一种汞污水处理方法

1.本发明涉及含汞污水处理领域，具体而言，涉及一种汞污水处理方法。


背景技术：

2.汞(hg)是环境中毒性最强的重金属元素之一。尤其是甲基汞(mehg)对人体和动物的毒害。各国学者对人为污染的水生生态系统汞的循环演化规律进行了深入研究，并对金属汞对人体毒害的机理进行了深入探讨，获得了金属汞可以通过水生食物链富集放大，在高营养级生物中高度富集和金属汞能通过人体血障和脑障对人的中枢神经系统产生危害的认识。
3.传统的含汞废水处理方法主要有化学沉淀法、金属还原法、活性炭吸附法、离子交换法、电解法和微生物法。化学沉淀法优点：是高浓度汞离子废水处理的优先选择，技术容易实现。缺点：对低浓度汞废水处理不彻底。金属还原法可处理成分单一的含汞废水，反应速率高，但脱汞不完全。活性炭吸附法在汞含量高时有很高的脱汞效率，汞含量低时效率下降；缺点：操作复杂、成本高、水质波动易导致超标。离子交换法受水中杂质影响大，成本高。电解法可处理达标，但投资成本高、电耗大、易生成汞蒸汽造成二次污染。微生物法在试验研究中展现了广阔的发展前景，但仍有很多问题制约了其工业化应用。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种汞污水的处理方法，该处理方法通过采用多种药剂进行伍配，实现了对含汞污水的高效处理，无论是污水中的有机汞还是无机汞，还有残留的汞均能得到很好的处理，因此该方法值得广泛推广进行应用。
6.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
7.本发明提供了一种汞污水处理方法，包括如下步骤：
8.将复合絮凝剂添加到含汞污水中，然后将处理后的含汞污水采用专用吸附剂进行吸附后，采用多孔活性炭处理；
9.其中，所述复合絮凝剂包括：以质量份数计，氯化铝5-10份、茯苓3-7份、硅藻土2-5份以及柠檬酸铵4-6份；
10.所述专用吸附剂包括：以质量份数计，含硫基功能团石英砂10-20份，沸石3-5份，直径为3nm～5nm的碳纤维5-7份。
11.优选地，作为进一步可实施的方案，所述复合絮凝剂包括：以质量份数计，氯化铝7-9份、茯苓4-6份、硅藻土3-4份以及柠檬酸铵5-6份。
12.优选地，作为进一步可实施的方案，所述专用吸附剂包括：以质量份数计，含硫基功能团石英砂12-18份，沸石4-5份，直径为3nm～5nm的碳纤维6-7份。
13.从本发明的汞污水处理方法可以看出，本发明通过采用特定的复合絮凝剂以及专用吸附剂实现了汞污水的更为深层次的处理，当然上述药剂在组分选择的过程中也并不是
随意进行选择的，是需要进行有目的性的选择得到的，比如本发明的复合絮凝剂成分中，在通用的氯化铝基础之上，又添加了茯苓、硅藻土以及柠檬酸铵等成分，茯苓的添加可以辅助氯化铝提高絮凝效果，并同时达到降解污水中汞的作用，由于茯苓中含有丰富的茯苓酸以及树胶等成分，那么在进行絮凝的过程中可以通过改变污水环境达到提高絮凝效果的作用。另外硅藻土以及柠檬酸铵的添加可以加速絮凝物的生成，使得捕获的沉淀物更牢固的吸附于胶体上，不会脱落，从而达到汞去除的效果。
14.本发明的专用吸附剂中，选用的石英砂、沸石以及碳纤维均是对汞污水具有良好的有害物质吸附效果的物质，尤其对于上述这几种物质在使用之前还进行了适当的改性，以提高其吸附效果，石英砂通过改性后通过表面的含硫基的功能团对汞产生强有力的吸附作用，沸石和碳纤维补充了石英砂吸附效果的不足，将污水中的残留汞进行有效的吸附去除，更加提高了整体的吸附效果。
15.优选地，作为进一步可实施的方案，所述含硫基功能团石英砂的制备方法包括：
16.将石英砂煮沸1h以上，然后用乙醇清洗，再添加巯基乙酸、乙酸酐和硫酸充分混合均匀。
17.优选地，作为进一步可实施的方案，石英砂与巯基乙酸、乙酸酐和硫酸的质量比为1：(5-10)：(3-5)：(3-5)。
18.进行改性的过程中，由于其吸附主要依靠的是含硫基功能团的多少以达到良好的改性吸附效果，所以在进行改性的过程中需要将各个原料控制在适宜的比例范围内，以达到良好的改性效果，使得吸附的汞在满足吸附前提下还能提高吸附的稳定性。
