重金属废水处理工艺的研究 12页

'重金属废水处理工艺的研究　　(1.东北林业大学；2.黑龙江生态工程职业学院，黑龙江**150040) 　　摘要：文章从传统的沉淀法、化学法、吸附法到现代的微生物处理技术、反渗透技术、MEUF法、植物修复法等重金属废水处理的方法进行了研究和探讨，总结了其工艺原理和优缺点。 关键词：重金属；废水处理；吸附；微生物 　　中图分类号：X75文献标识码：B文章编号：1007—6921(XX)11—0078—03 　　随着工农业的发展，产生了大量的废水，废水中含有多种重金属离子，如果进入生态系统中将很容易被水生海洋动物吸收并直接进入食物链，破坏植物的生长和危及动物和人的生命，引起肾、生殖系统、肝脏、脑和中枢神经系统等功能的紊乱［1］，重金属由于其对环境的污染、对人体健康的危害而受到人类社会的普遍关注。传统的治理含重金属的废水的方法主要有物理法、化学法等，只是把重金属从废水中转移到了其他得介质中，不仅没有使重金属发挥其应有的作用，反而产生了二次污染，没有从根本上杜绝重金属的污染问题。近几年来，在废水中重金属的回收再利用方面的研究取得了很大的进步，本文主要对重金属的回收再利用工艺进行了研究和探讨。 1传统的处理方法 1.1沉淀法 　　沉淀法通常是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物，再将沉淀物进行干燥或煅烧，从而制得相应的粉体颗粒。在废水处理中通过化学反应使重金属离子变成不溶性物质而沉淀分离出来。其优点去除范围广、效率高、经济简便。根据沉淀方式的不同，其可分为：直接沉淀法、共沉淀法、均相沉淀法和水解沉淀法等。赵如金［2］采用铁氧体法处理重金属废水，发现重金属离子的半径接近铁离子，n(Fe2+)/n(M2+)的值越大，磁性产物中金属的回收率、磁性产物的稳定性及饱和磁化率越大，且处理后的废水中各种金属离子的质量浓度均达到污水综合排放指标。但是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。 1.2化学法 　　化学法是利用化学反应的作用来去除废水中的溶解物质或胶体物质。主要包括中和法、化学沉淀法、氧化还原法、电解法等。常用的硫酸亚铁-石灰法，虽然有原料来源广泛、价格便宜等优点，但也存在着投药量大、污泥产生量大、处理后水质色度高、费用大、占地面积大、工人劳动强度大等缺点。李宾［3］采用钡盐-氢氧化钠法处理含重金属废水，并将其应用在沈阳飞机工业(集团)有限公司工具厂的废水处理中，具有出水水质清澈透明、设备简单、容易自制、操作维修方便的特点。另外在整个水处理过程中完全实现自动化，降低了劳动强度，且占地面积小，费用低。但其也有易产生二次污染的缺点。 1.3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。主要的吸附材料有沸石、壳聚糖类、腐殖酸类、活性炭等，主要是以物理吸附和化学吸附为主。胡艳海等［4］用NaOH处理活化沸石，对废水中的Pb2+、Cd2+、Cr2+去除率达到97.90%以上。吸附重金属达饱和的沸石，可用HCl溶液浓缩重金属离子，经NaOH溶液处理可再生利用。HKAN等［5］用蟹甲处理含Pb2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+废水与其他材料处理同种废水进行对比，发现蟹甲的吸附效果高于阳离子交换树脂、沸石和活性炭。李国清等人［6］用海藻酸钠-腐殖酸钠吸附法处理重金属废水，研究表明：海藻酸钠-腐殖酸钠处理剂对Cu(Ⅱ)去除率达99.6%，Cd(Ⅱ)去除率达95.6%，其中铜离子已经达到国家一级排放标准。 　　近年来，生物吸附逐步取代了物理吸附法和化学吸附法。生物吸附法主要依靠菌类、藻类等具有较大的比表面积、吸附容量大等优点，对重金属废水进行处理。在废水处理中主要是应用活性污泥法、生物转盘法等，利用污泥中大量的微生物对废水中的重金属进行吸附，处理效果比较明显。生物吸附法是一项处理重金属离子废水污染的新技术，与传统技术相比，具有以下优点：①投资少，运行费用低，无二次污染；②处理效率高，且在低浓度下，金属可以被选择性地去除；③pH值和温度条件范围宽(40～90℃)；④可有效地回收一些重金属［7］。但是，如果对剩余污泥处理不当，同样产生了二次污染。如何处理剩余污泥，又给人们提出了新的课题。 2重金属废水处理新工艺 2.1微生物处理技术 　　微生物处理技术主要包括生物絮凝、生物化学等。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。生物絮凝法具有无机絮凝剂和合成有机絮凝法无法比拟的优点，处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，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的难题，大部分生物絮凝剂还处于探索研究阶段［8］。 　　生物化学法指通过微生物处理含重金属废水将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。化Cr(VI)复合功能菌［9］。袁建军等［10］利用构建的高选择型基因工程菌生物富集模拟电解废水中的汞离子，发现电解废水中其他组分的存在可以增大重组菌富集汞离子的作用速率，且该基因工程菌能在很宽的pH范围内有效地富集汞。但高浓度的重金属废水对微生物毒性大，故此法有一定的局限性。