一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法技术

一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，将含碳物料经碳化‑活化后制备具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料，用于耦合处理高浓度有机废水和重金属废水并制备富氢气体。将含碳废料制备的多孔炭材料分别用于高浓度有机废水和重金属废水中有机物和重金属离子的吸附富集，实现重金属和有机物的脱除。将吸附了重金属离子的多孔炭材料经高温煅烧制备负载型炭基催化剂，用于催化重整吸附了有机物的多孔炭上解吸出的有机物制备富氢气体。吸附富集有机物的多孔炭解吸完全后循环应用于高浓度有机废水的吸附，失活的炭基催化剂通过氧化煅烧回收重金属。催化重整实验中所用的水源是吸附完成后分离出的水，以此达到以废治废和资源再生的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法
本专利技术属于废水处理领域，具体涉及一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法。
技术介绍
目前，我国的水资源污染问题日益严重，成为了国民经济发展中亟需解决的一大难题。随着社会的发展，工业化生产不断增加，工业污水排放也越来越严重，很多企业将大量的工业废水直接排入河流或海湾，不仅影响水生态系统，还严重威胁到人类健康。各种焦化废水、制药废水、纺织印染废水、石油化工废水均属于高浓度有机废水，在处理过程中难度很大。高浓度有机废水中有机物浓度高，一般COD在2000mg/L以上；BOD值较低，可生化处理的难度较大，成分复杂；高浓度有机废水的色度高、异味大；有强酸强碱性，如果直接排放，不仅会引起人感官上的不适，进入水体以后会阻挡阳光照射水面，引起水中微生物和水生植物光合作用率降低，导致水生生态变化，引起水中鱼类和其他水生动物的死亡。高浓度有机废水中的硫化物、氮化物等多种物质通过地表水渗入地下，被人和动物引用以后会直接危害到人类健康，甚至导致死亡。并且，高浓度有机废水经过普通处理的出水中含有高芳香性有机碳化合物，会影响地表水水质，对后续的饮用水处理增加成本。重金属废水是在矿冶、机械制造等工业生产过程中排放的含重金属(一般含有镍、铜、汞、铬、镉、砷、铅、锌等重金属)的废水，重金属具有富集性，很难在环境中降解。随重金属废水排放出的重金属，即使浓度很小，也会在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。而且重金属在人体内能和蛋白质以及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失活，也可能在人体内某些器官中富集，超过人体所能耐受的限度，就会造成人体急性中毒、亚急性中毒或慢性中毒，对人体造成很大危害。例如，日本发生的水俣病(汞污染)和痛痛病(镉污染)等都是由重金属污染引起的。目前对于高浓度有机废水和重金属废水的处理会采用活性炭吸附法，但是活性炭的再生和洗脱比较困难。鉴于高浓度有机废水和重金属废水成分的复杂性和难降解性，以及采用的吸附剂的局限性，研究一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，对生态环境保护和饮水安全有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，利用生物质、废塑料、废橡胶等含碳物料制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料，分别用于高浓度有机废水和重金属废水中有机物和重金属离子的吸附富集，将吸附了重金属离子的多孔炭材料经高温煅烧制备负载型炭基催化剂，用于催化重整由吸附了废水中有机物的多孔炭上解吸出的有机物制备富氢气体，实现以废制废和资源再生。为了实现上述目的，本专利技术耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法包括以下步骤：步骤一、将含碳原料经过预处理后进行碳化处理，将所得碳化料与活化剂混合之后，在惰性气氛下，经过升温活化制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料；步骤二、使用多孔炭材料吸附高浓度有机废水中的有机物，将多孔炭和水进行固液分离，获得吸附富集有机物的多孔炭和第一分离水；使用多孔炭材料吸附重金属废水中的重金属离子，将多孔炭和水进行固液分离，获得吸附富集重金属离子的多孔炭和第二分离水；步骤三、将吸附富集有机物的多孔炭置于解吸室中进行热解吸处理，使吸附富集在多孔炭材料表面和孔道内的有机物在受热过程中以气态挥发物的形式解吸出来，得到气态挥发物，解吸后的多孔炭循环利用于吸附高浓度有机废水中的有机物；将吸附富集重金属离子的多孔炭在惰性气氛下经高温煅烧后形成负载型炭基催化剂，用于吸附重金属离子的多孔炭材料相当于催化剂载体，而吸附在多孔炭表面和孔道内的重金属离子相当于活性组分；步骤四、将气态挥发物导入放置有负载型炭基催化剂的重整室内，气态挥发物发生重整反应，反应水源取自第一分离水和第二分离水，转化为富氢气体；步骤五、对反应后失活的炭基催化剂，经氧化煅烧后实现重金属的回收。所述的含碳原料选用石油焦、生物质、废橡胶或废塑料，生物质包括果壳、秸秆、木屑。步骤一中所述的预处理包括破碎、筛分以及干燥处理。步骤一中的活化剂为KOH、ZnCl2、H3PO4、NaOH、FeCl3、KCl和K2CO3中的至少一种。步骤一中所述的惰性气氛由氮气、氩气或氦气提供，活化温度的范围为400～900℃。高浓度有机废水的水中COD均在2000～30000mg/L，BOD/COD<0.3。所述的重金属废水的重金属含量为0.1～100g/L。所述的步骤三在热解吸处理过程中的加热温度为100～300℃。所述的步骤五在空气气氛或氧气气氛下进行氧化煅烧，煅烧温度为600～900℃。步骤三所述的惰性气氛由氮气、氩气或氦气提供，煅烧温度为500～1000℃；重金属废水是指含有金属离子Ni、Cu、Fe、Co、Cd及Au中至少一种的重金属废水。