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水處理設(shè)備耗材

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重金屬廢水處理有哪些方法?
2018-09-25 07:28:07admin 426
近幾年,隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,越來越多工業(yè)廢水未經(jīng)認(rèn)真處理就肆意排放,造成了水域、土壤和環(huán)境的重金屬污染,如何減少重金屬對環(huán)境的污染是當(dāng)今環(huán)保學(xué)者和科研工作者的一個重要課題。下面向大家介紹了重金屬廢水的來源、危害,及傳統(tǒng)的處理方法,并對未來重金屬廢水處理新技術(shù)進(jìn)行了展望。

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近幾年,隨著工業(yè)化的飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,越來越多工業(yè)廢水未經(jīng)認(rèn)真處理就肆意排放,造成了水域、土壤和環(huán)境的重金屬污染,如何減少重金屬對環(huán)境的污染是當(dāng)今環(huán)保學(xué)者和科研工作者的一個重要課題。下面向大家介紹了重金屬廢水的來源、危害,及傳統(tǒng)的處理方法,并對未來重金屬廢水處理新技術(shù)進(jìn)行了展望。提出生物法去除廢水中的重金屬有良好的應(yīng)用前景;應(yīng)綜合運(yùn)用各種技術(shù)以實(shí)現(xiàn)水資源和重金屬的雙重回收。
 
 
一、 重金屬廢水的來源及危害
       一般來說,重金屬是指密度大于4.5 g/cm3的金屬,比如金、銀、銅、鐵、鉛、鋅、鎳、鈷、鉻、汞、鎘等,其中有些是人體不可缺少的微量元素,但是如果超量就會對環(huán)境或者人體造成傷害。
       廢水主要來源于礦山開采業(yè)、機(jī)械加工業(yè)、有色金屬冶煉業(yè)、石油化工企業(yè)和電鍍行業(yè)等,比如選礦尾礦排水,機(jī)械加工用水,有色金屬冶煉廠除塵排水,有色金屬加工廠酸洗水,廢舊電池垃圾處理用水,廢石場浸淋水等。除此之外,在醫(yī)藥、農(nóng)藥、油漆、涂料等行業(yè)也會產(chǎn)生重金屬廢水。重金屬廢水中的重金屬種類和含量跟從事的行業(yè)密切相關(guān)。
       金屬廢水污染具有獨(dú)特的性質(zhì)。首先是其生物不可降解性,其次還具備毒性持久性。重金屬廢水進(jìn)入江河湖泊,污染土壤,其中的金屬可以被農(nóng)作物吸收,影響農(nóng)作物的生長,造成減產(chǎn)或者更大的損失。重金屬也可通過植物的根系進(jìn)入食物鏈,其副作用會被放大,在人體內(nèi)聚集,導(dǎo)致新陳代謝紊亂,生物機(jī)能下降,對人體造成極大傷害。
 
 
二、重金屬廢水處理的傳統(tǒng)方法
 
重金屬廢水處理的傳統(tǒng)工藝方法主要有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、膜分離法、吸附法、電解法等。
 
