一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法

技术领域

本发明涉及化学吸附技术领域，更具体的说是涉及一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法。

背景技术

随着社会经济的发展和工业规模的增加，我国水体重金属污染现状已非常严峻。重金属离子具有高毒性和生物富集性，对生产生活的危害极大，是水污染治理的重点之一。其中，铅离子的排放量大，危害范围广，毒害作用强，具有强烈的慢性神经毒性与肝肾毒性，并具有难降解和生物积累性。我国每年产铅量超过422万吨，其中3269吨以铅离子的形式进入水体，经过处理后，仍有96吨排入自然水体中，当水体中铅浓度高于0.1mg/L时，即可抑制自然水体的自净能力，因此，工业废水排放标准由原先的1mg/L进一步严格到0.5mg/L，而饮用水的标准更加严格，达到0.01mg/L。造成铅污染的原因包括含铅矿石的自然扩散与渗透，铅蓄电池行业，再生铅行业和电镀行业产生的废水，这些废水成分复杂，干扰物较多，通常呈酸性，且铅离子浓度可达100mg/L以上，其对生态的危害程度极大。

目前，水体铅离子的去除方法包括化学沉淀法、氧化还原法，阳离子交换法、吸附法、膜分离法和生物处理法等。其中，吸附法操作简单、成本相对低廉、处理效果好，且易与其它方法耦合，是适合于铅离子处理的方法之一。通常，离子交换、表面络合与沉淀产生是吸附剂吸附铅离子的主要机理。但是限于氢氧化铅的溶解度和吸附剂表面官能团的丰度，大多的吸附剂很难将铅离子去除彻底，而吸附性能较好的吸附剂往往存在价格高昂，制备过程复杂，吸附容量低等缺点。因此，采取一定的辅助手段提升吸附剂的吸附效果，比如，利用二氧化碳进行沉淀转化，将沉淀产物转化为更加难溶，也更加容易去除的碱式碳酸铅，将十分有利于节约吸附剂制备与使用的成本，优化吸附效果，加速吸附过程，降低出水浓度，但是目前利用二氧化碳降低盐度以及处理重金属废水的方案中，往往可使用的场合比较受限，要么应用于离子交换树脂，要么应用于飞灰回收废水等偏碱性废水中的重金属去除，而常见的重金属废水往往呈酸性，二氧化碳很难真正起到促进吸附的作用。

因此，如何提供一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种在使用具有离子交换和pH调节的吸附剂时，通过在吸附过程中通入二氧化碳，从而通过沉淀转化提升吸附剂的铅离子去除能力的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法，将吸附剂置于吸附反应器或者搅拌反应器中，然后将二氧化碳气体导入到反应体系中，将沉淀转化为碱式碳酸铅去除；

其中，所述吸附剂具有通过离子交换与调节水体pH值从而产生沉淀的能力。

本发明中吸附剂可以通过提供碱性环境，形成沉淀而去除水体中的铅离子，二氧化碳的通入能够加速沉淀的形成，并能够降低出水铅离子浓度，二者的结合能够有效提升含铅废水的处理效果。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，所述吸附剂为改性炭。

上述技术方案的有益效果：所述吸附剂为具有提升水体pH值，通过沉淀效应去除铅离子的吸附剂。当选用改性炭时，改性炭为负载有氧化镁/氢氧化镁的多孔炭材料(如生物炭、活性炭)，或者在处理后表面呈碱性的多孔炭材料，可通过促沉淀效应促进铅离子的去除，在二氧化碳气体的耦合作用下，沉淀由溶解度较高的氢氧化铅转化为溶解度较低的碱式碳酸铅，从而达到较高的去除率。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，所述二氧化碳气体为任意二氧化碳含量达到5％且不含酸性气体的气体。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，所述吸附反应器为固定床反应器或者流化床反应器，需要注意的是本发明所述吸附反应器满足气体与液体有较充分接触的反应器均可以。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，将二氧化碳气体与含铅废水在气液混合设备中混合，然后通入装有吸附剂的吸附反应器或者搅拌反应器中进行重金属吸附，过滤出水即可。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，将含铅废水通入装有吸附剂的吸附反应器或者搅拌反应器中进行重金属吸附，过滤出水后进入气液混合设备中，然后向气液混合设备中通入二氧化碳气体进行沉淀转化，并再通过吸附反应器吸附或者膜分离反应器进行固液分离后出水，即可。