所述的负载型炭基催化剂吸附在多孔炭表面和孔道内的重金属离子包括金属离子Ni、Cu、Fe、Co、Cd及Au中的一种或多种。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：制备多孔炭材料的原材料来源广泛，包括石油焦、生物质(如果壳、秸秆、木屑等)、废轮胎、废橡胶、废塑料等含碳物料，制得的吸附材料具有高比表面积和高稳定性，吸附效果好，制备过程简单，在得到高效的吸附剂的同时还可以减少废物对环境的污染。本专利技术提供的多孔炭材料在吸附富集重金属废水中的重金属离子后，可以经过还原煅烧得到负载型炭基催化剂，用于吸附重金属的多孔炭材料相当于催化剂载体，而吸附在多孔炭表面和孔道内的重金属离子相当于活性组分，在一定程度上减轻了传统活性炭解吸后重金属回收处理的问题以及吸附剂再生的问题，同时也实现了废水中重金属的固化和有效资源化。本专利技术提供的高浓度有机废水和重金属废水耦合处理方法，不涉及生物反应器，运行时比较灵活、工艺简单、成本低，而且不会产生二次污染。本专利技术将采用含碳物料制备出的多孔炭材料对高浓度有机废水和含重金属离子的废水进行吸附，能有效实现废水中重金属离子和有机物的脱除，大大的降低了后续水处理的成本和时间，并且吸附重金属以后的多孔炭材料经过高温煅烧能够制备成负载型炭基催化剂，该催化剂能够通过催化重整多孔炭上解吸出的有机物制备富氢气体，不仅实现高浓度有机废水和重金属废水的耦合处理，也达到以废治废和资源再生的目的。附图说明图1本专利技术耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的工艺流程图；附图中：1-含碳原料；2-多孔炭材料；3-高浓度有机废水；4-富集有机物的多孔炭；5-第一分离水；6-气态挥发物；7-解吸后的多孔炭；8-失活的炭基催化剂；9-负载型炭基催化剂；10-第二分离水；11-富集重金属离子的多孔炭；12-重金属废水。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1，本专利技术耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法包括以下步骤：步骤一：将石油焦、生物质、废橡胶、废塑料等含碳原料1经破碎、筛分、干燥等预处理后进行碳化处理，将所得碳化料和化学活化剂混合之后，在惰性气氛下，经过升温活化制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料2；活化剂为KOH、ZnCl2、H3PO4、NaOH、FeCl3、KCl和K2CO3中的至少一种，活化温度的范围为400～900℃。步骤二：将步骤一制备的多孔炭材料2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将含碳原料(1)经过预处理后进行碳化处理，将所得碳化料与活化剂混合之后，在惰性气氛下，经过升温活化制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料(2)；步骤二、使用多孔炭材料(2)吸附高浓度有机废水(3)中的有机物，固液分离获得吸附富集有机物的多孔炭(4)和第一分离水(5)；使用多孔炭材料(2)吸附重金属废水(12)中的重金属离子，固液分离获得吸附富集重金属离子的多孔炭(11)和第二分离水(10)；步骤三、将吸附富集有机物的多孔炭(4)置于解吸室中进行热解吸处理，使吸附富集在多孔炭材料表面和孔道内的有机物在受热过程中以气态挥发物(6)的形式解吸出来，解吸后的多孔炭(7)循环利用于吸附高浓度有机废水(3)中的有机物；将吸附富集重金属离子的多孔炭(11)在惰性气氛下经高温煅烧后形成负载型炭基催化剂(9)，用于吸附重金属离子的多孔炭材料(2)为催化剂载体，吸附在多孔炭表面和孔道内的重金属离子为活性组分；步骤四、将气态挥发物(6)导入放置有负载型炭基催化剂(9)的重整室内，气态挥发物(6)发生重整反应，反应水源取自第一分离水(5)和第二分离水(10)，转化为富氢气体；步骤五、对反应后失活的炭基催化剂(8)，经氧化煅烧后实现重金属的回收。...

【技术特征摘要】
1.一种耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将含碳原料(1)经过预处理后进行碳化处理，将所得碳化料与活化剂混合之后，在惰性气氛下，经过升温活化制备出具有高比表面积和丰富孔隙结构的多孔炭材料(2)；步骤二、使用多孔炭材料(2)吸附高浓度有机废水(3)中的有机物，固液分离获得吸附富集有机物的多孔炭(4)和第一分离水(5)；使用多孔炭材料(2)吸附重金属废水(12)中的重金属离子，固液分离获得吸附富集重金属离子的多孔炭(11)和第二分离水(10)；步骤三、将吸附富集有机物的多孔炭(4)置于解吸室中进行热解吸处理，使吸附富集在多孔炭材料表面和孔道内的有机物在受热过程中以气态挥发物(6)的形式解吸出来，解吸后的多孔炭(7)循环利用于吸附高浓度有机废水(3)中的有机物；将吸附富集重金属离子的多孔炭(11)在惰性气氛下经高温煅烧后形成负载型炭基催化剂(9)，用于吸附重金属离子的多孔炭材料(2)为催化剂载体，吸附在多孔炭表面和孔道内的重金属离子为活性组分；步骤四、将气态挥发物(6)导入放置有负载型炭基催化剂(9)的重整室内，气态挥发物(6)发生重整反应，反应水源取自第一分离水(5)和第二分离水(10)，转化为富氢气体；步骤五、对反应后失活的炭基催化剂(8)，经氧化煅烧后实现重金属的回收。2.根据权利要求1所述耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，其特征在于：所述的含碳原料(1)选用石油焦、生物质、废橡胶或废塑料，生物质包括果壳、秸秆、木屑。3.根据权利要求1所述耦合处理高浓度有机废水和重金属废水的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：全翠，苏瑞瑞，高宁博，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61