1、化學(xué)沉淀法
       化學(xué)沉淀法是指在廢水中加入藥品制劑,通過化學(xué)反應(yīng),溶解在水溶液中的金屬離子變成不溶性的沉淀物進(jìn)而分離出來的方法。比較常用的有中和沉淀法、硫化物沉淀法和鐵氧體沉淀法。中和沉淀法是指在重金屬廢水中加入堿性溶液,一般選擇石灰水(Ca(OH)2溶液),廢水中的重金屬離子會生成難溶性的氫氧化物沉淀。這種方法操作簡單,應(yīng)用廣泛,但是容易造成二次污染。硫化物沉淀法是指在重金屬廢水中加入硫化鈉(Na2S)溶液,是廢水中的重金屬離子以硫化物的形式沉淀下來。這種方法形成的沉淀比較穩(wěn)定,容易進(jìn)一步處理。鐵氧體沉淀法是向重金屬廢水中加入鐵鹽,通過控制工藝流程,使其中的多種重金屬離子與鐵鹽形成鐵氧體共沉淀,然后分離去除。這種方法可以同時去除多種重金屬離子,在應(yīng)用上具有獨(dú)特的優(yōu)勢。
2、電化學(xué)法
       電化學(xué)法是指運(yùn)用電解的基本原理,使廢水中的重金屬離子通過電解作用在正負(fù)兩極上分別發(fā)生氧化還原反應(yīng),使重金屬聚集,沉淀在電極表面或者沉淀到容器底部,然后進(jìn)行處理。這種方法是一個復(fù)雜的工藝處理過程,期間發(fā)生了氧化還原反應(yīng)、沉淀反應(yīng),并且需要進(jìn)一步分離凈化,但是這種方法可以回收一些重金屬,具有一定的價值,但是其成本略高。若處理低濃度的重金屬廢水時考慮其成本則很少使用此種方法。
3、 膜分離法
       膜分離技術(shù)是指在分離工藝中,利用一種特殊的半透膜,在外界壓力的作用下,不改變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)的化學(xué)形態(tài),將溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離濃縮的方法。根據(jù)使用的半透膜的性能不同,膜分離法可以分為微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、液膜等方法。這種方法將廢水中的重金屬離子轉(zhuǎn)化為特定的大小的不溶狀態(tài)的微小顆粒,然后通過濾膜將其除去。膜分離法優(yōu)點(diǎn)突出,效率高且無二次污染,但是膜的壽命短,需要認(rèn)真維護(hù),投資費(fèi)用也比較高。
4、吸附法
       吸附法是指利用吸附劑來吸附廢水中重金屬的方法。吸附法常見的有物理吸附法、樹脂吸附法、生物吸附法。在物理吸附法中,吸附劑把廢水中的重金屬離子吸附到表面,進(jìn)而除去廢水中的重金屬離子。吸附劑應(yīng)該具備較高的比表面積或者吸附劑表面具有豐富的高密度空隙結(jié)構(gòu)。常用的吸附劑有活性炭、沸石、粘土礦物、分子篩等?;钚蕴渴鞘褂米钤?,應(yīng)用最廣泛的吸附劑?;钚蕴康奈侥芰?qiáng),吸附容量大,可以同時吸附多種重金屬離子,但是使用壽命短、價格昂貴。樹脂吸附法是利用樹脂中的一些官能團(tuán)和重金屬離子螯合形成網(wǎng)狀配合物來進(jìn)行吸附。樹脂中含有很多活性官能團(tuán),有羥基、羧基、氨基等,這些活性的官能團(tuán)可以有效地和金屬離子發(fā)生鰲合反應(yīng)。其中應(yīng)用最多的是殼聚糖及其衍生物,很多環(huán)保學(xué)者已經(jīng)證實(shí)其具備良好的吸附性能。生物吸附指利用生物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)或成分特性來吸附廢水中的重金屬離子。生物吸附劑本質(zhì)是一種特殊的離子交換劑,主要是菌體、藻類和細(xì)胞提取物,起作用的是生物細(xì)胞。生物吸附劑因其來源豐富、價格低廉容易回收等優(yōu)點(diǎn)在處理重金屬廢水中使用的越來越廣泛。
 
三、重金屬廢水處理新技術(shù)
 
