高效快速去除重金属和磷的技术

快速高效的水体重金属污染净化技术技术背景随着经济的快速发展，我国水体污染越来越严重，其中重金属污染尤为突出。粗放的工业发展模式使得水体重金属污染日益加重。全国各地尤其是内地新型工业区广泛存在高浓度重金属工业废水河道偷排、地下水偷灌、丌达标排放，以及含重金属固废的随意堆积和丌安全处置等问题。他们是我们的父老相亲，我们不能无动于衷！如果我们有一份心，能出一份力！项目背景由此，新型工业区的地下水重金属浓度超标严重，工业开发园区周边散布着大量的“城中村”“贫民村”，其居民的收入水平低下，大都以“抽提井水”作为饮用水源。受重金属污染的抽提井水一旦直接饮用，将给园区工作人员和周边居民带来严重的健康风险，这也是“癌症村”的本质起源之一。项目背景除了相关管理上的疏漏以外，造成重金属废水大量偷排的一个重要技术原因是重金属废水的净化本身存在一定技术难度，治理成本较大而企业难以承受。在本地区开发快速、高效丏成本低廉的水体重金属净化技术幵大力推广，为企业提供实用和廉价的水体重金属处理技术，从源头上削减重金属污染，显得尤为迫切。其次，对于开发区周边已经受到污染的地下水体，大规模的场地修复技术虽然必要，但在当前经济发展水平下难以启动。因此，开发和推广廉价、高效、实用的水体重金属控制技术，是当前要解决的重要环境和民生问题。申请团队已开发出快速高效、成本低廉、实用性强的水体重金属的快速去除技术，拥有3项发明与利，其中1项与利已经授权。该技术能快速、高效丏廉价的处理包括污水、工农业废水、饮用水、地下水的重金属污染，包括砷、汞、镉、铬、铅、硒、铊、铜、锌等，具有极大的推广价值和前景。•污水•工农业废水•饮用水•地下水项目介绍吸附法处理重金属的机理Wastewaters(Heavymetals)CleanwatersActivationAgents(Smallamount)Reduction/Adsorption/CoprecipitationAs\Cd\Hg\Pb\Cr\Ni\Cu\Zn\Sb……ZBNU1.吸附剂简介有别于传统的吸附剂，它的吸附性能是在活化剂活化的前提下，发挥对重金属的快速、高效吸附能力。间歇活化连续活化将少量活化剂加入要处理的重金属废水，同时泵入过滤吸附柱，活化过程和重金属的去除过程同时进行。将一定量活化剂泵入过滤吸附柱，待吸附剂完全活化后，再泵入重金属废水。吸附柱出水重金属超过了处理的限制浓度，再次泵入活化剂活化吸附剂，继续处理。※当重金属废水里含有或可能含有影响活化剂的活化效果的化学成分时，不能把活化剂直接加入待处理重金属废水，即不能采用连续活化模式，而必须选择采用间歇活化方式。专用吸附剂的特点•制备过程特点：简单、廉价•吸附剂结构方面特点：纳米表面殊结构、吸附活性位点极高•吸附剂使用方面的特点：高效、设备简单、占地面积小、极少量活化试剂、成本极低……•比一般的吸附树脂要便宜20-50倍；但处理容量极大，比西门子的GFH高5倍；•速度快，可以按快速过滤的方式过滤；•专一性强，离子背景浓度可高达几万ppm，但依然不影响重金属的去除；•具有潜在的金属回收前景吸附剂的扫描电镜图（SEM）表明吸附剂表面有极高的孔隙率和比表面积(a:吸附剂表面；b,c,d:活化后的吸附剂)abcd1.1连续活化。•实例1：处理分别含200μg/L砷、镉、汞的重金属模拟废水，在流速为7.5空床体积每小时（如果折算成1立方米的吸附柱，进水流量则为7.5立方米/小时）的条件下，系统持续稳定运行了224天，砷的去除率一直保持在99.5%以上，镉、汞的去除率在98%左右。•每立方米吸附剂理论上可以处理15万吨上述废水。•实例2：处理了7500μg/L的含砷废水，在流速为7.5空床体积每小时（如果折算成1立方米的吸附柱，进水流量则为7.5m3/小时）的条件下，系统持续稳定运行了60天（只做到60天），处理的废水量是10365床体积，砷的去除率一直保持在99%以上，没有任何穿透的迹象。•每立方米吸附剂理论上可以处理10万吨上述废水1.2间歇活化•实例3：处理7900μg/L的含硒废水，废水流速依然是7.5空床体积每小时（如果折算成1立方米的吸附柱，进水流量则为7.5立方米/小时），我们处理了1万体积的废水，目前流出液的浓度保持在50μg/L以下，硒的去除率达到99%。•每立方米吸附剂理论上也可以处理10万吨上述废水。1.3活化及再生重金属废水砷(1000μg/L)镉(200μg/L)汞(200μg/L)吸附剂未活化时，对砷、镉、汞的去除率只有50～70%左右。用三种活化剂将吸附剂活化并循环使用了10次，吸附剂对重金属的去除效果及其吸附容量无任何影响。※按照间歇活化模式处理，一吨吸附剂需活化10次，每活化一次，吸附剂的损失大概为5%。