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技术-重金属废水的处理方法
技术-重金属废水的处理方法
发布时间:2018-5-3 16:46:36      来源:4001百老汇会员登入     

    目前,世界各国重金属废水处理方法主要有三类:第一类是废水中重金属离子通过发生化学反应除去的方法,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、化学还原法、电化学还原法和高分子重金属捕集剂法等。第二类是使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法,包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换和膜分离等。第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸取、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法,包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等。

    化学法

    包括化学沉淀法、化学还原法、电解法和高分子重金属捕集剂法等。

    ⑴化学沉淀法

    化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物,通过过滤和分离使沉淀物从溶液中去除。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。

    中和沉淀法操作简单,是常用的处理废水的方法,但是操作过程中需控制好pH值,尤其当废水中有多种重金属离子共存时,需严格控制,且要实行分段沉淀。若废水中有卤素、氰根、腐殖质等有可能与重金属形成络合物的阴离子,需在中和前进行预处理。当废水中含有较小颗粒时,需加入絮凝剂辅助沉淀生成。

    与中和沉淀法相比,硫化物沉淀法的优点是重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低,且处理后的废水一般不用中和。其缺点是:硫化物沉淀物颗粒小,易形成胶体,硫化物沉淀剂本身在水中残留,遇酸生成硫化氢气体,产生二次污染。

    铁氧体共沉淀法的主要原理为使铁离子和重金属离子产生氢氧化物沉淀,通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应,形成重金属离子–铁氧体。该法形成的污泥化学稳定性较高,易于固液分离和脱水。一般用来处理含Cr废水,也特别适用于含重金属离子的电镀混合废水。这种方法的优点是设备简单、投资少、操作简便、不产生二次污染,缺点为能耗较高,处理后盐度高,且处理的重金属种类有限。

    总而言之,化学沉淀法因为沉淀剂的加入容易造成二次污染,而且沉淀剂和环境条件都会影响出水质量,且对沉淀物的处理工艺要求很高,再利用价值不高。

    ⑵电解法

    电解法是利用金属的电化学性质,使金属离子在电解时能从相对高浓度的溶液中分离出来,然后加以利用。电解法的优点有去除率高、可回收利用重金属、无二次污染等,但其又有能耗大、不能处理较低重金属离子浓度的废水的缺点。

    ⑶高分子重金属捕集剂法

    重金属捕集剂能够结合重金属离子,生成稳定且难溶于水的金属螯合物。反应的效率较高,处理重金属废水时污泥沉淀快,含水率低,并具有良好的选择性,可将部分重金属离子与其他离子分离、回收再利用,从而克服了传统化学处理法的不足,为后续的处理提供了方便,特别对废水中重金属含量低的废水,处理费用相对较低,但目前并没有大规模的运用到生产中。

    物理法

    物理法即使废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法,包括吸附、溶剂萃取、蒸发和凝固法、离子交换和膜分离等。

    ⑴吸附法

    吸附法是利用吸附剂吸附溶存于废水中重金属离子的一种方法。吸附法主要是以物理吸附和化学吸附为主。吸附法因其材料便宜易得,成本低,去除效果好而一直受到人们的青睐。传统的、应用得较多且技术较成熟的吸附剂为活性炭。

    活性炭是一种非极性吸附剂,它具有良好的吸附性能和稳定的化学性质,可以耐强酸、强碱,能经受水浸、高温、高压作用,不易破碎。与其他吸附剂相比,活性炭具有巨大的比表面积和特别发达的微孔,通常活性炭的比表面积高达500-1700m2/g。诸多研究表明,在重金属的去除领域,活性炭吸附法具有技术简单、经济可行、效果良好等优点。但是活性炭再生效率低,使用寿命短,出水水质有时难以满足回用水要求。

