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重金屬廢水處理化學法、物理法和生物法

[日期:2020-04-23]   來源:重慶水處理,汙水設備,反滲透純水設備,水處理設備-AG亞遊vip水處理【官網】  作者:重慶水處理,汙水設備,反滲透純水設備,水處理設備-AG亞遊vip水處理【官網】   閱讀:198次

水資源在國民經濟發展和社會生產中發揮著重要的作用,同時也是人們生活中不可缺少的一部分。但是隨著工農業的迅速發展,工業廢水大量排放,使得水體重金屬汙染日益嚴重。據統計,我國每年產生400億t左右的工業廢水。其中重金屬廢水約占60%。這些廢水嚴重汙染地表水與地下水,造成可利用水資源總量急劇下降。重金屬廢水一般來源於礦山開采、金屬冶煉與加工、電鍍、製革、農藥、造紙、油漆、印染、核技術及石油化工等行業。重金屬難以生物降解且易被生物吸收富集,毒性具有持續性,是一類極具潛在危害的汙染物,如不治理必將對生態環境及人體健康造成嚴重的威脅。然而,重金屬作為一類重要的寶貴的資源,又具有很高的使用價值。因此如何有效治理水體重金屬汙染,保護人類健康和生態環境,同時回收利用重金屬,緩解我國資源和環境的壓力,是當前不可忽略的問題。

目前,重金屬廢水處理方法主要有三種:第一種化學法,通過化學反應將重金屬離子去除的方法,包括化學沉澱法、化學還原法、電化學和高分子重金屬捕集劑法等。第二種物理法,在不改變重金屬離子化學形態的條件下,通過吸附、濃縮而分離的方法,包括吸附法、溶劑萃取法、蒸發和凝固法、離子交換法和膜分離法等。第三類是生物法,主要是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除重金屬的方法,包括生物絮凝、植物修複和生物吸附。本文介紹了上述方法在重金屬廢水中的應用及研究進展,以便為水體重金屬汙染的治理提供一定理論的參考。

1  化學法

化學沉澱法

化學沉澱法是廣泛應用於工業重金屬廢水處理中比較有效的方法,是向水體中投加化學藥品,通過沉澱反應去除重金屬離子的方法,主要包括氫氧化物沉澱、硫化物沉澱和鐵氧體法。

氫氧化物沉澱法處理含重金屬廢水具有技術成熟、投資少、處理成本低、管理方便等優點。MirbagherzSA等采用堿性試劑,如石灰、氫氧化鈉對含銅鉻廢水進行處理,在pH值分別為12和時,Cu2+和Cr3+完全沉澱下來,廢水可達標排放。唱鶴鳴等用氫氧化鈉溶液逐漸調節電鍍廢水pH值,在多個pH值點分別沉澱出電鍍廢水中銅、鉻、鋅和鎳,使廢水中的重金屬含量減少到最低。雖然氫氧化物沉澱法可以實現重金屬離子從廢水中的分離,但氫氧化物沉澱法也存在不足之處:對於兩性氫氧化物,pH值若控製不當,重金屬離子將會再次溶解;對稀溶液中重金屬去除效果不好;沉澱體積量大、含水率高、過濾困難。目前此法在重金屬廢水的處理中已很少應用。

硫化物沉澱反應速度較快,沉澱物溶解度低,可以選擇性處理重金屬離子,通過冶煉,實現重金屬離子的回收。李靜文采用硫化鈉沉澱法處理模擬含鉛廢水。在反應時間20min,硫化鈉投加量與鉛離子的物質的量比為5∶1,初始pH值為8的條件下,對廢水中鉛離子的去除率為,出水達到了國家汙水綜合排放標準。硫化物處理重金屬廢水時,沉澱劑本身在水中殘留,過量時易形成水溶性多硫化物,遇酸生成硫化氫氣體,產生二次汙染。

