本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種吸附處理低濃度含鉻廢水的方法。
背景技術(shù)：
鉻是環(huán)境中一種主要的污染物，它的一個(gè)重要來源就是電鍍廢水。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電鍍工業(yè)的規(guī)模越來越大，排放的含鉻廢水量也隨之增加，如不加以有效的處理，對環(huán)境將造成極大的危害。鉻在水環(huán)境中的價(jià)態(tài)較多，主要以三價(jià)鉻和六價(jià)鉻為主。六價(jià)鉻的毒性較強(qiáng)，是公認(rèn)的致癌物，對人體有極大危害。三價(jià)鉻毒性較弱，是一種人和動物必需的微量元素。
吸附法作為最常用的重金屬離子去除方法，根據(jù)吸附機(jī)理進(jìn)行分類，主要有物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是吸附劑通過分子間作用力吸附重金屬，對溶液的ph值依賴性普遍較大。常用的活性炭、分子篩、沸石等廉價(jià)易得的吸附劑，具有較高的比表面積或表面具有大量微孔、空腔、通道等高度發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有高效的吸附效果，可循環(huán)利用。化學(xué)吸附是通過電子轉(zhuǎn)移或電子對共用形成化學(xué)鍵或生成表面配位化合物等方式產(chǎn)生的吸附。產(chǎn)生化學(xué)吸附的吸附劑分子通常含有羥基、氨基、羧基等具有優(yōu)良的吸附、螯合、交聯(lián)作用的基團(tuán)，能夠與廢水中的重金屬離子進(jìn)行螯合，形成具有網(wǎng)狀籠形結(jié)構(gòu)的化合物，有效地吸附重金屬離子，或是與重金屬離子形成離子鍵、共價(jià)鍵以達(dá)到吸附重金屬離子的目的。
但是現(xiàn)有的吸附法在處理高濃度重金屬污染時(shí)表現(xiàn)出較高的脫除率，但在低濃度以及近中性條件下，脫除率明顯下降。從目前應(yīng)用于重金屬廢水處理的研究看，具有生物活性的生物體及非活性的生物質(zhì)均具有較強(qiáng)的生物吸附性能。細(xì)胞干死之后細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)所發(fā)生的變化有利于吸附重金屬離子，失去生物活性的生物體對重金屬的富集能力并不比活性生物體差，甚至要高于活體生物。這表明，農(nóng)林生物質(zhì)用于重金屬廢水處理具有潛在可能性和優(yōu)勢。
因此，發(fā)明一種在低濃度重金屬污染情況下依然具有高脫除率的吸附處理法對廢水處理技術(shù)領(lǐng)域具有積極的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題，針對目前吸附法在處理高濃度重金屬污染時(shí)表現(xiàn)出較高的脫除率，但在低濃度以及近中性條件下，脫除率明顯下降的問題，提供了一種吸附處理低濃度含鉻廢水的方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種吸附處理低濃度含鉻廢水的方法，其特征在于具體處理步驟為：
（1）稱取椰殼粉碎，得到椰殼顆粒，將椰殼顆粒和氫氧化鉀溶液混合后加熱煮沸，過濾分離得到濾渣；
（2）將上述濾渣用液氮噴淋冷凍，再將冷凍后的濾渣干燥至恒重，如此反復(fù)冷凍、干燥3～5次，最后一次干燥得到的濾渣即為預(yù)處理椰殼顆粒；
（3）將上述預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇混合后超聲振蕩浸漬，過濾分離得到預(yù)改性椰殼顆粒；
（4）將上述預(yù)改性椰殼顆粒和高錳酸鉀溶液混合后進(jìn)行搖床振蕩浸漬反應(yīng)，浸漬結(jié)束后過濾，分離得到濾餅，將濾餅保溫炭化，得到椰殼吸附劑，備用；
（5）按重量份數(shù)計(jì)，稱取10～20份生物素、10～15份硫胺素、5～10分煙酸、8～15份對氨基苯甲酸和15～20份維生素b12以及35～45份水混合后得到混合液，向混合液中加入紫色非硫細(xì)菌菌懸液，在40～50℃下培養(yǎng)3～5天，得到微生物處理液；
