專利名稱：改性麥糟處理含鉛廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鉛廢水處理方法，特別是涉及一種采用改性
麥糟處理含鉛廢水使含鉛廢水穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996) 的方法，屬于環(huán)境工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前工業(yè)生產(chǎn)上和鉛有關(guān)的行業(yè)己經(jīng)有三、四百種。而鉛是有 毒金屬，鉛和可溶性鉛鹽均有毒，鉛被人體吸收后主要損害骨骼造血系統(tǒng)和神 經(jīng)系統(tǒng)，引發(fā)造血、神經(jīng)、消化、泌尿系統(tǒng)等一系列病癥。因此，消除廢水 中的鉛對(duì)環(huán)境保護(hù)和人體健康具有十分重要的意義。
目前工業(yè)上一般采用化學(xué)沉淀法和離子交換法處理廢水中重金屬鉛離子。 而電解法則是一種有待人們重新認(rèn)識(shí)的古老而全新的方法。另外，液膜法和生 物吸附法是新興的含鉛廢水的處理方法，目前處于研究階段。
化學(xué)沉淀法所用沉淀劑有石灰、燒堿、氫氧化鎂、純堿以及磷酸鹽。其中 氫氧化物沉淀法應(yīng)用較多。但大量的含鉛污泥不易處理，容易造成二次污染，且 化學(xué)沉淀法有占地面積大、處理量小、選擇性差等缺點(diǎn)。離子交換法處理鉛離子 是較為理想的方法之一，不但占地面積小、管理方便、鉛離子脫除率很高，而且 處理得當(dāng)可使再生液作為資源回收，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，缺點(diǎn)是離子交換 法的一次性投資比較大，且再生問(wèn)題也存在一定的困難。國(guó)內(nèi)外都在積極開(kāi)展再 生液的資源化技術(shù)研究，這也是離子交換技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
電解法處理廢水一般無(wú)需加入很多化學(xué)藥品，后處理簡(jiǎn)單、占地面積小、管 理方便污泥量小，所以被稱為清潔處理法。而且這種方法可直接得到純金屬。但 簡(jiǎn)單的單陰/陽(yáng)極體系，陰極電流效率低，沉積速度慢，尤其是對(duì)于Pb2+，由于 其標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.126V(vs.SCE),在稀溶液中電解時(shí)，因濃差極化而使鉛的 析出電位變得更負(fù)，在電解過(guò)程中有大量氫氣析出，而使其電流效率不高，并且 難于實(shí)現(xiàn)深度凈化，因此對(duì)其進(jìn)行研究難度較大。
乳狀液膜技術(shù)是20世紀(jì)60年代末開(kāi)發(fā)的新型分離技術(shù)。乳化液膜具有選擇 性專一、傳質(zhì)通量大及流動(dòng)性好等特點(diǎn)，使之適于含鉛離子的工業(yè)廢水的連續(xù)處 理。液膜法處理含鉛離子廢水，既凈化了水質(zhì)，又富集回收了金屬離子，起到雙 重功效。但由于液膜技術(shù)難度大，用于制備乳化液膜的表面活性劑品種少、性能差、破乳技術(shù)不過(guò)關(guān)等，都阻礙了該法的工業(yè)化。目前，國(guó)內(nèi)己對(duì)含鉛廢水的液 膜處理方法進(jìn)行了研究，但普遍停留在實(shí)驗(yàn)室階段。
生物吸附劑主要是菌類、淀粉、纖維以及藻類等。生物吸附又可分為死體吸 附和活體吸附，其中生物死體表現(xiàn)出和金屬更強(qiáng)的結(jié)合性，死體細(xì)胞也有無(wú)需供 應(yīng)細(xì)胞生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)及不受環(huán)境的影響等優(yōu)點(diǎn)，因此，生物死體吸附目前將更引起 人們的重視。使用生物材料處理和回收含鉛廢水的技術(shù)是簡(jiǎn)單又經(jīng)濟(jì)的治理方 法，已經(jīng)引起了人們的重視。生物材料對(duì)重金屬天然的親和力，可用以凈化濃度 范圍較廣的鉛離子廢水以及混合的金屬離子廢水。其優(yōu)點(diǎn)有受PH值影響小； 不使用化學(xué)試劑；菌泥量極少；無(wú)二次污染；排放水可回用；菌泥中金屬回收且 菌泥可用作肥料。生物吸附法將是廢水深度處理常用的方法。
