木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程-编制说明

一、项目来源根据《广西标准化协会关于下达2021年第三十四批团体标准制修订项目计划的通知》（桂标协〔2021〕92号）精神，本标准由广西大学提出，广西大学、广西博世科环保科技股份有限公司共同起草的团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》。二、项目背景及目的意义水资源在国民经济发展和社会生产中发挥着重要的作用，同时也是人们生活中不可或缺的一部分。但随着科学技术水平的迅速提高，我国工农业得到了迅猛发展，工农业发展使人们获得经济利益的同时，对我国生态环境造成了压力。近年来由于工业废水的大量排放，使得水体重金属污染问题日益严重。据华经市场研究中心发布的《2018-2022年污水处理市场深度解析及市场前景容量评估报告》显示，我国每年产生400亿t左右的工业废水，其中重金属废水约占60％。第二次全国污染源普查成果显示，我国废水中重金属（铅、汞、镉、铬和类金属砷合计）年排放量2016-2019年均在120.7t以上，其中有色金属矿区占全国总量的40％以上。重金属废水一般来源于矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业。重金属废水中的重金属离子主要包括铬、镉、铅、镍、铜、锌等，它们难以生物降解且易被生物富集，且重金属污染物会随着水体的流动，将由小区域点源污染扩大为大面积污染，如果使用受污染水进行灌溉等农业活动，则会将重金属污染物从水体污染传播到土壤污染。而重金属本身又是极宝贵的资源并具有很高的使用价值，重金属废水在造成严重环境污染的同时，也导致了重金属资源的极大浪费。因此加强研究如何有效治理重金属废水对改善水体重金属污染问题、回收利用重金属资源、推动环境治理工作有着至关重要的意义。中国重金属废水治理技术在政策的驱动下不断进步。迄今，已研发了多种重金属废水处理方法，主要有化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法、膜分离、浮选法、电化学方法和吸附法等。吸附法因其经济高效、操作简便、产泥量少、绿色可循环被广泛应用于重金属废水处理，吸附法处理重金属废水的关键在于吸附材料的性能。目前，用于重金属废水处理的吸附材料按来源可分为天然吸附材料、合成吸附材料和生物吸附材料。近年来被广泛研究的木质纤维基吸附材料就属于绿色天然吸附材料，具有廉价、可再生、可降解、易修饰等优点，但天然木质纤维素对重金属离子的吸附能力较差，需要通过化学改性等手段在其纤维素的活性位点（如羟基等）上引入一种或多种对重金属离子具有很强吸附能力的活性官能团（氨基、羧基等），从而达到高效去除重金属的目的。为此，相关领域专家研究出了能克服天然吸附材料本身缺陷，提高吸附性能的改性天然吸附材料。在此基础上，研究人员广泛开展了改性木质纤维基吸附材料的研究工作，经调查研究和分析相关统计数据发现，我国每年60％以上的木质纤维基材成为农林废弃物，随意堆放或焚烧，不仅造成资源浪费，而且带来了严重的环境污染，而木质纤维孔隙率高、活性位点多，具有制备高性能重金属吸附材料的加工属性和改性潜力。国内关于水处理设备的研究也有新的突破，经领域专家研究论证发现，移动式一体化水处理设备在施工周期、资源需求、应急响应方面有天然的优势，专家针对饮用水源突发污染情况，开展了便携拼装式装备机械搅拌混凝模块的研发，获得溶药池、混凝池和混凝装备循环等关键参数。目前处理设备以“pH调控+絮凝沉淀+吸附深度净化”的工艺进行二段式净化，适用木质素吸附材料强化重金属捕捉时，还需在后端配置吸附材料再生模块，实现材料循环使用，降低固废污泥产量。为促进木质纤维生物质资源的高价值化利用，推动重金属污染削减及生态环境质量提升，研究人员以广西优势木质纤维为原料，研发出新型木质纤维改性方法和绿色高效重金属吸附材料，开发配套技术装备，并成功应用于重金属污染防治实践工程，实现了重金属污染的绿色治理与修复。另一方面，近年来国家不断加大重金属污水治理力度，通过一系列措施进行产业引导，鼓励在重金属相关产业环节使用减少重金属产生的技术工艺，鼓励使用绿色技术工艺，提高工业水循环利用等。因此通过制定团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》，加强标准与技术融合，以标准化为抓手，发挥标准引领作用，积极推广和实践木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术，推进重金属污染绿色治理与修复工作取得实效，缓解我国资源和环境压力，促进环境发展，是当前不可忽略的重要任务。三、项目编制过程（一）成立标准编制工作组团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》项目任务下达后，由广西大学牵头组织成立标准编制工作组，起草单位制定了起草编写方案与进度安排，明确任务职责，确定工作技术路线，开展标准研制工作。具体编制工作由广西大学、广西博世科环保科技股份有限公司等起草单位组成的标准编制工作组负责。编制工作组下设三个小组，分别是资料收集组、草案编写组、标准实施组。资料收集组负责国内外有关重金属废水治理技术的文献资料的查询、收集和整理工作，查阅前人对重金属废水治理的研究情况和目前科学界对重金属废水治理技术的研究进展。草案编写组负责标准立项、征求意见、审定、报批等阶段的标准文本及编制说明的起草工作，包括标准制定过程各阶段标准文本及相关材料的修改和完善。