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[關(guān)鍵詞]重金屬;廢水;處理方法;金屬元素
中圖分類號:X70 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-0278(2013)02-081-02
一、引言
重金屬廢水是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含重金屬的廢水。重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對一環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一,其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān)。廢水中的重金屬一般不能分解破壞,只能轉(zhuǎn)移其存在位置和轉(zhuǎn)變其物化形態(tài)。處理方法是首先改革生產(chǎn)工藝,不用或少用毒性大的重金屬,在生產(chǎn)地點就地處理(如不排出生產(chǎn)車間)常采用化學(xué)沉淀法、離子交換法等進(jìn)行處理,處理后的水中重金屬低于排放標(biāo)準(zhǔn)可以排放或回用。形成新的重金屬濃縮產(chǎn)物盡量回收利用或加以無害化處理。
二、重金屬污染的現(xiàn)狀
重金屬一般是指密度大于4.5g/cm3、原子序數(shù)在24以上的金屬,主要包括銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、汞、鎢、金、銀等。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加快,由重金屬引起的污染日趨嚴(yán)重。不但表面水體存在著重金屬的污染,而且城市土壤、農(nóng)田、濕地中的重金屬含量也超標(biāo)。以銅離子為例:沈敏等對長江下游沉積物中的Cu進(jìn)行了全量和醋酸提取態(tài)分析,結(jié)果表明,Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)近年來明顯增加?!暗妊芯苛说岢乇砻娉练e物,發(fā)現(xiàn)其中Cu的含量高于背景值。Chen等對北京市的30家公園內(nèi)土壤中所含重金屬Cu的分析表明,綜合污染指數(shù)范圍為0.97-9.21。
三、重金屬廢水的來源
重金屬污染主要來自采礦業(yè)、冶金、機械加工、表面處理、重工業(yè)等。重金屬約有45種,如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、釩、鈮、鉭、鈦、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等。,而我們常說的重金屬污染是指因人類活動導(dǎo)致環(huán)境中的重金屬含量增加并超出正常范圍,并使得環(huán)境質(zhì)量惡化。它對環(huán)境不僅有嚴(yán)重的危害并且給人類健康帶來影響。很多重金屬的一些價態(tài)是劇毒物質(zhì),被人食用后會立即引起不良反應(yīng)甚至死亡。
金屬是人體健康中不可或缺的微量元素,但如果超量就會造成嚴(yán)重的后果。近年來,隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,城市規(guī)模日益變大,廢水的大量排放。水源和土壤中重金屬積累加劇,重金屬污染也越來越嚴(yán)重。重金屬離子對水體的污染,由于其不易降解性和毒害性,被定為第一類污染物,環(huán)保工作者和科研人員已經(jīng)把如何減小和消除重金屬危害作為的一大課題。
由于工業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,越來越多的工礦業(yè)廢水、生活污水等未經(jīng)適當(dāng)處理就直接排放,從而引起多種水域的重金屬污染,同時也造成土壤污染,以及富含重金屬的大氣沉降物的輸入,在降雨作用下,都使得地下水中重金屬含量急劇升高,引起地下水重金屬污染。重金屬廢水主要來自礦山坑內(nèi)排水、廢石場淋浸水、選礦廠尾礦排水、有色金屬冶煉廠除塵排水、有色金屬加工廠酸洗水、電鍍廠鍍件洗滌水、鋼鐵廠酸洗排水。以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、煙草、油漆、顏料等工業(yè)。廢水中重金屬種類、含量以及存在形態(tài)隨不同生產(chǎn)種類而異,變化很大。
四、那么重金屬廢水的危害
重金屬廢水是公認(rèn)的對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一,它有三大顯著特點[5-7]。毒性強:一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍在1.0-lOmg/L之間,錫、汞等劇毒重金屬的毒性濃度范圍低至0.001-O.1mg/L。持續(xù)性:廢水中的重金屬無論采用何種處理方法都不能使之降解,只能改變其化合價和存在形式。富集性:重金屬經(jīng)生物可大量富集,例如銅的富集倍數(shù)可達(dá)上萬倍,這些富集的重金屬通過食物鏈,最終進(jìn)入人體,嚴(yán)重威脅著人體健康。