1、納米技術(shù)及材料
納米技術(shù)作為一門新興學(xué)科,對其研究才剛剛開始。但納米技術(shù)在水污染治理方面的巨大潛力已得到廣泛認(rèn)同。納米過濾是一種由壓力驅(qū)動的新型膜分離過程,介于反滲透與超濾之間。納濾膜主要存在以下兩個特點(diǎn):(1)膜的截留相對分子質(zhì)量為100~1 000,納濾膜存在真正的微孔,孔徑處于納米級范圍。(2)納濾膜對不同價態(tài)離子的截留效果不同,對單價離子的截留率低,對二價及多價離子的截留率則相對較高,由于讓大部分單價離子自由通過,使得納濾膜只需使用較低的操作壓力(一般為0.5~1.5 MPa);同時納濾膜的通量高,與反滲透相對,納米過濾具有設(shè)備投資低、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。目前,采用納米過濾技術(shù)可有效去除鎳﹑鉻(Ⅵ)﹑鎘﹑銅等重金屬污染物(主要來源于工業(yè)廢棄物泄漏和工業(yè)廢水排放)。
2、光催化技術(shù)
光催化法是一種環(huán)境友好型水處理方法,利用光催化劑表面的光生電子或空穴等活性物種,通過還原或氧化反應(yīng)去除重金屬。目前,光催化法降解廢水中的重金屬大多還處于實(shí)驗研究階段,實(shí)驗室最常用的光催化劑是二氧化鈦(TiO2)。TiO2光催化去除重金屬離子有3 種機(jī)理:(1)光生電子直接還原金屬離子;(2)間接還原,即由空穴先氧化被添加的有機(jī)物,然后由產(chǎn)生的中間體來還原金屬離子;(3)氧化去除金屬離子。近年來,利用半導(dǎo)體 TiO2光催化法去除或回收廢水中的 Se4+、Cu2+、Hg2+、Ag+和Cr6+等金屬離子的研究備受關(guān)注,尤其對 Cr6+的研究最為廣泛。光催化法耗能低、無毒性、選擇性好、常溫常壓、快速高效,在重金屬廢水處理中前景廣闊且日益受到重視,但從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)光催化法還存在著許多問題,如重金屬離子在光催化劑表面的吸附率低,光催化劑的吸光范圍窄等。
3、 新型介孔材料
介孔材料指孔徑介于 2~50 nm 的多孔材料。介孔材料具有長程結(jié)構(gòu)有序、孔徑分布窄、比表面大(>1 000 cm2/g)、孔隙率高且水熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此,介孔材料是當(dāng)今國際上的研究熱點(diǎn)和前沿之一。近年來,研究者通過對材料進(jìn)行化學(xué)修飾或改性處理,已制備出了諸多新型功能化介孔材料,對含Hg、Cu、Pb、Cd 等的廢水治理展示了誘人前景。研究表明,Cd2+能定量吸附在A1-MCM-41 分子篩上,最大吸附量為136.86 mg/g(Cd2+的初始質(zhì)量濃度為400 mg/L)。A.M.Liu等用氨基功能介孔材料SBA-15處理含重金屬廢水,結(jié)果顯示SBA-15(NH2)對 Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均有很強(qiáng)的去除能力。目前利用新型高效介孔材料吸附劑處理重金屬廢水仍處于實(shí)驗研究階段,吸附劑的價格限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。
4、 基因工程技術(shù)
Wilson在20世紀(jì)90年代嘗試用基因工程技術(shù)對微生物進(jìn)行改造,并將其應(yīng)用于含汞廢水的治理,取得了較好結(jié)果。隨后其他研究者也逐漸將基因工程技術(shù)應(yīng)用于不同類型重金屬廢水的處理,從而使這一領(lǐng)域的研究日趨活躍?;蚬こ碳夹g(shù)應(yīng)用于重金屬廢水的治理指通過轉(zhuǎn)基因技術(shù),將外源基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞中,使之表現(xiàn)出一些野生菌沒有的優(yōu)良遺傳性狀,從而實(shí)現(xiàn)對重金屬 Hg、Cu、Cd 等高效的生物富集。利用基因工程處理重金屬廢水目前尚處于實(shí)驗研究階段,真正用于工業(yè)水平還存在一些問題,如利用基因工程菌連續(xù)化處理重金屬廢水就面臨難題。
 
 
水資源匱乏和環(huán)境污染的當(dāng)今社會,應(yīng)該對重金屬廢水處理更加重視,意識到重金屬廢水處理具有具大意義。應(yīng)當(dāng)綜合運(yùn)用各種技術(shù)來進(jìn)行處理廢水中的重金屬,實(shí)現(xiàn)水資源和重金屬的雙重回收,爭取最大的利益。
 
 
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