不过，可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株，微生物处理重金属废水一定具有良好的应用前景。 2.2反渗透技术 　　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。反渗透是渗透作用的逆过程，一般指借助外界压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某种或某些溶质的过程。实现反渗透有两个条件：①操作压力必须大于溶液的渗透压；②必须有一种高选择性、高透水性的半透膜［11］。在处理重金属废水时，反渗透的截留机理主要是筛分机理和静电排斥，因此重金属离子的截留效果还与重金属离子的价态有关［12～13］。 　　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。CHAIX.［14］采用RO膜对含铜废水进行中试研究，当进水含铜340mg/L时，透过液中铜质量浓度低于4mg/L。此外，反渗透膜还可作为重金属废水终端处理，可使废水中的重金属离子完全去除，处理后的水质优良，并可循环再利用［15］。 　　近些年来，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，生产出不同的直径，其生产成本不同。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，使其生产成本增加。另外，由于其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。 2.3MEUF去除废水中的金属离子 　　胶团强化超滤(micellar-enhancedultrafiltration，MEUF)是一种表面活性剂和超滤相结合的技术，用于处理低浓度的金属离子。目前国内还未见有该技术的深入报道，国外也还处于试验研究阶段。MEUF中使用的表面活性剂与待去除的物质有关，应该根据具体情况来确定。根据静电作用原理，要去除金属阳离子时，用阴离子表面活性剂；去除金属阴离子时，用阳离子表面活性剂。膜与表面活性剂通过疏水性作用、静电作用、氢键及酸碱类作用等将废水中的重金属离子去除，主要受表面活性剂浓度、压力、pH值、电解质等因素的影响。 　　MEUF技术中还有一些有待解决的问题：①MEUF在表面活性剂浓度高于CMC以上时才能去除污染物，表面活性剂用量较大；②MEUF的渗透液中含有一定浓度(低于CMC)的表面活性剂单体，造成浪费。虽然已经提出了一些表面活性剂的回收方法，但还缺乏深入细致的研究。另外，如何从浓缩液中回收有价值的金属和有机物也是MEUF技术的重要研究方向［16］。 2.4植物修复法 　　植物修复法是指利用植物通过吸收、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从废水中吸取、沉淀或富集有毒金属；②降低有毒金属活性，从而可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。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　植物修复法与其他的方法相比具有技术和经济上的双重优势，实施较简便、成本较低［17］和对环境扰动少。种植植物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，可以从富含金属的植物残体中回收贵重金属，取得直接的经济效益。缺点是治理效率较低，不能治理重污染土壤。由于一种植物只吸收一种或两种重金属，难以全面清除土壤中的所有污染物［18］。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［19］，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，许多研究是根据盆栽试验估算出相应的植物修复潜力，因此植物修复技术从实验室走向产业化应用还需时日。表1给出了各种重金属废水处理方法的比较。 3结论 　　目前，对重金属废水的处理工艺还存在一些问题，如技术、运行成本、产生二次污染等问题，在实际应用时应根据进水水质、重金属的种类、出水水质要求选择合适的工艺。另外，还要根据经济、技术、工程成本、技术成本等综合考虑，选择最优的方案。在实际运用中，每种工艺并不是对立存在的，可根据实际情况将两种或多种工艺组合，达到最佳的效果。 　　现在我们还应该致力于新工艺的开发与传统工艺的改造，努力开发出既降低成本、出水水质良好，又不产生二次污染，使重金属得到有效回收，这是我们今后应该努力的方向。 ［参考文献］ 　　［1］GDMatos，MAZArruda.Vermicompopstasnaturaladsorbentforremovingmetalionsformlaboratoryeffluents［J］.ProcessBiochemistry，2003，39： 81～88. 　　［2］赵如金，吴春笃.常温铁氧体处理金属离子废水研究［J］.化工环保，XX，25(4)：263～266. 　　［3］李宾.化学法处理含重金属废水的应用介绍［J］.材料保护，2000，33(10)：18～19. 　　［4］胡艳海.活性沸石对重金属离子的吸附及再生性研究［J］.无机盐工业，1997，(2)：5～6. 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