19.优选地，作为进一步可实施的方案，所述碳纤维预先进行改性处理，具体改性的方法包括：
20.将碳纤维预先采用羧酸进行浸泡10-20min，然后采用超声波超声30min以上。
21.优选地，作为进一步可实施的方案，采用超声波处理30min以上之后，再采用双丙烯酰胺以及氨水组成的混合溶液进行浸泡5-10min，然后用甲醇进行清洗。
22.优选地，作为进一步可实施的方案，双丙烯酰胺以及氨水的质量比为(2-3)：1。
23.本发明的碳纤维在使用之前也是进行了一定的改性操作的，主要是通过酸浸泡、超声处理，以及双丙烯酰胺以及氨水组成的混合溶液处理三种方式结合使用来提高碳纤维的吸附效果，通过这三种方式激活碳纤维内在的官能团，使其链段重组后更容易与污水中的汞离子进行结合后达到吸附去除的效果。
24.双丙烯酰胺以及氨水两者之间最好控制在适宜的比例范围内，通过两者共同混配之后对纤维处理，可以提高纤维的韧性、拉丝性能，从而对废水中的汞离子进行有效的去除，因此通过实践发现在这样的处理方法条件下可以提高汞污水的处理效果。
25.优选地，作为进一步可实施的方案，所述多孔活性炭的孔隙率为60-80％之间。
26.优选地，作为进一步可实施的方案，多孔活性炭掺入石墨烯，所述石墨烯与多孔活性炭质量比为1:(4-5)。
27.本发明在进行汞污水处理过程中，最后的步骤是通过采用多孔活性炭对含汞污水进行最后的深层次处理效果，以使污水完全满足回用的标准，通过实践发现在多孔活性炭中掺杂一定比例的石墨烯，以及控制多孔活性碳的孔隙率是可以清除残留汞的，尤其这个孔隙率的数值要控制适宜，因为如果孔隙率太小吸附性能会大大减弱，但是孔隙率太大又
会捕捉不到目的物，所以这个孔隙率的大小最好是居中设置，同样增加了石墨烯这种多孔物质的辅助，可以大幅度提高处理效果，但是其比例也要控制适宜，因为太多的石墨烯回用比较麻烦，也不能进一步提高处理效果。
28.总之，本发明的汞污水处理方法，通过采用复合絮凝剂、专用吸附剂以及多孔活性炭等多种手段进行结合应用，不仅达到对无机汞、有机汞以及残留汞的有效去除，还提高了汞去除的稳定性，当然各个药剂其各个组分的配比也需要控制在适宜的范围之内，每个组分都不能过量，也不能用量太小，因为用量大可能会影响到主剂效果的发挥，也会增加汞污水去除的复杂性以及负担。尤其是对于复合絮凝剂中的成分，茯苓的加量要少，本身茯苓加量太大容易滋养细菌，所以其加量控制适宜就可以起到配伍提高絮凝效果的作用，同样地在专用吸附剂中的沸石的加量也要控制，因为沸石主要是配合改性的石英砂，从而辅助石英砂进行吸附效果的加强的，如果加量太大其本身吸附效果又不强的情况下，会掩盖其他成分的吸附性能的。
具体实施方式
29.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
30.实施例1
31.汞污水处理方法包括如下步骤：
32.1)制备复合絮凝剂：按照质量份数进行称量，氯化铝5份，茯苓7份，硅藻土5份，柠檬酸铵4份。
33.2)制备专用吸附剂：按照质量份数进行称量，含硫基功能团石英砂10份，沸石5份，直径为3nm～5nm的碳纤维5份。
34.含硫基功能团石英砂的制备方法包括：石英砂煮沸1h，然后用乙醇清洗，再添加巯基乙酸、乙酸酐和硫酸充分混合均匀，石英砂与巯基乙酸、乙酸酐和硫酸的质量比为1：5：3：3。
35.碳纤维预先进行改性的方法包括：将碳纤维预先采用羧酸进行浸泡10-20min，然后采用超声波超声30min。
36.3)将上述制备得到的复合絮凝剂添加到某工厂用于试验的含汞污水中，然后再采用上述制备得到的专用吸附剂添加到含汞污水进行吸附后，最后采用多孔活性炭处理，多孔活性炭的孔隙率在60％。
37.实施例2
38.汞污水处理方法包括如下步骤：
39.1)制备复合絮凝剂：按照质量份数进行称量，氯化铝10份，茯苓3份，硅藻土2份，柠檬酸铵6份。
40.2)制备专用吸附剂：按照质量份数进行称量，含硫基功能团石英砂20份，沸石3份，直径为3nm～5nm的碳纤维7份。
41.含硫基功能团石英砂的制备方法包括：石英砂煮沸2h，然后用乙醇清洗，再添加巯