（6）將上述微生物處理液投加入待處理的低濃度含鉻廢水中，在40～50℃下以100000lx的光照強(qiáng)度進(jìn)行照射，并向低濃度含鉻廢水中曝入二氧化碳，反應(yīng)1～2天；
（7）待上述反應(yīng)結(jié)束后，再向低濃度含鉻廢水中投加備用的椰殼吸附劑，以空氣作為氣源，繼續(xù)曝氣反應(yīng)1～2天后，靜置陳化4～5h后清除底部沉淀，上層處理后的水體達(dá)標(biāo)排放，即可完成對低濃度含鉻廢水的吸附處理。
步驟（1）中所述的粉碎得到的椰殼顆粒粒徑為3～5mm，椰殼顆粒和氫氧化鉀溶液的質(zhì)量比為1：10。
步驟（2）中所述的液氮冷凍時(shí)間為1～2min。
步驟（3）中所述的預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇的質(zhì)量比為1：8，超聲振蕩浸漬的功率為200～300w、頻率為40～50khz、時(shí)間為1～2h。
步驟（4）中所述的預(yù)改性椰殼顆粒和高錳酸鉀溶液的質(zhì)量比為1:8，高錳酸鉀溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，搖床振蕩浸漬反應(yīng)溫度為50～60℃，搖床振蕩浸漬反應(yīng)時(shí)間為3～5h，保溫炭化的溫度為300～400℃，保溫炭化的時(shí)間為1～2h。
步驟（5）中所述的紫色非硫細(xì)菌菌懸液的濃度為105cfu/ml，加入量為混合液總質(zhì)量的10%。
步驟（6）中所述的微生物處理液的投加量為10ml/l。
步驟（7）中所述的椰殼吸附劑的投加量為400～500mg/l。
本發(fā)明的有益效果是：
（1）本發(fā)明首先通過培養(yǎng)光能異養(yǎng)型紫色非硫細(xì)菌，使其富集，得到微生物處理液，將微生物處理液投加進(jìn)待處理廢水中，并嚴(yán)格控制溫度和光照強(qiáng)度，提供給紫色非硫細(xì)菌最適的生長環(huán)境，使其和廢水中自帶的原生微生物產(chǎn)生營養(yǎng)爭奪的競爭并逐漸代替廢水中自帶原生微生物成為優(yōu)勢微生物種群，再向廢水中通入二氧化碳，促使紫色非硫細(xì)菌以二氧化碳為碳源，進(jìn)行合成代謝，將廢水中氧化型的六價(jià)鉻先還原成毒性較小的三價(jià)鉻，達(dá)到初期處理效果；
（2）本發(fā)明通過將多孔的椰殼顆粒堿煮去除其中的木質(zhì)素以及其他堿溶性雜質(zhì)，得到高孔隙率的多羥基椰殼顆粒，再用液氮冷凍堿浸后的椰殼顆粒，使浸入椰殼孔隙中的堿液瞬時(shí)冷凍，堿液結(jié)冰后體積變大，撐開椰殼的孔隙，進(jìn)一步擴(kuò)大了椰殼顆粒的孔隙率，孔隙率的提高也就增強(qiáng)了椰殼的吸附能力，接著通過高錳酸鉀溶液將多羥基椰殼顆粒表面的仲羥基氧化成羧基，提高了椰殼顆粒表面羧基數(shù)量，最后炭化得到椰殼吸附劑，將椰殼吸附劑投入微生物處理后的含鉻廢水中，首先利用椰殼表面的親水性羧基將廢水中三價(jià)鉻周圍的水分子聚集，使三價(jià)鉻暴露出來，再利用多孔炭化椰殼的強(qiáng)吸附性將三價(jià)鉻吸附富集，繼續(xù)利用椰殼顆粒表面羧基的螯合性將三價(jià)鉻螯合屏蔽，提高了吸附效率，最后將螯合吸附三價(jià)鉻的椰殼吸附劑沉淀去除，也提高了對低濃度含鉻廢水的鉻離子脫除率，具有極佳的使用前景。
具體實(shí)施方式
稱取椰殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎20～30min，篩選得到粒徑為3～5mm的椰殼顆粒，按質(zhì)量比為1：10將椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鉀溶液混合后加熱煮沸1～2h，過濾分離得到濾渣；將濾渣平鋪在不銹鋼托盤中，立即用液氮噴淋冷凍1～2min，再將冷凍后的濾渣放入烘箱，在105～110℃下干燥至恒重，在按相同的操作步驟將濾渣反復(fù)冷凍、干燥3～5次，最后一次干燥得到的濾渣即為預(yù)處理椰殼顆粒；將預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇按質(zhì)量比為1：8混合后放入超聲振蕩儀，在功率為200～300w、頻率為40～50khz的條件下超聲振蕩浸漬1～2h，過濾分離得到預(yù)改性椰殼顆粒；按