A、B或C為該類化合物中任意兩種的組合時(shí)，兩種化合物組合的配比可以為任意比，無(wú)特殊要求。
[0009]上述的復(fù)合材料中，所述改性淀粉的衍生物優(yōu)選為羧甲基淀粉、糊精衍生物。更進(jìn)一步的，所述糊精衍生物特別優(yōu)選為環(huán)狀糊精、α-環(huán)狀糊精和Y-環(huán)狀糊精。
[0010]上述的復(fù)合材料中，所述聚胺基-二硫代氨基甲酸鹽優(yōu)選包括聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鹽(更優(yōu)選為聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鈉)、聚苯乙烯-二硫代氨基甲酸鹽(更優(yōu)選為聚苯乙烯-二硫代氨基甲酸鈉)、多乙烯多胺基二硫代甲酸鹽(更優(yōu)選為多乙烯多胺基二硫代甲酸鈉)或聚乙烯亞胺-巰基乙酰(另一種聚乙烯亞胺改性物)。
[0011]上述的復(fù)合材料中，所述基質(zhì)材料優(yōu)選包括鐵粉、四氧化三鐵粉、銅鋅合金粉、銅鐵合金粉、鐵一碳粉、活性碳粉、活性碳纖維的的一種或者任意兩種的組合物；
上述復(fù)合材料的生產(chǎn)方法主要是:選擇上述各組分，然后按所述質(zhì)量配比置于混合反應(yīng)機(jī)中混合均勻，取樣化驗(yàn)、合格后即可包裝得到成品。
[0012]本發(fā)明還提供一種上述的復(fù)合材料在處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用方法，具體步驟包括:將所述復(fù)合材料溶于水后配制成質(zhì)量濃度為2%?20%的復(fù)合材料水溶液，然后將復(fù)合材料溶液投加到待處理的含復(fù)雜重金屬的廢水中，復(fù)合材料有效成份的添加量為廢水中重金屬物質(zhì)理論量(質(zhì)量)的0.5?4倍,充分?jǐn)嚢韬?一般Imin?15min即可)形成金屬絡(luò)合物；再可選擇性地向廢水中加入少量含鎂、鐵、硅、鋁的無(wú)機(jī)絮凝劑(優(yōu)選如氫氧化鎂、聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁、聚合硅酸鋁鐵等)和/或高分子絮凝劑(優(yōu)選如聚丙烯酰胺、殼聚糖等)，以形成可經(jīng)由過(guò)濾分離的絮狀沉淀；最后過(guò)濾分離完成對(duì)廢水的處理。
[0013]上述的應(yīng)用中，所述復(fù)雜重金屬可以是Pb2+、Cd2+、As2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Hg2+、Fe3+、Fe2+、Cr3+、Ca2+、Mn2+、Mg2+ 中的至少一種以上。
[0014]本發(fā)明的復(fù)合材料及其應(yīng)用是以三種有機(jī)螯合劑為基礎(chǔ)絡(luò)合劑，使其與廢水中的重金屬物質(zhì)絡(luò)合，再適當(dāng)加入少量含鎂、鐵、硅、鋁的無(wú)機(jī)絮凝劑或高分子絮凝劑，使重金屬物質(zhì)得以迅速沉降除去，廢水達(dá)標(biāo)排放或回用。本發(fā)明的復(fù)合材料同時(shí)具有殺菌作用，還可實(shí)現(xiàn)水體去臭、去除有機(jī)物、去除陰離子等功能。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在:
(I)本發(fā)明用于處理重金屬?gòu)U水的復(fù)合材料為多組分復(fù)合配方，其實(shí)現(xiàn)了各單一材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，具有協(xié)同促進(jìn)作用，同時(shí)兼具殺菌效果，可以實(shí)現(xiàn)水體去臭、去除有機(jī)物、去除陰離子等功能。根據(jù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明的復(fù)合材料及應(yīng)用可以在同一個(gè)廢水體系中同時(shí)去除Pb2+、Cd2+、As2+、Zn2+、Cu2+、Hg2+、Ca2+、Mg2+等十幾種金屬離子，還可去除金屬氧化物、陰離子(SO42、Cl、F、CO32 )等。
[0016](2)本發(fā)明的復(fù)合材料可以處理高濃度、中低濃度和極低濃度的含復(fù)雜重金屬?gòu)U水，尤其對(duì)大水量、低濃度、多組分復(fù)合重金屬?gòu)U水可以快速、徹底處理解決，無(wú)需分質(zhì)分段處理，節(jié)省工廠投資。
[0017](3)本發(fā)明的復(fù)合材料處理重金屬?gòu)U水時(shí)，對(duì)于基本中性的廢水，不需要調(diào)節(jié)廢水的酸堿性，因而省去了酸、堿的使用，節(jié)省了成本，且用量低，一般僅需加入含重金屬離子總量的相當(dāng)量，或在理論量的0.5?4倍范圍內(nèi)，即可將重金屬離子完全除去，去除率在99.5%以上，材料成本低。
[0018](4)本發(fā)明的復(fù)合材料對(duì)多種重金屬離子(如鉛、鎘、鋅、銅、鎳、鈷、鐵、錳、鉻、汞、砷等)可以螯合-絮凝沉降，對(duì)高濃度、低濃度重金屬?gòu)U水均可一次性去除，達(dá)到排放或回用水標(biāo)準(zhǔn)，且螯合重金屬的沉降物收集后，通過(guò)稀鹽酸反洗，可以使螯合劑解吸，重復(fù)使用；重金屬富集后可用沉淀或電解法回收，實(shí)現(xiàn)二次重金屬資源循環(huán)綜合利用。
[0019](5)本發(fā)明的復(fù)合材料處理重金屬?gòu)U水工藝簡(jiǎn)單，場(chǎng)地占用少，處理速度快，處理反應(yīng)時(shí)間僅需5?15 min，可以大量處理采礦、選礦、冶金、化工酸性、堿性廢水；電鍍、電子、等含復(fù)雜重金屬?gòu)U水，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)處理。