五、怎么來處理重金屬廢水
重金屬廢水的處理方法可分為兩類:一是使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶的重金屬化合物或元素,經(jīng)沉淀和上浮從廢水中去除,可應(yīng)用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分離法、離子浮選法、電解沉淀或電解上浮法、隔膜電解法等;二是將廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行濃縮和分離,可應(yīng)用反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)法、離子交換法等。
第一類方法應(yīng)用最廣是中和沉淀法、硫化物沉淀法和電解沉淀法。從重金屬廢水回用的角度看,第二類方法優(yōu)于第一類,因為用第二類方法處理,重金屬是以原狀濃縮,不需添加任何化學(xué)藥劑,可直接回用于生產(chǎn)過程。而用第一類方法,重金屬要借助多次使用化學(xué)藥劑,經(jīng)過多次反復(fù)的化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化才能回收再利用。一些重金屬廢水如電鍍漂洗水用第二類方法回收,也很容易實現(xiàn)閉路循環(huán)。但是第二類方法目前還受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的一些限制,目前還不適于處理大流量的工業(yè)廢水如礦冶廢水。這類廢水仍以化學(xué)沉淀為主要處理方法,并沿著有利于回收重金屬的方向改進(jìn)。
方法一:電解法。
比較廣泛地用于處理含氰的重金屬廢水。以電解氧化使氰分解和使重金屬形成氫氧化物沉淀的方式去除廢水中的氰和重金屬。硫化汞廢渣用電解法處理能高效地回收純汞或汞化物
方法二:上浮法。
廢水中的重金屬氫氧化物和硫化物還可用鼓氣上浮法去除,其中以加壓溶氣上浮法最為有效。電解上浮法能有效地處理多種重金屬廢水,特別是含有重金屬絡(luò)合物的廢水。這是因為在電解過程中能將重金屬絡(luò)合物氧化分解生成重金屬氫氧化物,它們能被鋁或鐵陽極溶解形成的活性氫氧化鋁或氫氧化鐵吸附,在共沉作用下完全沉淀。廢水中的油類和有機雜質(zhì)也能被吸附,并借助陰極上產(chǎn)生的細(xì)小氫氣泡浮上水面。此法處理效率高,在電鍍廢水處理中往往作為中和沉淀處理后的進(jìn)一步凈化處理措施。
方法三:離子浮選法。
往重金屬廢水中投加陰離子表面活性劑,如黃原酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、明膠等,與其中的重金屬離子形成具有表面活性的絡(luò)合物或螯合物。不同的表面活性劑對不同的金屬離子或同一種表面活性劑在不同的pH值等條件下對不同的重金屬離子具有選擇絡(luò)合性,從而可對廢水中的重金屬進(jìn)行浮選分離。此法可用于處理礦冶廢水。
方法四:離子交換和吸附。
廢水中的重金屬如果以陽離子形式存在,用陽離子交換樹脂或其他陽離子交換劑處理;如果以陰離子形式存在,則用陰離子交換樹脂處理。
活性炭能在酸性(pH值2~3)條件下從低濃度含鉻廢水中有效地去除鉻。含硫活性炭能有效地去除廢水中的汞?;钚蕴窟€可用于處理含鋅和銅的電鍍廢水。活性炭能吸附CN-,并在有Cu2+和02存在的條件下使CN-氧化,從而使吸附CN的部位得到再生。
方法五:膜法。
主要有電滲析和反滲透法。電滲析的特點是濃縮倍數(shù)有限,須經(jīng)多級電滲析處理,才能把廢水中有用物質(zhì)濃縮到可回用的程度。反滲透法用于處理鍍鎳、鍍銅、鍍鋅、鍍鎘等電鍍漂洗廢水。對鎳、銅、鋅、鎘等離子的去除率大都大于99%。因此重金屬廢水通過反滲透處理就能濃縮和回用重金屬,反滲透水(產(chǎn)水)質(zhì)量好時也可回用。重金屬濃縮產(chǎn)物的無害化處理。
重金屬廢水經(jīng)處理形成的濃縮產(chǎn)物,如因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因不能回收利用,或者經(jīng)回收處理后仍有較高濃度的金屬物未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時,不能任意棄置,而應(yīng)進(jìn)行無害化處理。常用方法是不溶化和固化處理,就是將污泥等容易溶出重金屬的廢物同一些重金屬的不溶化劑、固定劑等混合,使其中的重金屬轉(zhuǎn)變成難溶解的化合物,并且加入如水泥、瀝青等膠結(jié)劑,將廢物制成形狀有規(guī)則、有一定強度、重金屬浸出率很低的固體;還可用燒結(jié)法將重金屬污泥制成不溶性固體。
六、展望
現(xiàn)在重金屬水污染越來越嚴(yán)重,擺在我們明前的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重,我們應(yīng)該擺正自己的位置,擔(dān)當(dāng)起為環(huán)境做一份自己的努力!