上述技术方案的有益效果是：沉淀产生的位置与吸附剂相分离，不容易发生堵塞。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，将含铅废水通入装有吸附剂的搅拌反应器中，然后泵入二氧化碳气体搅拌吸附，过滤出水即可。

上述技术方案的有益效果是：本方法虽然会在一定程度上增加气体泵入难度，但是气体通入的效果更加优异。

优选的，在上述一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法中，所述气液混合设备为淋洗塔或气体吸收塔。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种利用二氧化碳提升吸附剂去除铅离子能力的方法，在吸附剂能够通过离子交换与沉淀而去除水体中铅离子的时候，通过在吸附体系中通入二氧化碳，将沉淀转化为碱式碳酸铅，从而加速吸附反应，并形成更大颗粒的沉淀，有利于铅离子更加彻底的去除。

本发明利用二氧化碳促进吸附，缩短处理时间，增加颗粒直径，从而有利于分离，提升处理效果，扩大应用范围，根据吸附剂的性能，将仅限于处理碱性重金属废水的方案扩展到中性和偏酸性的废水处理中；同时二氧化碳的通入，有利于吸附速率的提升，使得沉淀产生与形成较大颗粒的过程更加迅速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的流程图一；

图2附图为本发明提供的流程图二；

图3附图为本发明提供的流程图三；

图4附图为本发明提供的流程图四；

图5附图为不同二氧化碳供应条件下对24h内铅离子吸附量的影响示意图；

图6附图为二氧化碳供应条件与吸附剂炭材料类型对铅离子去除速率的影响示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种通过通入二氧化碳，促进吸附剂进行水体中铅离子去除的含铅废水处理方案，能有效减少吸附剂的使用量，提升铅离子废水的处理效果，并降低吸附剂的制备难度。

实施例1

参见图1，首先将含铅废液由水泵通入气液混合设备淋洗塔中，然后将二氧化碳气体由气泵通入待处理含铅废液中，再进入固定床/流化床吸附反应器进行吸附后过滤出水。

实施例2

参见图2，首先通过入固定床/流化床吸附反应器处理含铅废液，再进入淋洗塔或者气体吸收塔等气液混合设备中，同时二氧化碳气体由气泵通入气液混合设备中反应，最后再通过吸附反应器吸附或者膜分离反应器进行固液分离后过滤出水。

实施例3

参见图3，首先通过加入吸附剂的间歇流搅拌反应器处理含铅废水，再进入淋洗塔或者气体吸收塔等气液混合设备，同时二氧化碳气体由气泵通入气液混合设备中反应，过滤出水。

实施例4

参见图4，在使用加入吸附剂的间歇流搅拌反应器处理含铅废水的同时，泵入含二氧化碳的气体，充分反应后，过滤出水。

本发明基于实施例4对二氧化碳类型的选取、通入气体中二氧化碳的浓度对铅离子去除效率的影响进行了研究。

参见图5，采用同一种吸附剂氧化镁改性生物炭，分别在隔绝二氧化碳与正常接触二氧化碳以及过量通入二氧化碳的条件下(其中，隔绝二氧化碳为完全隔绝与二氧化碳的接触；正常接触为通入空气；过量通入为二氧化碳浓度明显高于空气中二氧化碳含量的气体，该次实验采用的二氧化碳浓度是5％)，铅离子吸附量的对比，该实验表明吸附过程必须与空气中的二氧化碳正常接触，才能达到预期处理效果。

参见图6，通入不同浓度二氧化碳对吸附速率的影响，结果证明，二氧化碳的通入浓度由0.3％(空气中的平均浓度)提升至5％时，铅离子的去除速率显著提升，平衡时间缩短至60min以内。而不使用相对应吸附剂，仅使用普通多孔碳进行吸附，则通入二氧化碳也没有较好的吸附效果。

需要说明的是，实施例1-4方法的不同主要影响沉淀产生的区域，不影响去除率，且流化床反应器的吸附容量略低于搅拌反应器。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。