大量的天然材料或工業(yè)副產(chǎn)品是廉價(jià)吸附劑的重要來(lái)源，只需簡(jiǎn)單加工、 來(lái)源廣泛。近年來(lái)，關(guān)于"廉價(jià)"吸附劑去除鉛離子的研究很多，天然沸石、 麥飯石、改性海泡石等以及酸改性膨潤(rùn)土、麥麩、啤酒酵母等都可用來(lái)吸附鉛 離子
發(fā)明內(nèi)容
為克服化學(xué)沉淀法處理含鉛廢水存在的容易造成二次污染、占地 面積大、處理量小、選擇性差等缺點(diǎn)；離子交換法、電解法、液膜法及生物吸附 法等一次性投資比較大，再生問(wèn)題也存在一定困難，工業(yè)應(yīng)用困難等缺點(diǎn)；本發(fā) 明提出一種改性麥糟處理含鉛廢水的方法。
麥糟又稱啤酒糟，是啤酒廠最大的副產(chǎn)物，占廢棄物總量的80%以上，其 主要成份是麥芽糖，粗蛋白含量在25%左右，粗纖維含量在17%以上，這些功 能基團(tuán)可用于吸附或絡(luò)合重金屬離子。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2005年我國(guó)啤酒產(chǎn)量就達(dá)3186 萬(wàn)噸，年產(chǎn)干糟量達(dá)175萬(wàn)噸以上，預(yù)計(jì)今后啤酒產(chǎn)量還將大幅度增長(zhǎng)。這些麥 糟在我國(guó)一直沒(méi)有得到很好利用，大部分啤酒廠一般直接將濕麥糟低價(jià)出售給農(nóng) 戶用作飼料，少數(shù)廠家將濕麥糟干燥后作為飼料銷售，收益甚微。甚至有些廠家 以廢棄物的形式直接排放濕麥糟，這既浪費(fèi)了寶貴資源又污染了環(huán)境，因此積極 開(kāi)展麥糟的綜合利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本發(fā)明將廢棄的麥糟制成一種性能優(yōu) 良的吸附劑，用于處理含鉛廢水，真正實(shí)現(xiàn)了 "以廢治廢"。
改性麥糟處理含鉛廢水的方法，本發(fā)明以麥糟為主要原料，采用0. 5-2mol/L 的氯化鈉溶液浸泡麥糟8-15小時(shí)進(jìn)行改性，之后經(jīng)洗滌、6(TC干燥、研碎、過(guò) 270um ( 50目)篩，得到改性麥糟吸附劑；改性麥糟吸附處理含鉛廢水工藝過(guò) 程為以質(zhì)量體積濃度為1-100mg/L的含鉛廢水為處理對(duì)象，調(diào)節(jié)pH值為4. 5 6. 5，以改性麥糟質(zhì)量與含鉛廢水體積比2 10g/L的比例加入改性麥糟吸附劑， 進(jìn)行1 6小時(shí)的吸附，吸附處理后，上清液達(dá)標(biāo)排放，改性麥糟用0.1 0. 5mol/L 的稀鹽酸解吸，實(shí)現(xiàn)再生。
麥糟改性前后表面形貌如附圖2所示，用氯化鈉改性后的麥糟空隙明顯增 大，許多有效基團(tuán)暴露，并且提供足夠的吸附空間，更有利于對(duì)重金屬的吸附。
麥糟改性前后紅外光譜及分析如附圖3、表l、表2所示。改性麥糟中含有 的大量功能基團(tuán)(如羥基、羧基仲酰胺基等)易與金屬鉛離子結(jié)合從而達(dá)到吸 附重金屬離子的目的。附圖2、表1和表2經(jīng)氯化鈉溶液改性后的麥糟紅外光譜 圖主要有兩處變化，第一是仲酰胺I帶的最大吸收位置從1655. 25cm—1紅移至 1637.68 cm—1,這是由于N—Cl鍵的形成，使得羰基的雙鍵性減弱，因此發(fā)生紅 移；第二是一CH2—的彎曲振動(dòng)峰1458.55 cm—4肖失而在1423.28 cnT處出現(xiàn)了 CH2Cl2的C一H的伸縮振動(dòng)峰，這說(shuō)明在氯化鈉溶液改性麥糟的過(guò)程中，氯離子確 實(shí)發(fā)揮了重要作用，它改變了仲酰胺和一CH2—的結(jié)構(gòu)，使得改性后的麥糟具有 活潑的N—Cl基團(tuán)和C一C1， N原子和Cl原子都可以提供孤對(duì)電子和Pb2+配位結(jié) 合，從而提高了吸附能力。改性麥糟吸附Pb2+后紅外光譜圖主要有5處變化，第 一是羥基的最大吸收位從3403. 86 cnfi紫移至3417.70 cm—1，由于部分羥基參與 了吸附，使得形成的氫鍵部分?jǐn)嚅_(kāi)，引起羥基的伸縮振動(dòng)最大峰位置紫移第二是 仲酰胺II帶的譜峰1543. 