一種經(jīng)由牛糞制備炭顆粒吸附廢水中銅離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于含銅廢水凈化處理技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種經(jīng)由牛糞制備炭顆粒吸附廢水中銅離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著冶金工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)生了大量的銅粉洗滌廢水、電鍍廢水和印刷電路板生產(chǎn)過程的堿氨蝕刻廢液,這些含銅廢水具有較高經(jīng)濟價值,但對人及環(huán)境都有危害。相關(guān)研宄表明,作為生命必須的有益元素,銅本身毒性較小,但人體吸人過量的銅后,就會刺激消化系統(tǒng),引起腹痛嘔吐,長期過量可造成肝硬化。銅對低等生物和農(nóng)作物毒性也較大,用含銅廢水灌溉農(nóng)田,將使作物受害,大大影響農(nóng)作物的生長。生物體可使銅離子富集,并把它轉(zhuǎn)化為毒性更大的重金屬有機化合物,很容易通過水系進入人體。由于銅與人體中某些組織的親和力特別大,結(jié)合后會抑制酶的活性,從而對人體發(fā)生毒害作用。所以含銅廢水在排放前如能回收利用則不僅可解決銅對環(huán)境的污染問題,而且節(jié)約資源,具有一定的經(jīng)濟效益。
[0003]目前,含銅廢水處理一般包括化學(xué)沉淀法、離子交換法、萃取法以及吸附法。
[0004]1.化學(xué)沉淀法
在化學(xué)沉淀法中,以中和沉淀法應(yīng)用最廣泛,此方法的處理實質(zhì)是調(diào)節(jié)廢水PH值,而由于各種金屬最佳沉淀的PH值不同,使得去除效果不好;化學(xué)沉淀法需投加化學(xué)藥劑,存在嚴(yán)重的二次污染問題,同時該方法只能將銅離子廢水處理到一定程度,無法深度去離子,一般需要和后續(xù)工藝結(jié)合。
[0005]2.離子交換法
離子交換是靠交換劑本身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子通過離子擴散來實現(xiàn)的。與沉淀法相比,其在低濃度廢水處理方面具有一定的優(yōu)勢,但該法受樹脂的吸附容量、廢水中雜質(zhì)的影響以及交換劑品種、產(chǎn)量的限制,且對廢水的預(yù)處理要求較高,離子交換樹脂的再生及再生液的處理也是一個難以解決的問題。且由于這些樹脂價格昂貴,生產(chǎn)成本較高,因此此方法大多停留在試驗階段,較少在工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。
[0006]3、溶劑萃取法
溶劑萃取法是將不溶于水而能溶解水中某種物質(zhì)(稱溶質(zhì)或萃取物)的溶劑投加入廢水中,使溶質(zhì)充分溶解在溶劑內(nèi),進而從廢水中分離除去或回收。萃取過程主要包括混合、分離和回收3個工序。溶劑萃取法處理廢水的關(guān)鍵是要使用有較高選擇性的萃取劑。由于溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大,此法的應(yīng)用受到了很大的限制。
[0007]4.吸附法
吸附法是利用吸附劑的獨特結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種方法。傳統(tǒng)吸附劑有活性炭,腐植酸、聚糖樹脂、碴藻土等。實踐證明,使用不同吸附劑的吸附法需選擇合適的吸附劑,一般只用于處理痕量的低濃度廢水,這在很大程度上限制了其在實際中的應(yīng)用。
[0008]吸附法是去除重金屬的一種重要方法,活性炭和生物吸附劑是目前常用的基于生物質(zhì)的去除重金屬的吸附劑。由于活性炭昂貴的原材料和生產(chǎn)成本,在處理低濃度、大水量重金屬廢水時并不合適。雖然生物吸附劑成本較低,但對低濃度重金屬廢水去除率較低,而且其作為生物質(zhì)易于變質(zhì)而不易保存。故尋求效果好、成本低,同時便于保存的吸附劑,是吸附法去除重金屬銅的一個重要方向。