基乙酸、乙酸酐和硫酸充分混合均匀，石英砂与巯基乙酸、乙酸酐和硫酸的质量比为1：10：5：5。
42.碳纤维预先进行改性的方法包括：将碳纤维预先采用羧酸进行浸泡10-20min，然后采用超声波超声40min，然后采用双丙烯酰胺以及氨水组成的混合溶液进行浸泡，最后采用甲醇清洗，双丙烯酰胺以及氨水的质量比2:1；
43.3)将上述制备得到的复合絮凝剂添加到某工厂用于试验的含汞污水中，然后再采用上述制备得到的专用吸附剂添加到含汞污水进行吸附后，最后采用掺杂了石墨烯的多孔活性炭处理，石墨烯与多孔活性炭质量比为1:4，多孔活性炭的孔隙率在60％。
44.实施例3
45.汞污水处理方法包括如下步骤：
46.1)制备复合絮凝剂：按照质量份数进行称量，氯化铝7份，茯苓6份，硅藻土3份，柠檬酸铵6份。
47.2)制备专用吸附剂：按照质量份数进行称量，含硫基功能团石英砂18份，沸石4份，直径为3nm～5nm的碳纤维6份。
48.含硫基功能团石英砂的制备方法包括：石英砂煮沸2h，然后用乙醇清洗，再添加巯基乙酸、乙酸酐和硫酸充分混合均匀，石英砂与巯基乙酸、乙酸酐和硫酸的质量比为1：7：4：4。
49.碳纤维预先进行改性的方法包括：将碳纤维预先采用羧酸进行浸泡10-20min，然后采用超声波超声40min，然后采用双丙烯酰胺以及氨水组成的混合溶液进行浸泡，最后采用甲醇清洗，双丙烯酰胺以及氨水的质量比3:1；
50.3)将上述制备得到的复合絮凝剂添加到某工厂用于试验的含汞污水中，然后再采用上述制备得到的专用吸附剂添加到含汞污水进行吸附后，最后采用掺杂了石墨烯的多孔活性炭处理，石墨烯与多孔活性炭质量比为1:5，多孔活性炭的孔隙率在80％。
51.实施例4
52.汞污水处理方法包括如下步骤：
53.1)制备复合絮凝剂：按照质量份数进行称量，氯化铝9份，茯苓4份，硅藻土4份，柠檬酸铵5份。
54.2)制备专用吸附剂：按照质量份数进行称量，含硫基功能团石英砂12份，沸石4份，直径为3nm～5nm的碳纤维6份。
55.含硫基功能团石英砂的制备方法包括：石英砂煮沸2h，然后用乙醇清洗，再添加巯基乙酸、乙酸酐和硫酸充分混合均匀，石英砂与巯基乙酸、乙酸酐和硫酸的质量比为1：7：4：4。
56.碳纤维预先进行改性的方法包括：将碳纤维预先采用羧酸进行浸泡10-20min，然后采用超声波超声40min，然后采用双丙烯酰胺以及氨水组成的混合溶液进行浸泡，最后采用甲醇清洗，双丙烯酰胺以及氨水的质量比3:1；
57.3)将上述制备得到的复合絮凝剂添加到某工厂用于试验的含汞污水中，然后再采用上述制备得到的专用吸附剂添加到含汞污水进行吸附后，最后采用掺杂了石墨烯的多孔活性炭处理，石墨烯与多孔活性炭质量比为1:5，多孔活性炭的孔隙率在70％。
58.比较例1
59.其他操作步骤与实施例4一致，只是氯化铝9份，茯苓10份，硅藻土4份，柠檬酸铵5份。
60.比较例2
61.其他操作步骤与实施例4一致，只是含硫基功能团石英砂12份，沸石10份，直径为3nm～5nm的碳纤维6份。
62.实施例5
63.其他操作步骤与实施例4一致，只是多孔活性炭的孔隙率为90％。
64.比较例3
65.其他操作步骤与实施例4一致，只是采用氯化铝替代复合絮凝剂进行处理。
66.实施例6
67.其他操作步骤与实施例4一致，只是双丙烯酰胺以及氨水的质量比5:1。
68.实验例1
69.将上述实施例与比较例处理后的汞污水的汞浓度进行比较，具体汞浓度的数据如下所示。
70.表1实验结果
[0071][0072][0073]
从上数结果可以看出，实施例2-4的相比较来说其对汞污水处理的效果达到最优，实施例1由于碳纤维改性缺少最后混合溶液的浸泡步骤影响了其吸附性能，比较例1-2由于没有将药剂的质量份数控制在本发明方案要求的范围内对最终汞的处理效果也有影响，总之由于实施例1、实施例5-6以及比较例1-3没有将各个参数调控在最佳范围内，会对最终的效果产生一定的影响。
[0074]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。