标准实施组负责《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》标准发布后，组织环保相关协会、企业等，开展标准宣贯培训会，对标准进行研讨和详细解读，使相关人员了解标准，熟悉标准，并能根据标准对木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术等进行规范化操作，切实改善水环境质量。为确保标准的实施效果和综合运用率，对标准实施情况进行总结分析，对标准提出持续改进意见。（二）收集整理文献资料标准编制工作组经查阅，收集了国内有关重金属废水治理技术相关文献资料。主要有：GB/T38224.1-2019重金属废水处理与回用技术评价第1部分：程序和方法GB/T38224.2-2019重金属废水处理与回用技术评价第2部分：指标体系YB/T4789-2019铁矿山采选企业重金属废水处理技术规范HG/T5169-2017离子交换技术处理重金属废水技术规范DB43/T970-2014重金属废水电化学深度处理工程技术规范（三）研讨确定标准主体内容标准编制工作组对收集到的资料进行整理研究后，组织召开了标准编制工作会议，对标准的整体框架结构进行研究分析，并对标准的关键性内容进行了初步探讨。经工作组研究确定，标准主体内容主要包括：术语和定义、材料要求、异位深度处理、治理效果评估。（四）调研、形成征求意见稿由广西大学牵头组织实施的“木质纤维功能改性应用于重金属污染绿色修复”项目，研究解决了多吸附位点型木质纤维基多重金属离子吸附材料制备过程中反应物转化率低，以及功能基团总密度低、各吸附位点不均衡等问题，开发了高效吸附效果的木质纤维基多重金属离子吸附材料，攻克了低浓度多重金属离子难以同步绿色修复的难题。项目成果在河北、湖南、广西、福建、云南等省份的60多个重金属污染矿区、流域修复等工程项目中应用，累计经济效益超15亿元，近3年效益超9亿元。在此基础上还在国内外核心期刊发表了《Cellulose-basedamphotericadsorbentforthecompleteremovaloflow-levelheavymetalionsviaaspecializationandcooperationmechanism》、《Multipleactivesitescellulose-basedadsorbentfortheremovaloflow-levelCu(II),Pb(II)andCr(VI)viamultiplecooperativemechanisms》、《Structuraldesignofacellulose-basedhyperbranchedadsorbentfortherapidandcompleteremovalofCr(VI)fromwater》等100余篇，申请发明专利：《改性造纸污泥土壤重金属钝化剂的制备方法》《一种海绵状膨润土基复合吸附材料及其制备方法》等60项，参与制定《工业企业重金属污染地块修复技术规范》《农田土壤重金属污染修复技术规范》等广西地方标准，为本标准的制定提供参考和数据支撑。2021年11月，在前期研究工作的基础上，理清逻辑脉络，整合现有资料中有关木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术的要求和处理工艺，结合广西重金属废水治理实际需求，按照简化、统一等原则编制完成团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》（草案稿）。2021年12月，标准编制工作组深入环保行业有代表性企业针对木质纤维基吸附材料治理重金属废水的情况进行分组实地调研学习。通过实地调研，掌握关于木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术的具体要求及处理工艺流程。在开展实地调研的基础上，标准编制工作组多次组织召开座谈会，就标准文本主要技术内容进行讨论，收集标准修改意见，会后根据座谈讨论情况对标准草案进行反复修改完善，最终形成团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》（征求意见稿）及其编制说明。四、标准制定原则（一）实用性原则本标准是在充分收集相关资料和文献，分析重金属废水治理现状及木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术研究成果，坚持与现行有关国家标准、行业标准、地方标准、团体标准协调一致，结合广西大学等科研院所和相关生产企业多年关于重金属废水治理技术的研究经验和成果，开展标准起草工作。标准内容符合当前木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术发展方向和市场需求，标准条款切实可行，具有较强的实用性和可操作性。（二）协调性原则本标准编写过程中尊重知识产权，同时也注意做好木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程与相关法律法规的衔接，在内容上与现行法律法规、标准协调一致。（三）规范性原则本标准严格按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草，标准涉及的专业术语、材料要求、处理工艺、治理效果评估等内容表达准确，引用数据来源真实可靠，指标科学、论证充分，保证标准质量。