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重金屬廢水處理工藝流程

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一、 沉淀法


1.氫氧化物沉淀法


往重金屬廢水中加入堿性溶液,利用OH-與重金屬離子反應生成難溶的金屬氫氧化物沉淀,通過過濾予以分離。氫氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次沉淀法兩種。分步沉淀法是分段加入石灰乳,利用不同的金屬氫氧化物在不同的pH值下沉淀析出的特性,依次回收各金屬氫氧化物。一次沉淀法則是一次性投加石灰乳,使溶液達到額定的pH值,從而使廢水中的各種重金屬離子同時以氫氧化物沉淀的形式析出。


2 .硫化物沉淀法


將重金屬廢水pH值凋節為一定堿性后,再通過向重金屬廢水中投加硫化鈉或硫化鉀等硫化物,或者直接通人硫化氫氣體,使重金屬離子同硫離子反應生成難溶的金屬硫化物沉淀,然后被過濾分離。由于金屬硫化物的溶度積比相應的金屬氫氧化物的溶度積小得多,因此,硫化物沉淀法比氫氧化物沉淀法具有更多的優點,比如沉渣量少,容易脫水,沉渣金屬品位高,有利于金屬的回收??墒橇蚧锍恋矸ㄒ灿胁蛔阒?,比方說硫化物結晶比較細小,難以沉降,因而應用也不是很廣。


3. 還原一沉淀法


這種方法的原理是,用還原劑將重金屬廢水中的重金屬離子還原為金屬單質或者價態較低的金屬離子,先將金屬過濾收集,然后再往處理液中加入石灰乳,使得還原態的重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀收集。銅和汞等的回收可以利用這種方法。該法也常用于含鉻廢水的處理。較常使用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、鐵粉等。


4. 絮凝浮選沉淀法


通過添加絮凝劑使得重金屬廢水中的小膠體顆粒穩定性變差,聚集形成大顆粒膠體物質,最終通過重力作用沉淀下來。為增大膠體顆粒的尺寸,采用浮選的辦法,用于將不穩定的膠體粒子變為固相絮凝物。這一浮選過程一般包括兩個重要的步驟,一是調節pH值,二是加入含鐵或鋁鹽的絮凝劑,以克服離子間靜電排斥導致的穩定作用。


二、 物理化學法


1. 吸附法


(1)物理吸附法?;钚蕴渴亲钤缡褂玫奈絼?,也是目前使用最廣泛的吸附劑。之所以能夠進行物理吸附,是因為活性炭具有高的比表面積以及高度發達的孔隙結構。后來在此基礎上又出現了活性炭纖維等衍生物,去除效率高,但價格比較昂貴。能夠用于物理吸附的材料還有各種礦物質以及分子篩等。


(2)樹脂吸附。環保是樹脂吸附法的一個重要的特點,這種方法能夠分離、純化、回收重金屬,效果顯著。主要是由于樹脂中含有各種活性基團,比較典型的有羥基、羧基、氨基等,能夠與重金屬離子進行螯合,因而這些功能性樹脂材料能有效的吸附重金屬離子。根據活性基團的種類不同,分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂。


(3)生物吸附。近些年來,很多研究者將各種生物(如植物、細菌、真菌、藻類以及酵母)經處理加工成生物吸附劑,用于處理含重金屬廢水。生物體具有特定的化學結構以及成分特征,


而生物吸附法的主要原理,就是利用生物體的這些特性來吸附溶于水中的重金屬離子。生物吸附法具有幾個特點:①生物吸附劑可以降解,一般不會發生二次污染;②來源廣泛,容易獲取并且價格便宜;③生物吸附劑容易解析,能夠有效地回收重金屬。


2. 浮選法


往重金屬廢水中通人氣體產生氣泡,廢水中的膠體顆粒會附著在氣泡表面,這些膠體粒子可隨氣泡的上浮從而實現將依附在粒子上的重金屬離子加以分離。該方法具有如下優點:對粒子的去除效果好,操作省時,費用低廉,在一定條件下,既可消除重金屬污染,又可回收金屬,并且還能避開某些重金屬氫氧化物或碳酸鹽過濾困難的問題。


3. 離子交換法


用離子交換樹脂把廢水中的重金屬離子交換出來,從而除去重金屬離子。不過,離子交換樹脂價格昂貴,其再生費用也比較高,所以,在廢水處理中使用很少。但對于少量有回收價值的有毒金屬來說是個不錯的方法。