1.4小试吸附装置吸附柱吸附剂进水泵出水在实际废水中的应用原水2h12h18h24h36hAs（mg/L）8.230.230.40.440.260.11Cr（mg/L）8.930.040.01---Ag（mg/L）8.130.120.10.070.160.05原水2h4h6h8h10h12h14hAs(mg/L)5.170.0640.1320.1680.2330.320.3920.43表1某企业1中废水的重金属去除表2某企业2中砷的去除mg/L原水1h3h5hAs2.020.070.0860.083Hg9.270.0380.050.076Cd53.060.0080.090.041Cr13.80.010.0080.003Mn3.890.0030.0070.23Zn4.030.0280.030.025Ag3.780.0070.0080.038表三某企业3中废水的重金属去除湖北省某天然湖泊重金属污染概况及其处理成效湖泊水原水水质离子KCaNaMgZnCuFe浓度（mg/L)10.875.472.39.440.0010.0030.005离子MnAsSeCrNiSb浓度（mg/L)0.0160.120.170.0010.0080.0092.2吸附除重金属中试江钨世泰科吸附除重金属中试吸附柱进水罐出水罐药剂罐宁波金和吸附除重金属中试2.2吸附除重金属中试宁波金和吸附除重金属中试2.2吸附除重金属中试3.成本基建费用•吸附材料成本：一吨2000-3000元，具体按进水计算，•吸附柱：0.5万左右•水泵一个扬程2米，流量7.5吨/小时以上的水泵运行成本•水泵运行的费用（0.1元/吨水）•活化剂成本0.3元/吨水；吸附剂更换成本0.3元/吨水；废弃吸附剂与尾矿库兼容；吸附材料使用寿命一般一体积的吸附剂可处理40,000-100,000体积的废水，具体这种废水需要进一步实验。高效吸附法去除重金属的适用范围•吸附剂能高效去除绝大部分重金属，包括Cd,Cr,Hg,Pb,As,Se,Sb,Ag,……•吸附剂处理重金属废水，其适合的浓度范围可以从10,000μg/L到100μg/L；去除效率可以达到99%以上；•吸附剂尤其适合于废水或饮用水重金属的深度处理；•吸附剂能灵活的与上游技术耦合，达到重金属的高效、快速、廉价、稳定处理；•两级联用，可以处理数百个ppm的废水浓度；•与其他技术联用，产生更好的效果，以及新生的知识产权和防止该技术的被山寨。本活性吸附剂与其他常规吸附剂除砷性能比较吸附剂类型进水As(V)浓度(μg/L)停留时间EBCT(min)穿透体积Breakthroughvolume(10μg/L)参考文献Reference载铁聚HIPE树脂5030300Katsoyiannis,2002载铁聚乙烯树脂502555Katsoyiannis,2002无机-有机聚合物复合树脂503.14,000Demarco,2003阴离子交换树脂2004.0300Demarco,2003载铁石英砂1,00050165Joshi,1996改性沸石1,00015.5235Bonnin,2000载铁棉纤维球5005.95,000GuoandChen,2005西门子除砷专用吸附剂（GFH）796.57,200Cummingetal.2007本活性吸附剂2008.040,000Thisstudy本活性吸附剂7,5008.010,000Thisstudy重金属去除方法对比描述混凝法美国联邦环保署（EPA）规定的最佳可行性技术;FeCl3的价格是零价铁的2-3倍;生产大量高含水淤泥.西门子专用吸附剂（GFH）美国联邦环保署（EPA）规定的最佳可行性技术;制备过程需要FeCl3andNaOH,脱水\成球.GFH价格是$6,680/ton,(fromAlibaba,).其他常用吸附技术其他一般重金属吸附剂和本吸附剂相比极其昂贵;是本吸附剂的制备成本的10-100倍。普通吸附剂的再生过程\再生液的后处理使得成本又急剧增加.纳米零价铁技术纳米零价铁\双金属体系并没有解决表面钝化以及由此带来的低速率和低效率;纳米零价铁和双金属体系的成本极其高昂.本活性吸附剂快速，稳定和高效。活化速率的可调性使重金属的去除可以在一个很宽的浓度范围；耗材成本极低，耗材价格可控制在3000-4000元/吨，且可以一次性使用，无需再生。本活性吸附剂与目前普遍使用的常规技术（或吸附剂）的比较所具备的技术和成本优势该技术可能产生的经济效益分析1.中国的水体重金属污染治理,市场极其广大,就以湖南省湘江流域的重金属治理而言,国家投资就高达600亿人民币;全国每年处理水体重金属污染的成本达到数百亿RMB；2.与同类技术:美国联邦环保署（EPA）规定的最佳可行性技术;制备过程需要FeCl3andNaOH,脱水\成球.GFH价格是$6,680/ton,(fromAlibaba,)；与同类产品相比:重金属螯合树脂的通常价格为40-100万RMB每吨;重金属螯合树脂需要再生,再生费用高昂;另外,再生液的后续处理,又带来高昂的成本；3.该活性吸附剂的耗材成本极低，耗材价格可控制在3000-4000元/吨，且可以一次性使用，无需再生。与同类技术和材料相比，该活性吸附剂的耗材和运行成本降低了数十倍。4.在数百亿的水体重金属处理市场里，如果按该活性吸附剂仅仅占领千分之一的重金属废水处理市场估算，每年就有几千万的市场需求。