（四）前瞻性原则本标准在充分考虑当前重金属废水治理技术发展现状、环保产业发展水平和经济发展状况的基础上，标准条款规定的主要技术内容尽可能与我国现有水平相一致，避免起点、要求过低，在标准中还体现了个别特色性和先进性条款，作为对木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术发展的支撑和指导。五、标准主要内容及依据来源团体标准《木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术规程》主要章节内容包括：术语和定义、材料要求、异位深度处理、治理效果评估。标准主要内容及依据来源说明如下：1术语和定义标准编制工作组在查阅总结了相关标准、著作、论文、科技期刊等文献资料的基础上，对木质纤维基吸附材料治理重金属废水技术所涉及的概念进行统一定义、确立术语。2材料要求本标准规定的用于治理重金属废水的木质纤维基吸附材料的要求来源于广西大学在基于国内用于重金属废水处理的吸附材料的研究基础，以广西优势木质纤维为原料，研发出新型绿色木质纤维改性方法和绿色高效重金属吸附材料，并开发配套技术装备，成功应用于重金属污染防治实践工程的研究成果。材料制备应符合T/GXASXXXXX《木质纤维基重金属污染治理材料生产技术规程》的规定。3异位深度处理3.1适用对象（1）异位深度处理为将水体与原储存场地/介质分离，因此主要用于重金属地表水的处置。（2）因处置系统具有一体化、撬装化的特点，可以快速运输与投入使用，因此也适用于酸性矿山废水AMD的应急处置。（3）对于突发性地下水污染，也可以将渗流途径中污染地下水抽出地表后进行异位处置。3.2污染水收集与水质监测对于有集中汇水的重金属污染坑塘、河道等，可在集中汇水处通过缓存池与异位处理设备连接。对于汇水比较分散的溪流、泉眼、渗坑等，可通过导排管道汇入缓存池后与异位处理设备连接。废水进水水质的确定应以实际监测数据为准。无监测数据时，可由有资质的第三方检测单位及企业提供实际数据作为设计依据。并根据水质监测数据与技术方案中修复目标，设计二级净化反应技术参数。重金属地表废水修复目标应符合GB3838中相应等级的规定，污染地下水的抽出应急净化处置修复目标应符合GB14848中相应等级的规定。3.3工艺流程重金属废水经泵送由缓存池进入异位处理设备，处置工艺流程如图1所示。重金属废水异位一体化处置工艺流程图（1）pH调节根据设计处理量，在调节池进行pH与水量调节；根据、入口污水浓度监测数据，在调节池中加入石灰调节污水浓度至pH＞5.5。（2）絮凝反应通过镉（5mg/L）、铅（5mg/L）、锌（50mg/L）、铜（50mg/L）多金属复合污染废水处置试验，在聚合氯化铝（PAC）投加量200mg/L、聚丙烯酰胺投加量3mg/L条件下，不同pH的重金属废水搅拌15min，出水重金属浓度如表1所示：表1不同pH条件下絮凝沉淀效果pH44.555.566.5出水重金属浓度（mg/L）Cd2.31.80.650.060.040.03Pb2.61.40.940.120.10.07Zn11.59.54.11.61.71.5Cu12.49.48.31.10.90.5可见当pH＞5.5时，出水各重金属浓度较pH＜5.5均有较大幅度降低，随着pH逐渐升高，降幅逐渐减小。故认为pH调节池宜将pH调节至5.5以上，以保障絮凝沉淀效果。（3）固相沉淀物收集与处置产生固相沉淀污泥中重金属总量达到二类固体废弃物标准，需进行钝化后填埋。对于浓度较高具备一定冶炼价值的，可进行再生冶炼。（4）吸附净化絮凝沉淀池流出的低浓度污水，流入吸附净化池，按0.5g/L投加木质纤维基多重金属吸附材料，经缓慢搅拌使污水深度净化。不同搅拌时间对处理效果影响见表2。表2不同搅拌时间对处理效果影响搅拌时间（min）51015202530出水重金属浓度（mg/L）Cd0.020.0050.0010.0006NGNGPb0.050.020.010.010.005NGZn0.10.050.040.0060.003NGCu0.20.10.10.070.020.01由表2可见，搅拌时间在10min～20min时，出水水质达到地表水Ⅲ类～地表水Ⅱ类标准，满足深度净化要求。在10min搅拌时长条件下，对不同投加量下出水水质进行的测试，不同投加量下深度处理效果见表3。表3不同投加量下深度处理效果投加量（g/L）0.10.30.50.70.91.0出水重金属浓度（mg/L）Cd0.040.010.0050.0010.0004NGPb0.060.030.010.010.0090.008Zn0.20.050.040.040.010.007Cu0.30.10.10.10.040.03由表3可见，当木质纤维吸附材料投加量达到0.5g/L时，出水水质达到地表水Ⅱ类标准，继续加大投加量，效果无显著提升。具体项目需要根据一段出水中多金属离子浓度，通过小试确定最优搅拌参数。（5）水质检测经过吸附净化后出水经缓存池暂存，经定期采样检测，水质达到技术方案中的修复目标后，方可排放。检测不达标的污水应返回再次进行吸附净化。重金属地表废水治理水环境质量监测实施应符合HJ/T91的规定。用于污染地下水应急修复时，抽出处理的实施及监测应符合HJ25.6的规定。（6）吸附材料再生通过逆流固液分离器将净化出水中吸附饱和的木质纤维基材料固体与水分离，可采用再生剂对吸附材料进行洗脱再生和回收。回收的木质纤维基多重金属吸附材料输送至材料投料仓循环使用。对分离材料洗脱再生与磁分离进行了测试，试验结果如表4所示：表4分离再生材料再生率与吸附容量损失吸附饱和材料质量（g）分离再生材料质量（g