質(zhì)量比為1:8將預(yù)改性椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀溶液混合后放置在搖床上，在50～60℃下?lián)u床振蕩浸漬反應(yīng)3～5h，浸漬結(jié)束后過濾，分離得到濾餅，將濾餅放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以300～400℃的溫度保溫炭化1～2h，出料，得到椰殼吸附劑，備用；按重量份數(shù)計(jì)，稱取10～20份生物素、10～15份硫胺素、5～10份煙酸、8～15份對氨基苯甲酸和15～20份維生素b12以及35～45份水混合后得到混合液，向混合液中加入混合液總質(zhì)量10%的濃度為105cfu/ml的紫色非硫細(xì)菌菌懸液，在40～50℃下培養(yǎng)3～5天，得到微生物處理液；按投加量為10ml/l將微生物處理液投加入待處理的低濃度含鉻廢水中，在40～50℃下以100000lx的光照強(qiáng)度進(jìn)行照射，并向低濃度含鉻廢水中曝入二氧化碳，反應(yīng)1～2天；待上述反應(yīng)結(jié)束后，再按投加量為400～500mg/l向低濃度含鉻廢水中投加椰殼吸附劑，以空氣作為氣源，繼續(xù)曝氣反應(yīng)1～2天后，靜置陳化4～5h后清除底部沉淀，上層處理后的水體達(dá)標(biāo)排放，即可完成對低濃度含鉻廢水的吸附處理。
實(shí)例1
稱取椰殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎20min，篩選得到粒徑為3mm的椰殼顆粒，按質(zhì)量比為1：10將椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鉀溶液混合后加熱煮沸1h，過濾分離得到濾渣；將濾渣平鋪在不銹鋼托盤中，立即用液氮噴淋冷凍1min，再將冷凍后的濾渣放入烘箱，在105℃下干燥至恒重，在按相同的操作步驟將濾渣反復(fù)冷凍、干燥3次，最后一次干燥得到的濾渣即為預(yù)處理椰殼顆粒；將預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇按質(zhì)量比為1：8混合后放入超聲振蕩儀，在功率為200w、頻率為40khz的條件下超聲振蕩浸漬1h，過濾分離得到預(yù)改性椰殼顆粒；按質(zhì)量比為1:8將預(yù)改性椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀溶液混合后放置在搖床上，在50℃下?lián)u床振蕩浸漬反應(yīng)3h，浸漬結(jié)束后過濾，分離得到濾餅，將濾餅放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以300℃的溫度保溫炭化1h，出料，得到椰殼吸附劑，備用；按重量份數(shù)計(jì)，稱取10份生物素、10份硫胺素、5份煙酸、8份對氨基苯甲酸和15份維生素b12以及35份水混合后得到混合液，向混合液中加入混合液總質(zhì)量10%的濃度為105cfu/ml的紫色非硫細(xì)菌菌懸液，在40℃下培養(yǎng)3天，得到微生物處理液；按投加量為10ml/l將微生物處理液投加入待處理的低濃度含鉻廢水中，在40℃下以100000lx的光照強(qiáng)度進(jìn)行照射，并向低濃度含鉻廢水中曝入二氧化碳，反應(yīng)1天；待上述反應(yīng)結(jié)束后，再按投加量為400mg/l向低濃度含鉻廢水中投加椰殼吸附劑，以空氣作為氣源，繼續(xù)曝氣反應(yīng)1天后，靜置陳化4h后清除底部沉淀，上層處理后的水體達(dá)標(biāo)排放，即可完成對低濃度含鉻廢水的吸附處理。
實(shí)例2
