[发明专利]一种活性焦改性方法及其用于去除再生水中重金属的应用方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种针对再生水中重金属去除的活性焦改性方法和改性活性焦的应用方法。

背景技术

城市污水的再生利用是解决当前水资源日益短缺的有效途径之一。我国很多城市已经将城市污水再生利用率作为城市发展规划的一项重要指标，但由于城市污水水质的复杂性及再生水回用的多途径，以城市污水处理厂二级出水作为再生水水源的再生水系统的水质安全性必须引起人们的足够关注。再生水中的污染物种类较多，其中的的重金属(如汞、镉、铅、铬与金属砷等)对地下水回灌、农田灌溉等再生水回用途径影响较大。

目前，膜生物反应器以其出水水质好、污泥产量少等特点在再生水深度处理中得到广泛应用。在膜生物反应器中引入粉末活性炭，不仅可以通过粉末活性炭吸附提高对水中有机污染物的去除，而且可以通过吸附作用完成对水中重金属的去除。但是前期应用结果表明，粉末活性炭等吸附剂对水中重金属离子的吸附效果有限。为了提高去除效果，可以对活性炭表面官能团进行氧化改性，增加活性炭表面酸性含氧官能团(如羧基、酚羟基、酯基等)的含量，增强表面的亲水性即极性，从而提高活性炭对极性物质，包括水中重金属离子的吸附性能。但是，粉末活性炭因其成本较高而限制其在工程中长期使用。活性焦是以褐煤为主要原料研制出的一种外观为暗黑色的多孔的含碳物质，是没有得到充分干馏或活化的活性炭吸附剂。活性焦成本较粉末活性炭低得多，且对水中重金属离子具有一定的吸附去除效果，但往往投量需要很高才能达到理想的去除效果。采用经济可行的方法对活性焦进行改性，可以大幅提高重金属吸附容量，从而降低投量和处理成本。

本发明针对上述问题，提出一种对活性焦表面进行改性方法，并针对再生水中重金属去除难题，提出改性活性焦的在再生水处理中的应用方法。本发明可应用于城市污水厂二级出水深度净化，也可应用于以城市污水厂出水或雨水为水源的再生水处理工程。

发明内容

本发明的目的之一是，提供一种提高活性焦对重金属吸附效果的活性焦改性方法；

本发明的目的之二是，针对再生水中重金属去除难题，提供一种利用改性活性焦吸附重金属、之后利用浸没式超滤膜过滤去除吸附重金属的改性活性焦的应用方法。

本发明的技术原理在于，利用自由氯和强氧化性酸将活性焦表面烃基、醛、酮等官能团氧化为酚羟基、羧基等，增加活性焦表面含氧酸性官能团的含量，从而提高对重金属离子的吸附容量；将改性活性焦投加到待处理水中，利用改性活性焦表面含氧酸性官能团对重金属的吸附、表面络合、螯合等作用将水中溶解性重金属吸持在表面，之后利用超滤膜的过滤截留作用将吸附了重金属的改性活性焦截留去除，从而实现水中重金属的去除。

本发明涉及的活性焦改性方法是通过以下步骤完成的：

1)将活性焦进行研磨、筛分，获得颗粒尺寸在100目以上的活性焦；

2)利用去离子水或自来水配制自由氯浓度为2～20g/L的含氯溶液；在搅拌速度为40～80r/min的机械搅拌条件下，将活性焦置于含氯溶液中浸泡30～60min，撇除上清液；

3)在搅拌速度为60～100r/min的机械搅拌条件下，将氯氧化后的活性焦置于自来水中浸泡清洗15～60min，撇除上清液，如此重复3～5次；

4)将清洗后的活性焦在150～400℃条件下进行热处理，热处理时间为2～24h；

5)在搅拌速度为80～120r/min的机械搅拌条件下，将热处理后的活性焦置于强氧化性酸溶液中浸泡4～24h，撇除上清液；

6)将强酸浸泡后的活性焦在200～300℃条件下加热处理2～4h。

本发明所述的强氧化性酸溶液是硝酸、硫酸、氯酸中的一种或一种以上的混合溶液。活性焦与强氧化性酸溶液的混合比例按照如下原则确定：当强氧化性酸溶液中氢离子的摩尔浓度为大于等于8mol·L^-1且小于10mol·L^-1时，活性焦与强氧化性酸溶液的质量比为大于等于1∶6且小于1∶10；当强氧化性酸溶液中氢离子的摩尔浓度大于等于10mol·L^-1且小于12mol·L^-1时，活性焦与强氧化性酸溶液的质量比为大于等于1∶3且小于1∶6；当强氧化性酸溶液中氢离子的摩尔浓度为大于等于12mol·L^-1且小于14mol·L^-1时，活性焦与强氧化性酸溶液的质量比为大于等于1∶1且小于1∶3。