[0020]綜上所述，本發(fā)明的復(fù)合材料不僅處理迅速、簡(jiǎn)便、不受場(chǎng)地、濃度等的限制，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，綠色環(huán)保，節(jié)能減排效果明顯，是含重金屬?gòu)U水處理的重要的新型高效材料，具有很好的應(yīng)用前景，如(I)重金屬?gòu)U水的回收利用；(2)垃圾滲濾液處理；
(3)染料、顏料廢水處理；(4)果汁、飲料的濃縮分離；(5)藥物的濃縮和提純；
(6)反滲透濃水的回用處理。
[0021]【具體實(shí)施方式】
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0022]實(shí)施例1:復(fù)雜多金屬綜合廢水處理。
[0023]一種本發(fā)明的可用于處理復(fù)雜重金屬和/或放射性廢水的復(fù)合材料(FD-1，自定義牌號(hào))，由以下組分混合均勻后制備而成:
β —環(huán)狀糊精7kg聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鈉 33kg 聚乙烯亞胺-巰基乙酰20kg和
銅一鋅微粉40kg。
[0024]然后利用無(wú)機(jī)Mn、Zn、Cu、Hg、Cd、Pb、Cr、Ni鹽，如下表1所示的含多種重金屬離子的廢水樣，取出100ml水樣，置于燒杯中，向水中加入質(zhì)量濃度為2% (以下百分?jǐn)?shù)中如無(wú)特別說(shuō)明，均表示質(zhì)量濃度)的上述復(fù)合材料的溶液IOOmL (本實(shí)施例中復(fù)合材料的添加量是重金屬理論量的1.13倍)，攪拌5min后即產(chǎn)生大量金屬絡(luò)合物沉淀，再加入8ml、1%濃度氫氧化鐵無(wú)機(jī)絮凝劑，攪拌5min,然后加入0.5%濃度的聚丙烯酰胺5ml,攪拌5min,過(guò)濾分離除去沉渣，將清水進(jìn)行原子吸收光譜分析，有如下對(duì)照結(jié)果(參見(jiàn)表1)。
[0025]表1:實(shí)施例1的廢水處理結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種可用于處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水的綠色環(huán)保復(fù)合材料，主要由以下組分混合生產(chǎn)而成: 組分A:改性淀粉及其衍生物中的一種或者任意兩種的組合物； 組分B:聚胺基-二硫代氨基甲酸鹽中的一種或者任意兩種的組合物； 組分C:基質(zhì)材料包括鐵粉、四氧化三鐵粉、銅鋅合金粉、銅鐵合金粉、鐵一碳粉、活性碳粉、活性碳纖維的的一種或者任意兩種的組合物； 所述組分A、組分B、組分C在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%?90%、1%?99%和1%?98%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于:所述改性淀粉的衍生物為羧甲基淀粉、烴甲基淀粉、糊精、羧甲基纖維素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料，其特征在于:所述改性淀粉衍生物為α-環(huán)狀糊精、環(huán)狀糊精和Y-環(huán)狀糊精。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其特征在于:所述聚胺基-二硫代氨基甲酸鹽包括聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鹽、聚苯乙烯-二硫代氨基甲酸鹽、多乙烯多胺基二硫代甲酸鹽或聚乙烯亞胺-巰基乙酰。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其特征在于:所述聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鹽為聚乙烯亞胺-二硫代氨基甲酸鈉，所述聚苯乙烯-二硫代氨基甲酸鹽為聚苯乙烯-二硫代氨基甲酸鈉，所述多乙烯多胺基二硫代甲酸鹽為多乙烯多胺基二硫代甲酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其特征在于:所述基質(zhì)材料包括鐵粉、四氧化三鐵粉、銅鋅合金粉、銅鐵合金粉、鐵一碳粉、活性碳粉、活性碳纖維的的一種或者任意兩種的組合物。
7.—種如權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料在處理含復(fù)雜重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用，具體步驟包括:將所述復(fù)合材料溶于水后配制成質(zhì)量濃度為2%?20%的復(fù)合材料水溶液，然后將復(fù)合材料溶液投加到待處理的含復(fù)雜重金屬?gòu)U水中，復(fù)合材料添加量為廢水中重金屬理論量的0.5?4倍，充分?jǐn)嚢韬笮纬山饘俳j(luò)合物，最后過(guò)濾分離完成對(duì)廢水的處理。
【文檔編號(hào)】C02F1/28GK103801270SQ201210455517
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月14日
【發(fā)明者】肖國(guó)光, 周智勇, 陶林芝, 王新水 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙飛達(dá)礦冶技術(shù)有限公司, 肖國(guó)光