[0009]目前,動物糞便是我國農(nóng)業(yè)廢棄物的主要構(gòu)成物質(zhì),年產(chǎn)量極大,但有效利用率很低,這些得不到有效利用的農(nóng)業(yè)廢棄物通常以焚燒、填埋和露天堆放的方式處置,這些處理方式會導(dǎo)致環(huán)境污染、影響景觀、占用耕地、污染地下水系等一系列環(huán)境問題,嚴(yán)重影響了環(huán)境質(zhì)量。將牛糞有機肥在缺氧和一定溫度條件下進行處理,得到生物炭。炭化后的生物質(zhì)經(jīng)處理,因其內(nèi)部孔道分布結(jié)構(gòu)被改變、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達、表面的粗糙程度增大、比表面積大和離子交換量高等獨特的物理化學(xué)性質(zhì),生物炭對銅離子有很高的吸附量,可有效去除廢水中的銅離子。生物炭是一種由生物質(zhì)在無氧或缺氧條件下熱解產(chǎn)生的富碳固體產(chǎn)物。牛糞制備的炭是未完全碳化的富碳產(chǎn)物,其表面富含羧基、羥基、苯酚基團等,對重金屬離子和有機物都有較好的吸附效應(yīng)。相對于傳統(tǒng)吸附劑活性炭,原材料來源廣泛,其制備過程中碳化溫度低(<500°C),且無需后續(xù)的活化步驟;其表面官能團含量豐富,對重金屬去除率更高。相對于生物吸附劑,牛糞制備的炭經(jīng)過熱解碳化后,其性質(zhì)穩(wěn)定、不易變質(zhì)、易于保存。故由于牛糞制備的炭其原料豐富、成本低廉、制備簡單、易于保存、對銅金屬的吸附量高等優(yōu)點。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)中,化學(xué)沉淀法需投加化學(xué)藥劑,存在嚴(yán)重的二次污染問題,同時該方法只能將銅離子廢水處理到一定程度,無法深度去離子,一般需要和后續(xù)工藝結(jié)合,不適合大規(guī)模高效低價地處理含銅廢水;離子交換法對廢水的預(yù)處理要求較高,離子交換樹脂的再生及再生液的處理也是一個難以解決的問題,也不適合大規(guī)模高效低價地處理含銅廢水;溶劑萃取法較高選擇性的萃取劑限制了其在實踐中的應(yīng)用;吸附法一般只用于處理痕量的低濃度廢水。
[0011]為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種經(jīng)由牛糞制備炭顆粒吸附廢水中銅離子的方法。本方法克服了吸附法中的吸附效果不佳等缺陷以及其它方法中的缺陷,提供了一種高效低價的處理含銅廢水的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]本發(fā)明的目的是提供一種高效的處理含銅廢水的方法。
[0013]由于牛糞中富含草質(zhì)纖維,制成的炭顆粒的表面粗糙程度大、比表面積大和離子交換量高等獨特的物理化學(xué)性質(zhì),對重金屬陽離子有很高的吸附量,可有效去除廢水中的銅離子。本發(fā)明研宄了牛糞、雞糞、人類糞便等對各種重金屬吸附能力實驗,結(jié)果表明,對汞離子的吸附上,雞糞大于牛糞,牛糞大于人類糞便;而在鉛離子的吸附上,人類糞便大于牛糞,牛糞大于雞糞;而在銅離子的吸附上,牛糞便大于人類糞便,人類糞便大于雞糞。選用牛糞作為生物炭原料進行銅殘留的吸附優(yōu)于其他材料。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種經(jīng)由牛糞制備炭顆粒吸附廢水中銅離子的方法,其包括以下步驟。
[0015]一種經(jīng)由牛糞制備炭顆粒吸附廢水中的銅離子的方法,其包括以下步驟:
在第一步驟中, 將牛糞傳送到槳葉式干燥機中干燥成含水率40%-50%的半干牛糞,所述半干牛糞和硫酸鎂粉以4:1的質(zhì)量比均勻混合后傳送到轉(zhuǎn)爐中繼續(xù)干燥造粒,形成含水率為20%-30%、粒度為100目的大致圓形顆粒;
所述圓形顆粒通過100目篩,大于篩孔的圓形顆粒返回所述轉(zhuǎn)爐繼續(xù)造粒,通過所述篩的圓形顆粒在無氧環(huán)境中傳送到馬弗爐進行加熱炭化處理,其中,所述馬弗爐先升溫至200°C使圓形顆粒受熱均勻,在此溫度炭化2小時,之后繼續(xù)升溫至550 °0繼續(xù)炭化I小時獲得第一炭化顆粒;
在第二步驟中,
所述第一炭化顆粒加入濃度為I摩爾每升的硫酸和硝酸混合溶液中以200轉(zhuǎn)每分至1000轉(zhuǎn)每分的攪拌速率攪拌12小時,其中,第一炭化顆粒質(zhì)量與所述混合溶液體積比為I克:30毫升至I克:40毫升,然后過濾,過濾后的所述第一炭化顆粒用蒸餾水洗至中性后,使用異丙醇溶劑沖洗,然后在溫度60至70 ^下在烘箱中烘干,形成第二炭化顆粒;
在第二步驟中,
所述第二炭化顆粒和氯化亞錫以1:6的質(zhì)量比混合加入水中攪拌30分鐘,再加入鹽酸入進行升溫回流處理,過濾、水洗、烘干,形成第三炭化顆粒;
第三炭化顆粒均勻鋪于陶瓷容器表面,其上方80毫米處設(shè)有功率I千瓦,光譜范圍365至450納米的高壓汞燈燈管輻射16小時;
在第四步驟中