參考文獻(xiàn):
[1]張建梅.重金屬廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展,西安聯(lián)合大學(xué)學(xué)報[J].2003,6(2):55-59.
關(guān)鍵字:污水處理系統(tǒng);重金屬;廢水處理工藝; 設(shè)計研究
Abstract: in recent years in the general attention, heavy metal waste water treatment. With the development of technology, heavy metal waste water treatment process technology has made great progress, from the traditional precipitation, chemical method, adsorption to modern microbial processing technology, reverse osmosis technology, etc. The traditional management of heavy metals in the method of the waste water, the heavy metal waste from just moved to other have to medium, not radically put an end to the pollution problem of the heavy metal. This paper discusses the principle of heavy metal process, advantages and disadvantages and its application direction studied and discussed.
Keyword: sewage treatment system; Heavy metal; Wastewater treatment processes; Design research
中圖分類號:[R123.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:
引言
重金屬廢水是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一。20世紀(jì)60年代震驚世界的日本公害病──水俁病和痛痛病,就是分別由含汞廢水和含鎘廢水污染環(huán)境造成的。因此,各國對重金屬廢水的治理都十分重視。
1.水污染現(xiàn)狀
水是一種寶貴的自然資源,隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,對水資源的要求,無論是從質(zhì)而言,還是從量而言,都有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。水并非是取之不盡,用之不竭的天然資源,它是有限資源,對于缺水地區(qū)來說,水就更加寶貴了,防止水污染,保護(hù)水環(huán)境,目前已引起廣泛共識。
水污染是指水體因外界某種物質(zhì)的介入,導(dǎo)致原有質(zhì)量特性發(fā)生改變,從而影響了原有的功能和利用價值,甚至危害人體健康,破壞生態(tài)環(huán)境。人類社會為了滿足生活及生產(chǎn)的需求,要從各種自然水體中取用大量的水,這些水被利用后,即產(chǎn)生生活污水和工業(yè)廢水,并最終又排入天然水體,這樣就構(gòu)成了一個用水的循環(huán)。
2.處理特點和基本原則
廢水中的重金屬是各種常用方法不能分解破壞的,而只能轉(zhuǎn)移它們的存在位置和轉(zhuǎn)變它們的物理和化學(xué)形態(tài)。例如,經(jīng)化學(xué)沉淀處理后,廢水中的重金屬從溶解的離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成難溶性化合物而沉淀下來,從水中轉(zhuǎn)移到污泥中;經(jīng)離子交換處理后,廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹脂上;經(jīng)再生后又從離子交換樹脂上轉(zhuǎn)移到再生廢液中??傊亟饘購U水經(jīng)處理后形成兩種產(chǎn)物,一是基本上脫除了重金屬的處理水,一是重金屬的濃縮產(chǎn)物。重金屬濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)的處理水可以排放;如果符合生產(chǎn)工藝用水要求,最好回用。濃縮產(chǎn)物中的重金屬大都有使用價值,應(yīng)盡量回收利用;沒有回收價值的,要加以無害化處理。
