【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及污水治理，尤其是涉及一种矿山废水用水处理剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着工业经济的迅速发展，矿产资源需求量不断增加，其开发过程会产生大量废水和尾矿，对生态环境造成严重污染。酸性矿山废水(acid mine drainage，amd)是一种典型的矿山废水，来源于尾中的硫化矿物与空气中的氧气和水接触发生氧化反应过程。amd富含重金属离子和硫酸盐，且其ph值较低，易造成重金属污染、酸污染和高盐度污染，严重危害土壤环境、生态系统和人体健康。
2、根据矿产种类的不同，酸性矿山废水可分为有色金属矿废水、硫铁矿废水、煤矿废水以及其他非金属矿废水。这些酸性矿山废水的共性是，酸性较强(ph可低至2)、重金属离子种类多且含量丰富。
3、传统技术中，针对酸性矿山废水的处理，主要有与离子交换法、膜分离法、吸附法、中和沉淀法、微生物法、人工湿地法等。其中离子交换法存在初始饱和度低、中毒、老化失效、再生频繁、投资成本高等问题；膜分离法所用膜的成本相对较高，并且难以应用于高酸度废水；中和沉淀法需外加试剂，成本高；微生物法和人工湿地法对环境要求较高。整体上来说，吸附法具有较好的处理效果，是最有前景的处理方法，但是效率低，需要长流程。
4、综上，需要尝试优化吸附法，以提升对酸性矿山废水的处理效率，节约处理流程。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种水处理剂，能够有效提高酸性矿山废水的处理效率，并节约
2、本专利技术还提供了上述水处理剂的制备方法。
3、本专利技术还提供了上述水处理剂的应用。
4、根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种矿山废水用水处理剂，所述水处理剂包括：
5、多孔碳，所述多孔碳上接枝有酰胺基团；
6、碳酸钙，所述碳酸钙设于所述多孔碳的孔中或表面。
7、根据本专利技术实施例的水处理剂，至少具有如下有益效果：
8、矿山废水，通常为酸性(富含硫酸根离子)，其中含有铅、铜、镉等重金属离子。
9、其中，酸性不仅会增加矿山废水中重金属离子的迁移性，还会造成水体、土壤的酸化，破坏环境。本专利技术提供的水处理剂，在多孔碳的孔中设置了可以和酸反应的碳酸钙，由此可提升所述水处理剂附近的矿山废水的ph，降低重金属离子的迁移性(生成氢氧化物沉淀等)，生成的沉淀物可以附着在多孔碳上，甚至深入至多孔碳的孔中，被固定。和单纯将碳酸钙、多孔碳混合的水处理剂相比，本专利技术提供的水处理剂中，碳酸钙和多孔碳之间发生了协同作用，不单可提升矿山废水的ph，还可以在一定程度上固定重金属离子生成的不溶物。
10、进一步的，考虑到矿山废水的特殊性，碳酸钙和矿山废水作用后，产物主要是硫酸钙，其在水中的溶解度很低，会同重金属离子不溶物一样，附着在多孔碳上。也就是说，本专利技术提供的水处理剂，除改善矿山废水酸性、重金属离子污染外，还可在一定程度上去除其中的硫酸根离子，最重要的是，不会引入大量的离子杂质(会增加少量的钙离子)。
11、此外，多孔碳具有较高的孔径结构，加之酰胺基团的吸附、络合作用，可吸附、固定未因ph变化变为不溶物的重金属离子，进一步降低处理后废水中的重金属离子含量。
12、最终，使用后的水处理剂可以在隔绝氧气的条件下煅烧，由此其中的多孔碳可以还原重金属离子不溶物；煅烧后的产物主要包括无水硫酸钙和重金属单质，进一步的可利用比重等方面的差异将两者分离。
13、综上，本专利技术提供的水处理剂中，多孔碳的结构、碳酸钙成分以及矿山废水成分之间发生协同作用，多孔碳结构和酰胺基团之间发生协同作用，可显著提升对矿山废水的处理效率，降低矿山废水处理的步骤数。
14、根据本专利技术的一些实施例，所述矿山废水在25℃的ph为2.0～6.0。例如具体可以是2.5～3。
15、根据本专利技术的一些实施例，所述矿山废水中包括悬浮物、硫酸根和金属离子。其中：
16、所述悬浮物的浓度为11～158mg/l。例如具体可以是50～100mg/l。进一步具体可以是约75mg/l。
17、所述硫酸根的浓度为0.04～13mmol/l。例如具体可以是5～10mmol/l。例如具体可以是约8.5mmol/l。
18、所述金属离子包括cu2+、pb2+、zn2+、cd2+、mn2+和fe3+中的至少一种。
19、所述cu2+的浓度为0.01～0.65mg/l。例如具体可以是0.3～0.35mg/l。进一步具体可以是约0.31mg/l。
20、所述pb2+的浓度为0.01～0.95mg/l。例如具体可以是0.5～0.6mg/l。进一步具体可以是约0.55mg/l。
21、所述zn2+的浓度为0.02～286mg/l。例如具体可以是100～150mg/l。进一步具体可以是约137mg/l。
