重金属废水处理工艺:化学法、物理法和生物法

http://www.water.hc360.com2018年09月05日09:15 来源:环保易交易T|T

    慧聪水工业网 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缺少的一部分。但是随着工农业的迅速发展,工业废水大量排放,使得水体重金属污染日益严重。据统计,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%。这些废水严重污染地表水与地下水,造成可利用水资源总量急剧下降。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。重金属难以生物降解且易被生物吸收富集,毒性具有持续性,是一类极具潜在危害的污染物,如不治理必将对生态环境及人体健康造成严重的威胁。然而,重金属作为一类重要的宝贵的资源,又具有很高的使用价值。因此如何有效治理水体重金属污染,保护人类健康和生态环境,同时回收利用重金属,缓解我国资源和环境的压力,是当前不可忽略的问题。

    目前,重金属废水处理方法主要有三种:第一种化学法,通过化学反应将重金属离子去除的方法,包括化学沉淀法、化学还原法、电化学和高分子重金属捕集剂法等。第二种物理法,在不改变重金属离子化学形态的条件下,通过吸附、浓缩而分离的方法,包括吸附法、溶剂萃取法、蒸发和凝固法、离子交换法和膜分离法等。第三类是生物法,主要是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除重金属的方法,包括生物絮凝、植物修复和生物吸附。本文介绍了上述方法在重金属废水中的应用及研究进展,以便为水体重金属污染的治理提供一定理论的参考。

    1化学法

    1.1化学沉淀法

    化学沉淀法是广泛应用于工业重金属废水处理中比较有效的方法,是向水体中投加化学药品,通过沉淀反应去除重金属离子的方法,主要包括氢氧化物沉淀、硫化物沉淀和铁氧体法。

    氢氧化物沉淀法处理含重金属废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、管理方便等优点。MirbagherzSA等采用碱性试剂,如石灰、氢氧化钠对含铜铬废水进行处理,在pH值分别为12和8.7时,Cu2+和Cr3+完全沉淀下来,废水可达标排放。唱鹤鸣等用氢氧化钠溶液逐渐调节电镀废水pH值,在多个pH值点分别沉淀出电镀废水中铜、铬、锌和镍,使废水中的重金属含量减少到最低。虽然氢氧化物沉淀法可以实现重金属离子从废水中的分离,但氢氧化物沉淀法也存在不足之处:对于两性氢氧化物,pH值若控制不当,重金属离子将会再次溶解;对稀溶液中重金属去除效果不好;沉淀体积量大、含水率高、过滤困难。目前此法在重金属废水的处理中已很少应用。

    硫化物沉淀反应速度较快,沉淀物溶解度低,可以选择性处理重金属离子,通过冶炼,实现重金属离子的回收。李静文采用硫化钠沉淀法处理模拟含铅废水。在反应时间20min,硫化钠投加量与铅离子的物质的量比为5∶1,初始pH值为8的条件下,对废水中铅离子的去除率为99.72%,出水达到了国家污水综合排放标准。硫化物处理重金属废水时,沉淀剂本身在水中残留,过量时易形成水溶性多硫化物,遇酸生成硫化氢气体,产生二次污染。

    目前应用较广的是铁氧体法,是指向重金属废水中投加硫酸亚铁盐,通过控制pH值和加热条件等,使废水中的重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀物。左明等研究了铁氧体法处理含镍、铬、锌、铜的废水,处理后,出水水质指标符合国家污水排放标准。但处理时间较长,温度要求较高,约70℃,因此不适用于处理较大规模的重金属废水,目前常将铁氧体法同其他废水处理方法联合使用。陈梦君等利用铁氧体联合硫化物沉淀处理电镀废水,Cu、Cr及Ni的去除率分别高达94.51%、97.78%和96.94%,达到电镀污染物排放标准。

    1.2电化学法

    电化学法是近年发展起来的颇具竞争力的水处理方法,它是应用电解原理,通过电极反应和重金属离子在溶液中的迁移来实现对废水净化。随着科技发展,传统电化学处理工艺的改进以及新型电化学反应器的研制,使电化学法在重金属废水治理领域的应用更为有效,更加广泛。

    1.2.1电絮凝法

    电凝聚法作为一项比较成熟的废水处理工艺,得到了广泛应用。丁春生等考察了初始pH值、电解时间、电流强度、NaCl投量、离子共存及曝气量等因素对电凝聚法处理含Cr6+、Cu2+废水的影响。研究表明,在一定的pH值下,电流强度为4A时,在很短的时间内,即可达到较稳定的去除效果;同时金属离子的共存对重金属废水的处理起促进作用,并且适当的曝气会提高重金属的去除率。凝聚法不宜长时间连续操作,否则电极表面易产生致密的黏膜,形成钝化。

    近年来采用脉冲电凝聚替代直流电凝聚可有效降低浓差极化,防止钝化。求渊等利用脉冲电凝聚法处理电镀含铬废水,铬离子去除率保持在99.5%以上,达到排放标准。与直流电凝聚法相比,其能效比高,处理时间短。电凝聚法的最新研究方向是周期换向的脉冲信号电凝聚,既具备高压脉冲电凝聚法的优点,又由于两极均可溶,更有利于金属离子与胶体间的絮凝作用,防止电极钝化。

    1.2.2微电解

    微电解是基于电极表面的化学反应,在电解槽中加入一定量的活性填料,重金属废水为电解质,活性填料就形成了原电池,在填料的表面,电流在成千上万个细小的微电池内流动,在低压直流的作用下发生的电化学反应和絮凝作用,进而将水体重金属离子有效地去除。

    在微电解工艺中,常用填充填料为铁屑(铸铁屑或钢铁屑)加入石墨或炭粒。周杰等采用铁碳微电解法处理含铬废水,研究了废水中Cr(Ⅵ)的去除效果。结果表明,采用铁碳微电解法处理含铬废水对Cr(Ⅵ)的去除效果较好,出水Cr(Ⅵ)含量低于0.1mg/L,与常规的焦亚硫酸钠还原工艺相比,铁碳微电解处理含铬废水可节省75%以上的成本。微电解与其他工艺结合可增强废水的处理效果。黄树杰采用微电解—碱液中和沉淀法处理Cr6+、Cu2+低浓度电镀废水,处理后废水中的Cr6+、Cu2+含量均达到了GB8978-96《污水综合排放标准》中的一级排放标准。电解—微电解相结合的复合电解技术是微电解发展的方向之一,探讨复合微电解技术的反应机理、过程动力学是目前该领域的研究重点。

    1.2.3电还原法

    电还原法又称阴极还原法,其原理为水体中的重金属离子在静电引力的作用下向阴极迁移,在阴极表面发生还原反应而析出。该法既能去除水体中的重金属离子,又能回收高纯度重金属。但对于低浓度的重金属废水,采用传统二维电极电解时,电流密度小,电解效率低,电耗大。电化学反应本质上是一种在固液相界面上发生的电子转移反应,因此,固液相界面传质问题成为要解决的难点,各类高效传质的反应器也成为研究重点。

    在工程中常用为三维电极反应器,这类反应器传质速度快,运行费用低,占地面积小,去除效率高,在几分钟内可使重金属浓度从100mg/L降至0.1mg/L。

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