重金屬廢水的治理,必須采用綜合措施。首先,最根本的是改革生產(chǎn)工藝,不用或少用毒性大的重金屬;其次是在使用重金屬的生產(chǎn)過程中采用合理的工藝流程和完善的生產(chǎn)設(shè)備,實行科學(xué)的生產(chǎn)管理和運行操作,減少重金屬的耗用量和隨廢水的流失量;在此基礎(chǔ)上對數(shù)量少、濃度低的廢水進(jìn)行有效的處理。重金屬廢水應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)生地點就地處理,不同其他廢水混合,以免使處理復(fù)雜化。更不應(yīng)當(dāng)不經(jīng)處理直接排入城市下水道,同城市污水混合進(jìn)入污水處理廠。如果用含有重金屬的污泥和廢水作為肥料和灌溉農(nóng)田,會使土壤受污染,造成重金屬在農(nóng)作物中積蓄。在農(nóng)作物中富集系數(shù)最高的重金屬是鎘、鎳和鋅,而在水生生物中富集系數(shù)最高的重金屬是汞、鋅等。
3.處理方法可分為兩類:
3.1使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶的重金屬化合物或元素,經(jīng)沉淀和上浮從廢水中去除,可應(yīng)用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分離法、離子浮選法、電解沉淀或電解上浮法、隔膜電解法等;
3.2將廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行濃縮和分離,可應(yīng)用反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)法、離子交換法等。第一類方法特別是中和沉淀法、硫化物沉淀法和電解沉淀法應(yīng)用最廣。從重金屬廢水回用的角度看,第二類方法比第一類優(yōu)越,因為用第二類方法處理,重金屬是以原狀濃縮,不添加任何化學(xué)藥劑,可直接回用于生產(chǎn)過程。而用第一類方法,重金屬要借助于多次使用的化學(xué)藥劑,經(jīng)過多次的化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化才能回收利用。一些重金屬廢水如電鍍漂洗水用第二類方法回收,也容易實現(xiàn)閉路循環(huán)。但是第二類方法受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的一些限制,目前還不適于處理大流量的工業(yè)廢水如礦冶廢水。這類廢水仍以化學(xué)沉淀為主要處理方法(見廢水化學(xué)處理法),并沿著有利于回收重金屬的方向改進(jìn)。
4重金屬廢水處理發(fā)展趨勢及展望
4.1生物法將成為主導(dǎo)方法 雖然化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法都可以治理和回收廢水中的重金屬,但由于生物法處理重金屬廢水成本低、效益高、易管理、無二次污染、有利于生態(tài)環(huán)境的改善。另外,通過基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用,可使生物具有更強的吸附、絮凝、整治修復(fù)能力。因此生物法具有更加廣闊的發(fā)展前景。
4.2幾種技術(shù)集成起來處理重金屬廢水 重金屬廢水是一種資源,許多重金屬都比較昂貴。如果將廢水中的重金屬作為一種資源來回收,不但解決了重金屬的污染,而且還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。電化學(xué)法就可以滿足這些要求處理重金屬廢水,但由于廢水中重金屬的濃度一般較低,用傳統(tǒng)的電化學(xué)法來處理,電流效率較低,電能消耗較高。因此,為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求,實現(xiàn)廢水回用和重金屬回收,可將幾種技術(shù)集成起來處理重金屬廢水,同時發(fā)揮各種技術(shù)的長處。Tung Chung-Ching等[19] 集成采用膠束增強超濾法去除水溶液中的銅離子取得了顯著效果。張永鋒[20]采用絡(luò)合-超濾-電解集成技術(shù)處理重金屬廢水,超濾的濃縮液可通過電解回收重金屬,從而實現(xiàn)廢水回用和重金屬回收的雙重目的,為重金屬廢水的根治找到了新的出路。
5.重金屬濃縮產(chǎn)物的無害化處理