22、所述cd2+的浓度为0.001～3.0mg/l。例如具体可以是2～3mg/l。进一步具体可以是约2.5mg/l。
23、所述mn2+的浓度为0.1～2mg/l。例如具体可以是1～1.5mg/l。进一步具体可以是约1.1mg/l。
24、所述fe3+的浓度为8～15mg/l。例如具体可以是10～14mg/l。进一步具体可以是约12mg/l。
25、根据本专利技术的一些实施例，所述酰胺基团来自丙烯酰胺和肉桂酰胺中的至少一种。
26、根据本专利技术的一些实施例，所述多孔碳上，酰胺基团的接枝率为20～30％。例如具体可以是约23％。
27、若无特殊说明，所述接枝率为酰胺基团的接枝个数，与所述多孔碳上，原有羟基+羧基个数的比例；该接枝率通常以红外等方式表征、计算得到。
28、根据本专利技术的一些实施例，所述多孔碳的孔径为0.1～5nm。该孔径大于钙离子以及重金属离子的离子半径，且足够小，以固定碳酸钙等固体颗粒。例如具体可以是0.2～1.5nm。
29、根据本专利技术的一些实施例，所述多孔碳的比表面积为2000-3000m2/g。比表面积越大，说明微孔等孔径结构越丰富，越有利于所述碳酸钙等的固定，也越有利于对重金属离子吸附作用的发挥。例如具体可以是2500～2600m2/g。
30、根据本专利技术的一些实施例，所述多孔碳的粒径为1～10mm。例如具体可以是2～3mm。
31、根据本专利技术的一些实施例，所述多孔碳包括活性碳和生物基裂解碳中的至少一种。
32、根据本专利技术的一些实施例，所述碳酸钙和多孔碳的质量比为0.5～1:1。在该范围内，所述多孔碳中仍余有足够的孔结构实现吸附性能，且容纳的碳酸钙也足够调整ph。
33、根据本专利技术的一些实施例，所述碳酸钙和多孔碳的质量比为0.8～0.9:1。
34、根据本专利技术第二方面的实施例，提供了一种所述的水处理剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：...
【技术保护点】
1.一种矿山废水用水处理剂，其特征在于，所述水处理剂包括：
2.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述酰胺基团来自丙烯酰胺和肉桂酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的水处理剂，其特征在于，所述多孔碳上，酰胺基团的接枝率为20～30％。
4.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述多孔碳的孔径为0.1～5m；和/或，所述多孔碳的粒径为1～10mm。
5.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述碳酸钙和多孔碳的质量比为0.5～1:1。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的水处理剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述接枝的过程包括将所述多孔碳前体、酰胺前体和烯酸发生聚合反应；优选地，所述酰胺前体包括丙烯酰胺和肉桂酰胺中的至少一种；优选地，所述烯酸包括丙烯酸和甲基丙烯酸中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述醋酸钙溶液的浓度为150～350g/L。
10.一种如权利要求1～5任一项所述水处理剂在人工湿地建造中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种矿山废水用水处理剂，其特征在于，所述水处理剂包括：
2.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述酰胺基团来自丙烯酰胺和肉桂酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的水处理剂，其特征在于，所述多孔碳上，酰胺基团的接枝率为20～30％。
4.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述多孔碳的孔径为0.1～5m；和/或，所述多孔碳的粒径为1～10mm。
5.根据权利要求1所述的水处理剂，其特征在于，所述碳酸钙和多孔碳的质量比为0.5～1:1。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的水处理剂的制备方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：占智青，罗波，罗夏菁，欧建武，谭海霞，廖晖，杨来根，
申请(专利权)人：中煤地质湖南环境科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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