    近年来,国内外逐渐开发出有吸附能力的多种吸附材料,一类是以自然资源作为天然吸附材料,如腐植酸(HA)类物质、粘土(斜发沸石)、壳聚糖类、玉米棒子芯、白杨木材锯屑等;另一类是利用微生物作为生物吸附材料。生物吸附剂是一种特殊的离子交换剂,与常规离子交换剂不同,起作用的是生物细胞,主要有菌体、藻类和细胞提取物等。生物吸附剂具有其他吸附剂所不具有的的优点,例如:原料的来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点,因此在国外已经被较为广泛应用。但此法也存在一些问题:吸附容量较易受环境因素影响,另外,生物吸附材料对重金属的吸附具有选择性,而重金属废水中往往含有多种重金属,应用上受到一定限制等。

    ⑵溶液萃取法

    用溶液萃取法处理重金属废水时,需选择具有较高选择性的萃取剂,且要求在萃取操作时注意选择水相酸度。虽然萃取法有较大优越性,但溶剂在萃取的过程中的流失和再生过程中能源消耗大,使得该方法具有一定的局限性,应用也因此受到了很大的限制。

    ⑶离子交换法

    离子交换处理法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法,当含重金属的液体通过交换剂时,交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换,从而达到去除水中重金属离子的目的。目前应用的离子交换剂主要有离子交换树脂、沸石、膨润土、离子交换纤维等。

    ⑷膜分离法

    膜分离技术是利用一种特殊的半透膜,在外界压力的作用下、不改变溶液化学形态的基础上,将溶液和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离用于处理重金属废水,由于去除率高,选择性强,在常温下操作无相态变化,能耗低、污染小,自动化程度高等优点,已经受到了人们的广泛重视并产生了很高的经济效益。在实际应用中主要有微滤膜(截留直径在50nm左右)、纳滤膜(截留直径在0.1~1nm之间)、超滤膜(截留直径在1~50nm之间)、电生物膜等。

    近年来,膜技术得到了广泛的应用,已经实现了规模化的生产,在生产中主要有陶瓷膜、电生羟基膜等种类,根据不同处理需要可生产出不同直径的膜产品,其生产成本也不尽不同。由于在应用中为了膜的再生,需要在处理过程中对膜进行反冲洗以增加膜的使用寿命,从而使得其生产成本增加。另外,由于本身对生产工艺要求很高,所以其在应用推广中受到了限制。

    生物修复法

    生物修复法指借助微生物或植物的絮凝、吸取、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法,其中包括生物絮凝、生物化学法和植物生态修复等。

    ⑴生物絮凝法

    生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外、具有絮凝活性的代谢物,一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物质构成,分子中含有多种官能团,能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。

    生物絮凝法具有许多优点,例如处理废水安全、方便且无毒,不产生二次污染,絮凝效果好等等。但当前也存在着生产成本较高、活体絮凝剂保存困难、难以进行工业化生产等难题,因此大部分生物絮凝剂还处于探索研究阶段。

    ⑵植物修复法

    植物修复法是指利用植物通过吸取、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金属含量,以达到治理污染、修复环境的目的。利用植物处理重金属,主要由三部分组成:①从废水中汲取、沉淀或富集有毒金属;②降低有毒金属活性,从而减少重金属被淋滤到地下或通过空气载体扩散;③将土壤中或水中的重金属萃取出来,富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分,通过收获或移去已积累和富集了重金属植物的枝条,降低土壤或水体中的重金属浓度。

    植物修复法具有实施较简便、成本较低和对环境扰动少的优点,不仅可以净化和美化环境,而且在清除土壤中重金属污染物的同时,可以从富含重金属的植物残体中回收贵重金属,取得直接的经济效益。但其存在的缺点是治理效率较低,不能治理重污染土壤,且一种植物只吸取一种或两种重金属,难以全面清除土壤中的所有污染物。另外施加有机螯合剂虽能增强对重金属的富集能力,却可能会造成有毒元素地下的渗漏,形成潜在的污染风险,且增加了运行成本。总之,植物修复技术作为一种新的污染治理替代技术,尽管具有极大的潜力和市场前景,但目前主要还停留于实验室模拟研究阶段。

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