稱取椰殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎25min，篩選得到粒徑為4mm的椰殼顆粒，按質(zhì)量比為1：10將椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鉀溶液混合后加熱煮沸1h，過濾分離得到濾渣；將濾渣平鋪在不銹鋼托盤中，立即用液氮噴淋冷凍1min，再將冷凍后的濾渣放入烘箱，在108℃下干燥至恒重，在按相同的操作步驟將濾渣反復(fù)冷凍、干燥4次，最后一次干燥得到的濾渣即為預(yù)處理椰殼顆粒；將預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇按質(zhì)量比為1：8混合后放入超聲振蕩儀，在功率為250w、頻率為45khz的條件下超聲振蕩浸漬1h，過濾分離得到預(yù)改性椰殼顆粒；按質(zhì)量比為1:8將預(yù)改性椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀溶液混合后放置在搖床上，在55℃下?lián)u床振蕩浸漬反應(yīng)4h，浸漬結(jié)束后過濾，分離得到濾餅，將濾餅放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以350℃的溫度保溫炭化2h，出料，得到椰殼吸附劑，備用；按重量份數(shù)計(jì)，稱取15份生物素、13份硫胺素、8份煙酸、11份對氨基苯甲酸和18份維生素b12以及40份水混合后得到混合液，向混合液中加入混合液總質(zhì)量10%的濃度為105cfu/ml的紫色非硫細(xì)菌菌懸液，在45℃下培養(yǎng)4天，得到微生物處理液；按投加量為10ml/l將微生物處理液投加入待處理的低濃度含鉻廢水中，在45℃下以100000lx的光照強(qiáng)度進(jìn)行照射，并向低濃度含鉻廢水中曝入二氧化碳，反應(yīng)1天；待上述反應(yīng)結(jié)束后，再按投加量為450mg/l向低濃度含鉻廢水中投加椰殼吸附劑，以空氣作為氣源，繼續(xù)曝氣反應(yīng)1天后，靜置陳化5h后清除底部沉淀，上層處理后的水體達(dá)標(biāo)排放，即可完成對低濃度含鉻廢水的吸附處理。
實(shí)例3
稱取椰殼放入氣流粉碎機(jī)中粉碎30min，篩選得到粒徑為5mm的椰殼顆粒，按質(zhì)量比為1：10將椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鉀溶液混合后加熱煮沸2h，過濾分離得到濾渣；將濾渣平鋪在不銹鋼托盤中，立即用液氮噴淋冷凍2min，再將冷凍后的濾渣放入烘箱，在110℃下干燥至恒重，在按相同的操作步驟將濾渣反復(fù)冷凍、干燥5次，最后一次干燥得到的濾渣即為預(yù)處理椰殼顆粒；將預(yù)處理椰殼顆粒和無水乙醇按質(zhì)量比為1：8混合后放入超聲振蕩儀，在功率為300w、頻率為50khz的條件下超聲振蕩浸漬2h，過濾分離得到預(yù)改性椰殼顆粒；按質(zhì)量比為1:8將預(yù)改性椰殼顆粒和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的高錳酸鉀溶液混合后放置在搖床上，在60℃下?lián)u床振蕩浸漬反應(yīng)5h，浸漬結(jié)束后過濾，分離得到濾餅，將濾餅放入炭化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以400℃的溫度保溫炭化2h，出料，得到椰殼吸附劑，備用；按重量份數(shù)計(jì)，稱取20份生物素、15份硫胺素、10份煙酸、15份對氨基苯甲酸和20份維生素b12以及45份水混合后得到混合液，向混合液中加入混合液總質(zhì)量10%的濃度為105cfu/ml的紫色非硫細(xì)菌菌懸液，在50℃下培養(yǎng)5天，得到微生物處理液；按投加量為10ml/l將微生物處理液投加入待處理的低濃度含鉻廢水中，在50℃下以100000lx的光照強(qiáng)度進(jìn)行照射，并向低濃度含鉻廢水中曝入二氧化碳，反應(yīng)2天；待上述反應(yīng)結(jié)束后，再按投加量為500mg/l向低濃度含鉻廢水中投加椰殼吸附劑，以空氣作為氣源，繼續(xù)曝氣反應(yīng)2天后，靜置陳化5h后清除底部沉淀，上層處理后的水體達(dá)標(biāo)排放，即可完成對低濃度含鉻廢水的吸附處理。
對照例
以株洲市某公司生產(chǎn)的鉻吸附劑作為吸附材料用于處理低濃度含鉻廢水，與本發(fā)明的處理相同的低濃度含鉻廢水進(jìn)行比較，對處理結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表1所示：
表1
由上述表格中測試數(shù)據(jù)可知，本發(fā)明處理低濃度含鉻廢水的方法處理效果顯著，對廢水中鉻離子去除率高，具有廣闊的應(yīng)用前景。