目前應用較廣的是鐵氧體法,是指向重金屬廢水中投加硫酸亞鐵鹽,通過控製pH值和加熱條件等,使廢水中的重金屬離子與鐵鹽生成穩定的鐵氧體共沉澱物。左明等研究了鐵氧體法處理含鎳、鉻、鋅、銅的廢水,處理後,出水水質指標符合國家汙水排放標準。但處理時間較長,溫度要求較高,約70℃,因此不適用於處理較大規模的重金屬廢水,目前常將鐵氧體法同其他廢水處理方法聯合使用。陳夢君等利用鐵氧體聯合硫化物沉澱處理電鍍廢水,Cu、Cr及Ni的去除率分別高達、和,達到電鍍汙染物排放標準。

電化學法

電化學法是近年發展起來的頗具競爭力的水處理方法,它是應用電解原理,通過電極反應和重金屬離子在溶液中的遷移來實現對廢水淨化。隨著科技發展,傳統電化學處理工藝的改進以及新型電化學反應器的研製,使電化學法在重金屬廢水治理領域的應用更為有效,更加廣泛。

.1電絮凝法

電凝聚法作為一項比較成熟的廢水處理工藝,得到了廣泛應用。丁春生等考察了初始pH值、電解時間、電流強度、NaCl投量、離子共存及曝氣量等因素對電凝聚法處理含Cr6+、Cu2+廢水的影響。研究表明,在一定的pH值下,電流強度為4A時,在很短的時間內,即可達到較穩定的去除效果;同時金屬離子的共存對重金屬廢水的處理起促進作用,並且適當的曝氣會提高重金屬的去除率。凝聚法不宜長時間連續操作,否則電極表麵易產生致密的黏膜,形成鈍化。

近年來采用脈衝電凝聚替代直流電凝聚可有效降低濃差極化,防止鈍化。求淵等利用脈衝電凝聚法處理電鍍含鉻廢水,鉻離子去除率保持在以上,達到排放標準。與直流電凝聚法相比,其能效比高,處理時間短。電凝聚法的最新研究方向是周期換向的脈衝信號電凝聚,既具備高壓脈衝電凝聚法的優點,又由於兩極均可溶,更有利於金屬離子與膠體間的絮凝作用,防止電極鈍化。

.2微電解

微電解是基於電極表麵的化學反應,在電解槽中加入一定量的活性填料,重金屬廢水為電解質,活性填料就形成了原電池,在填料的表麵,電流在成千上萬個細小的微電池內流動,在低壓直流的作用下發生的電化學反應和絮凝作用,進而將水體重金屬離子有效地去除。

在微電解工藝中,常用填充填料為鐵屑(鑄鐵屑或鋼鐵屑)加入石墨或炭粒。周傑等采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水,研究了廢水中Cr(Ⅵ)的去除效果。結果表明,采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水對Cr(Ⅵ)的去除效果較好,出水Cr(Ⅵ)含量低於,與常規的焦亞硫酸鈉還原工藝相比,鐵碳微電解處理含鉻廢水可節省75%以上的成本。微電解與其他工藝結合可增強廢水的處理效果。黃樹傑采用微電解—堿液中和沉澱法處理Cr6+、Cu2+低濃度電鍍廢水,處理後廢水中的Cr6+、Cu2+含量均達到了GB8978-96《汙水綜合排放標準》中的一級排放標準。電解—微電解相結合的複合電解技術是微電解發展的方向之一,探討複合微電解技術的反應機理、過程動力學是目前該領域的研究重點。

.3電還原法

電還原法又稱陰極還原法,其原理為水體中的重金屬離子在靜電引力的作用下向陰極遷移,在陰極表麵發生還原反應而析出。該法既能去除水體中的重金屬離子,又能回收高純度重金屬。但對於低濃度的重金屬廢水,采用傳統二維電極電解時,電流密度小,電解效率低,電耗大。電化學反應本質上是一種在固液相界麵上發生的電子轉移反應,因此,固液相界麵傳質問題成為要解決的難點,各類高效傳質的反應器也成為研究重點。


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