51 cm—i消失，這是仲酰胺中的N原子提供孤對(duì)電子與Pb2+ 配位結(jié)合的結(jié)果(劉愛(ài)民等，2005);第三是糖類的C一O(H)的伸縮振動(dòng)弓I起的 譜峰從1050.25 cm—'紫移至1069.75 cm—'，可能是由于部分0原子提^ 瓜對(duì)電子 與Pb2+配位結(jié)合，使得C—O(H)被削弱，引起譜峰的紫移；第四是C—Cl的伸縮 振動(dòng)峰從530. 99 cm—i紫移至562. 02 cnf1，第五是改性后新出現(xiàn)的C一H彎曲振動(dòng) 峰從1423. 28 cm—i紫移至1451. 54 cm—、其原因可能是由于部分Cl原子提供孤對(duì) 電子與Pb2+配位結(jié)合，引起譜峰的紫移。由此可見(jiàn)，改性麥糟吸附Pb2+的過(guò)程中， 仲鵬中的N—C1起了關(guān)鍵的作用，C一C1以及糖類的C—0(H)、碳水化合物中 結(jié)合水的羥基0—H對(duì)吸附也起了重要的作用。
與己有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)-
本發(fā)明充分利用啤酒工業(yè)廢棄的麥糟作為吸附劑，用于吸附含鉛廢水，真正 實(shí)現(xiàn)"以廢治廢"；以及實(shí)現(xiàn)清潔、高效、廉價(jià)處理含鉛廢水，出水中鉛離子穩(wěn) 定達(dá)到國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)。
l.處理高效。含鉛為l一100mg/L的含鉛廢水處理后出水中鉛含量低至0. 09mg/L -0. 52mg/L，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)lmg/L。
2.工藝簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，成本低。氯化鈉改性不影響反應(yīng)體系的pH值。處理50mg/L 的含鉛廢水處理藥劑成本約0. 3元/噸。


附圖1:改性麥糟處理含鉛廢水的工藝流程示意圖； 附圖2:麥糟改性前(a)、后(b)表面形貌；
附圖3:麥糟改性前后紅外光譜，其中l(wèi)-未改性麥糟；2-改性麥糟；3-改
性麥糟吸附Pb2+。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l分別取鉛濃度20mg/L， pH值5. 5的溶液100mL，放入兩個(gè)250mL 錐形瓶中，按麥糟質(zhì)量與含鉛廢水的體積比6g/L分別加入麥糟和改性麥糟，吸 附反應(yīng)5h，達(dá)到平衡后過(guò)濾分離，上清液進(jìn)行分析檢測(cè)，出水中鉛分別脫除到 5. 44mg/L和0. 52mg/L，脫除率分別為97. 4%和72. 8%。改性麥糟吸附處理含鉛廢
水的效果明顯優(yōu)于改性前的麥糟。
實(shí)施例2取鉛濃度20mg/L， pH值5. 5的溶液100mL，放入250mL錐形瓶中， 按改性麥糟質(zhì)量與含鉛廢水的體積比6g/L加入改性麥糟，進(jìn)行吸附反應(yīng)5h，達(dá) 到平衡后過(guò)濾分離，上清液進(jìn)行分析檢測(cè)，出水中鉛脫除到0. 18mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)。
實(shí)施例3取鉛濃度50mg/L， pH值5. 0的溶液lOOraL，放入250mL錐形瓶中， 按改性麥糟質(zhì)量與含鉛廢水的體積比6g/L加入改性麥糟，進(jìn)行吸附反應(yīng)5h，達(dá) 到平衡后過(guò)濾分離，上清液進(jìn)行分析檢測(cè)，出水中鉛脫除到0.23mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低 于國(guó)家《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)。
實(shí)施例4取鉛濃度90mg/L， pH值5. 5的溶液1L，按改性麥糟質(zhì)量與含鉛 廢水的體積比6g/L加入改性麥糟，進(jìn)行吸附反應(yīng)6h，達(dá)到平衡后過(guò)濾分離，上 清液進(jìn)行分析檢測(cè)，出水中鉛脫除到0. 52mg/L，遠(yuǎn)低于國(guó)家《污水綜合排放標(biāo) 準(zhǔn)》(GB8978-1996)。表1麥糟改性前后紅外光譜分析
