一种重金属硫酸盐废水的处理方法技术

本发明专利技术提供一种重金属硫酸盐废水的处理方法，包括：S1、以廉价碳基材料为原料，进行活化改性和苛化改性处理；S2、将改性处理后的碳基材料作为碳吸附电极，施加外加电场，对重金属硫酸盐废水进行电强化吸附净化处理。该方法采用廉价易得的碳基材料作为原料，通过改性、苛化预处理提高了导电性和吸附性能，再采用外加电场强化提高废水处理的净化深度。本发明专利技术的重金属硫酸盐废水的处理方法具有金属回收率高、成本低、流程简单、物料简单等优点，易于实现工业化应用。现工业化应用。现工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种重金属硫酸盐废水的处理方法


[0001]本专利技术属于冶金工程、化学工程和工业废水资源化利用
，涉及一种重金属硫酸盐废水的处理方法。

技术介绍

[0002]水污染防控治理是我国制造业绿色转型和高质量发展亟需解决的重大问题，其中，矿山、冶金、化工等是废水来源的主要行业，上述废水多富含硫酸根和重金属离子。未经处理或处理不达标的废水排放会导致水体酸化、土壤板结，同时SO
42
‑
还原生成H2S还将污染大气；废水中Cu
2+
、Pb
2+
、Ni
2+
、Cd
2+
、Co
2+
、Hg
2+
等重金属离子也将严重污染水体、土壤、大气，还可能经食物链富集进入人体，造成巨大危害。针对硫酸盐废水的治理目前主要有化学法、物理法、生物法等工艺。其中，化学法是通过沉淀剂将废水中的硫酸根离子转化成固相进行去除，该方法会产生大量固体废弃物，易造成二次污染；物理法可分为吸附法、膜分离法和离子交换法三种，吸附法原料廉价易得，处理量大，但吸附效率不高，且易产生二次废渣，膜分离和离子交换法处理效率高，但半透膜和离子交换树脂易被污染，成本高；生物法则是利用微生物将废水中硫酸根还原成硫化物或硫单质进行回收，该方法成本低、易操作，但处理周期长，受温度影响较大，且中间易产生H2S气体。
[0003]针对重金属硫酸盐废水处理的方法中，中国专利文献CN112850980B(一种去除矿井水中重金属和硫酸盐的零排放方法)利用初步沉淀系统使重金属和悬浮物形成沉淀，然后进行过滤浓缩，加入试剂使硫酸根、重金属离子与混凝剂形成沉淀，后加入增稠剂形成混合溶液后进入电化学氧化络合装置，混合溶液在电场的作用下生成含硫酸根复合络合盐沉淀废水，最后进入搅拌池老化并在助凝剂的作用进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，实现废水的净化，但该方法工序复杂，且需使用大量化学试剂，成本较高。中国专利文献CN107986373A(粉煤灰与电场联合作用去除水中重金属离子的方法)利用不锈钢棒、石墨棒作为电极，同时将粉煤灰、粘土、造孔剂煅烧制得的粉煤灰小球加入到重金属离子水中进行吸附，利用多孔材料的大比表面积及静电吸附去除水中有机污染物材料及重金属离子，但是该方法中采用的石墨棒为电极，且静电吸附作用更强，造成该体系吸附效果下降，同时吸附后粉煤灰作为吸附后产物，对环境威胁仍较大。中国专利文献CN217479128U(一种去除水中重金属的处理装置)、CN110589940A(一种去除水中重金属离子的处理装置及方法)中采用模拟电路电池组的作用，在电极上导电层外使用炭吸附层对重金属离子进行吸附去除，但该方法中电极结构复杂，多层电极与废水直接接触会造成侵蚀和损耗，且吸附和解吸过程需要采用缓冲介质，需要大量试剂同时会对重金属的后续回收产生影响。中国专利文献CN108339531A(重金属离子吸附膜、制备方法及处理重金属离子废水的方法)利用多孔碳材料、导电碳、乳液状聚四氟乙烯等材料制备重金属离子吸附膜，利用该离子吸附膜作为电极在外加电场作用下进行吸附，去除废水中重金属离子，但该方法重金属离子吸附膜制备工序复杂，离子吸附膜易受损，且过程中需采用大量有机溶液，易产生有机废液。
[0004]因此，研发一种设计合理、设备投资和运行成本较低、金属有价元素综合回收率高
的重金属硫酸盐废水净化技术具有较大的科学意义和应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、流程简单、物料简单、易于实现工业化应用的重金属硫酸盐废水的处理方法。
[0006]针对上述技术问题，提出如下解决方案：一种重金属硫酸盐废水的处理方法，包括：S1、以廉价碳基材料为原料，进行活化改性和苛化改性处理；S2、将改性处理后的碳基材料作为碳吸附电极，施加外加电场，对重金属硫酸盐废水进行电强化吸附净化处理。