4.溶劑萃取分離


溶劑萃取法是分離和凈化物質常用的方法。由于液一液接觸,可連續操作,分離效果較好。使用這種方法時,要選擇有較高選擇性的萃取劑,廢水中重金屬一般以陽離子或陰離子形式存在,例如在酸性條件下,與萃取劑發生絡合反應,從水相被萃取到有機相,然后在堿性條件下被反萃取到水相,使溶劑再生以循環利用。這就要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優越性,然而溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大,使這種方法存在一定局限性,應用受到很大的限制。


三、 電化學處理技術


1. 電解法


電解法的主要原理,是對重金屬廢水進行電解時,重金屬離子在陰極得到電子被還原,這些重金屬要么沉淀在電極表面,要么沉淀到反應槽底部,從而起到降低廢水中重金屬含量的效果。


2 .電沉積


這種方法的原理是,在傳統的化學沉淀方法中,加入電壓,通過改變溶液的電勢,促進重金屬離子更好地沉淀。電沉積在酸性和堿性廢液中都適用。


3. 膜分離技術


膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來進行物質分離的技術,包括電滲析、反滲透、膜萃取、超過濾等。用電滲析法處理電鍍工業廢水,處理后廢水組成不變,有利于回槽使用。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金屬離子廢水都適宜用電滲析處理,已有成套設備。反滲透法已大規模用于鍍Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金屬廢水處理。采用反滲透法處理電鍍廢水,已處理水可以回用,實現閉路循環。液膜法治理電鍍廢水的研究報道很多,有些領域液膜法已由基礎理論研究進入到初步工業應用階段,如我國和奧地利均用乳狀液膜技術處理含Zn廢水,此外也應用于鍍Au廢液處理中。膜萃取技術是一種高效、無二次污染的分離技術,該項技術在金屬萃取方面有很大進展。


四、生物化學法


1. 生物塘凈化法


該方法的原理,是利用復合的水生生態系統的協同作用,完成對重金屬污染物的吸收、積累、分解以及凈化作用。


2. 動物處理


動物法處理重金屬廢水現今尚處于起步階段。尤其是無脊椎動物對Zn和Cd具有很大的富集能力??梢?,利用水生動物處理重金屬廢水存在一定的可行性。研究發現,利用雙殼(河蚌)處理重金屬廢水,在重金屬濃度為3.125 mg/L時,雙殼生物對重金屬Zn、Cd、Pb2+ 、Ag 的脫除系數達到72.0%~89.9%,對雙殼法處理重金屬廢水的可行性作了肯定。


3. 微生物及藻類處理


通過生物絮凝,生物吸附,生物沉淀等作用實現廢水中重金屬的轉化,沉積和固定。研究表明,廢水中金屬污染濃度為10~l000 時,傳統的處理工藝成本很高,而廉價、易得的微生物可從稀溶液中富集、分離,通常能將濃縮幾千倍或更多。目前,微生物處理工藝得到工業應用較多的是生物硫化法,其他的如,生物吸附,生物絮凝等尚未得到大規模的工業應用。


4. 植物修復法


重金屬污染植物修復,是指利用植物的生命活動,提取,吸收并固定被污染水體中的重金屬離子,從而達到減輕重金屬廢水危害的目的。


5.生物絮凝法


生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產生并分泌到細胞外,具有絮凝活性的代謝物。一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質構成,分子中含有多種官能團,能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。至目前為止,對重金屬有絮凝作用的約有十幾個品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金屬離子形成穩定的鰲合物而沉淀下來。應用微生物絮凝法處理廢水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好,且生長快、易于實現工業化等特點。此外,微生物可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有廣闊的應用前景。


6. 生物吸附法


生物吸附法是利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶于水中的金屬離子,再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子,有些細菌在生長過程中釋放的蛋白質,能使溶液中可溶性的重金屬離子轉化為沉淀物而去除。生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易于分離回收重金屬等特點,已經被廣泛應用。


7.生物化學法


生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,廢水中的重金屬離子可以和所產生的H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉淀而被去除,同時H2S的還原作用可將SO42-轉化為S2-而使廢水的pH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子積很小而沉淀。有關研究表明,生物化學法處理含Cr6+濃度為30~40mg/L的廢水去除率可達99.67%~99.97%。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進行礦山酸性廢水重金屬離子的處理,結果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。趙曉紅等人用脫硫腸桿菌(SRV)去除電鍍廢水中的銅離子,在銅質量濃度為246.8 mg/L的溶液,當pH為4.0時,去除率達99.12%。


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