基團(tuán)，別振動(dòng)形式.吸收位置(cnr1)
改性前改鵬難
羥基和仲鵬v(O-H)和v(N—H)3402.723403.86-U4
月旨肪族的一CH2—v(C—H)2919.91和 2851.122920.81和 2852.08-0.90
仲,I帶v(CK))1655.251637.6817.57
仲,II帶S (N-柳v (C—N)1543.181543.51-0.33
_CH2—S(C—H)1458.55消失
羧基v(—COO—)1384.551384.010.54
鵬III帶v(C—N)， S(N—H)1250.011247,702.31
c一ov(C—O)1158.381158.93-0.55
C-O(H)v(C—卿)1051.561050.251.31
C一C1v(C—CI)526.00530.99 4.99
改性后的新峰CH2Cl2S(C—H)無(wú)1423.28
(注差值為正表示紅移，差值為負(fù)標(biāo)繊)
表2改性麥糟吸附Pt^前后紅外光譜分析
基團(tuán)，別振動(dòng)形式吸收位置(咖")
吸附前吸附后差值
羥基和仲Wv(O-H)和v(N-H)3403,863417.70-13.84
月旨肪族的一CH2—v(C—H)2920.81和 2852.082919.25和 2851.931.56和0.15
仲 1帶v(C=0)1637.681633.594.09
仲酰膨滯5(N—柳v(C—N)1543.51消失
—CH廣S(C—H)消失無(wú)
羧基v(—COO—)1384.011384.27-0.26
鵬鵬v(C—N)， S(N—H)1247.701246.191.51
c一ov(C—O)1158.931160.03-1.10
C—O(H)v(C—O,1050.251069.75-19.5
C一C1v(C—CI)530.99562.02-31.03
改性后的新峰CH2Cl2S(C—H)1423.281451.54-28.26
(注差值為正表稱移，差值為負(fù)表^^)
權(quán)利要求
1. 改性麥糟處理含鉛廢水的方法，其特征在于采用0.5-2mol/L的氯化鈉溶液浸泡麥糟8-15小時(shí)進(jìn)行改性，改性后經(jīng)洗滌、干燥、研碎、過(guò)270μm篩，得到改性麥糟吸附劑；調(diào)節(jié)含鉛廢水pH值為4.5～6.5，將改性麥糟與含鉛廢水按質(zhì)量體積比2～10g/L的比例混合，進(jìn)行1～6小時(shí)的吸附，吸附處理后，上清液達(dá)標(biāo)排放。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于本發(fā)明適合于處理鉛質(zhì)量濃 度為1-100mg/L的含鉛廢水。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于吸附鉛后的麥糟用0.1 0. 5mol/L的稀鹽酸解吸，實(shí)現(xiàn)再生。
全文摘要
改性麥糟處理含鉛廢水的方法。本發(fā)明以麥糟為主要原料，采用0.5-2mol/L的氯化鈉溶液浸泡麥糟8-15小時(shí)進(jìn)行改性，將改性麥糟加入待處理的含鉛廢水中，進(jìn)行1～6小時(shí)的吸附，吸附處理后，上清液達(dá)標(biāo)排放。本發(fā)明充分利用啤酒工業(yè)廢棄的麥糟作為吸附劑，用于吸附含鉛廢水，真正實(shí)現(xiàn)“以廢治廢”；以及實(shí)現(xiàn)清潔、高效、廉價(jià)處理含鉛廢水，出水中鉛離子穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，含鉛為1-100mg/L的含鉛廢水處理后出水中鉛含量低至0.09mg/L-0.52mg/L，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)1mg/L。
文檔編號(hào)C02F1/62GK101428891SQ20081014385
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月9日
發(fā)明者兵 彭, 李青竹, 楊志輝, 柴立元, 王云燕, 王海鷹, 舒余德, 閔小波, 陳云嫩, 燕 黃 申請(qǐng)人:中南大學(xué)