[0007]本技术方案中，步骤S2中，所述将得到的碳基材料作为碳吸附电极是指碳基材料作为碳吸附正极和负极使用。Ca
2+
、金属阳离子等阳离子在负极表面富集，SO
42
‑
、OH
‑
等阴离子在电荷力作用下与阳离子发生反应，生成CaSO4、金属氢氧化物等沉淀，并吸附在碳材料表面或内部孔洞。同时，正极吸附阴离子，也起到强化硫酸钙等沉淀反应的发生。
[0008]作为优选，在步骤S2后，还包括回收有价元素的步骤S3：将电强化吸附净化处理后得到的碳吸附负极进行高温热处理回收有价元素。
[0009]作为优选，步骤S1中，所述苛化改性处理包括采用Ca(OH)2溶液对廉价碳基材料进行浸润；更优选为饱和Ca(OH)2溶液进行浸润处理。
[0010]作为优选，步骤S2中，所述电强化吸附净化处理过程中，吸附净化的液固比为1
‑
20 mL/g，吸附净化的时间为0.1
‑
10h，吸附净化的温度为10
‑
60℃。
[0011]作为优选，步骤S2中，所述碳吸附电极极板间距为5
‑
200cm，外加电场电压为0.5
‑
20V。
[0012]作为优选，步骤S1中，所述苛化改性处理的液固比为1
‑
20 mL/g，苛化改性处理的时间为0.1
‑
2h，苛化改性处理的温度为10
‑
60℃。
[0013]作为优选，步骤S3中，所述高温热处理的温度为600
‑
1250℃，处理时间0.5
‑
8小时，所述高温热处理的处理气氛为氮气、惰性气体或氧势低于10
‑4atm的标准气体。
[0014]作为优选，步骤S1中，所述活化改性的方法为热处理、机械活化、掺杂等方法中的一种或几种。
[0015]作为优选，步骤S1中，所述廉价碳基材料为废生物质、废活性炭、废碳纤维、废橡胶、铝电解残阳极等中的一种或几种，例如可以是一种、二种、三种、四种、五种等。
[0016]作为优选，步骤S2中，所述重金属硫酸盐废水为产生于冶金、化工、制药、矿山等领域产生的工业废水。
[0017]作为优选，电强化吸附净化处理后得到的碳吸附正极可以反复用于对重金属硫酸盐废水进行电强化吸附净化处理。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）现有的重金属硫酸盐废水净化处理工艺普遍存在硫酸根分离不彻底、成本高，有价元素未能回收等情况，并会衍生出相关废渣、废气问题。本专利技术提供了一种重金属硫酸盐废水的处理方法，首先寻求廉价、来源广泛的碳基材料，对碳基材料进行活化改性以及苛化预处理；将得到的碳基材料作为碳吸附电极进行重金属硫酸盐废水电强化吸附净化处
理。本专利技术采用廉价易得的碳基材料，极大地降低了成本，缓解了工业废弃碳基材料带来的环境压力，通过改性和苛化预处理提高碳基材料的导电性和吸附性能，进而在后续采用外加电场强化作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重金属硫酸盐废水的处理方法，其特征在于，包括：S1、以廉价碳基材料为原料，进行活化改性和苛化改性处理；S2、将改性处理后的碳基材料作为碳吸附电极，施加外加电场，对重金属硫酸盐废水进行电强化吸附净化处理。2.如权利要求1所述的重金属硫酸盐废水的处理方法，其特征在于，在步骤S2后，还包括回收有价元素的步骤S3：将电强化吸附净化处理后得到的碳吸附负极进行高温热处理回收有价元素。3.如权利要求1所述的重金属硫酸盐废水的处理方法，其特征在于，步骤S1中，所述苛化改性处理包括采用Ca(OH)2溶液对廉价碳基材料进行浸润；所述Ca(OH)2溶液为饱和浓度及以下的Ca(OH)2溶液。4.如权利要求1所述的重金属硫酸盐废水的处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述电强化吸附净化处理过程中，吸附净化的液固比为1
‑
20mL/g，吸附净化的时间为0.1
‑
10h，吸附净化的温度为10
‑
60℃。5.如权利要求1所述的重金属硫酸盐废水的处理方法，其特征在于，步骤S2中，所述碳吸附电极极板间距为5
‑
200cm，外加电场电压为0.5
‑
20V。6.如权利要求3所述的重金属硫酸盐废水的处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏隆巩，曹舒恒，刘志宏，魏雪，马凯，朱殷斌，任鹏，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：