重金屬廢水經(jīng)處理形成的濃縮產(chǎn)物,如因技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因不能回收利用,或者經(jīng)回收處理后仍有較高濃度的金屬物未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時,不能任意棄置,而應(yīng)進(jìn)行無害化處理。常用方法是不溶化和固化處理,就是將污泥等容易溶出重金屬的廢物同一些重金屬的不溶化劑、固定劑等混合,使其中的重金屬轉(zhuǎn)變成難溶解的化合物,并且加入如水泥、瀝青等膠結(jié)劑,將廢物制成形狀有規(guī)則、有一定強度、重金屬浸出率很低的固體;還可用燒結(jié)法將重金屬污泥制成不溶性固體。
6結(jié)束語
我們應(yīng)該充分利用自然界中的微生物與植物的協(xié)同凈化作用,并輔之以物理或化學(xué)方法,尋找凈化重金屬的有效途徑。對重金屬的污染源頭進(jìn)行嚴(yán)格的控制和監(jiān)督,利用物理和化學(xué)的辦法處理好源頭的含較高濃度的重金屬廢水,不讓高含量的重金屬廢水進(jìn)入城市排水管網(wǎng)。這樣可以減少治理成本,又減輕了二級污水廠的處理難度,取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。在已建成的環(huán)境治理項目中,可以考慮進(jìn)行對重金屬處理的改進(jìn)和改造以達(dá)到對相應(yīng)重金屬的處理,而在有必要進(jìn)行重金屬處理的未建成環(huán)境治理項目,應(yīng)該在立項時即考慮對重金屬的去除,以達(dá)到更好的治理污染,修復(fù)環(huán)境的目的。
參考文獻(xiàn)
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3.李明春,姜恒,侯文強等.酵母菌對重金屬離子吸附的研究[J].菌物系統(tǒng),1998,17(4):367~373
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【關(guān)鍵詞】重金屬廢水;處理;工藝;系統(tǒng)
重金屬廢水是指礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含重金屬的廢水。實際所需處理的廢水中含有的重金屬并不是單一種類, 往往多種重金屬并存,廢水的分類通常以其中含量最高的重金屬為依據(jù),其中含銅廢水、含鉻廢水、含鎳廢水和含鉛廢水等較為多見。廢水中所含重金屬能對環(huán)境及人體產(chǎn)生長遠(yuǎn)的不良影響,是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類危害最大的工業(yè)廢水之一,未經(jīng)處理直接排放, 一方面將對環(huán)境造成污染, 另一方面也浪費了大量的水資源和貴重金屬資源, 其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān),因此對廢水處理工藝的研究具有十分重要的意義。
一、廢水處理操作方法
廢水中的重金屬一般不能分解破壞,只能轉(zhuǎn)移其存在位置和轉(zhuǎn)變其物化形態(tài)。處理方法是首先改革生產(chǎn)工藝,不用或少用毒性大的重金屬。對已經(jīng)形成的重金屬廢水處理方法很多,一般分為物理法、化學(xué)法和生物法, 每種處理方法都有各自的特點和適用條件, 根據(jù)不同的原水水質(zhì)和處理后的水質(zhì)要求, 可單獨應(yīng)用, 亦可幾種方法組合應(yīng)用。重金屬廢水處理的主要原理是利用金屬離子在堿性條件下的沉淀,經(jīng)分離達(dá)到凈化廢水, 回收重金屬, 進(jìn)而回用廢水, 最終實現(xiàn)降低金屬排放總量, 節(jié)約水資源回收貴重金屬的目的。對含有機物、絡(luò)離子及螯合物量大的廢水, 要先將妨礙處理重金屬的有機物質(zhì)用氧化、吸附等適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǔ?。然后再把它作無機類廢水處理。重金屬廢水經(jīng)處理后形成兩種產(chǎn)物,一是基本上脫除了重金屬的處理水,一是重金屬的濃縮產(chǎn)物。含重金屬廢水最常采用的是化學(xué)沉淀法, 把重金屬離子轉(zhuǎn)變成難溶于水的氫氧化物或硫化物等的鹽類, 然后進(jìn)行共沉淀而除去, 處理后的水中重金屬低于排放標(biāo)準(zhǔn)可以排放或回用。加強混凝方法對重金屬的處理也很有效,形成新的重金屬濃縮產(chǎn)物應(yīng)盡量回收利用或加以無害化處理。
二、重金屬廢水處理工藝
1、硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水
硫酸鹽生物還原法處理含鋅廢水其原理是利用硫酸鹽還原菌SRB 在厭氧條件下產(chǎn)生硫化氫,硫化氫和廢水中的重金屬反應(yīng),生成金屬硫化物沉淀以去除重金屬離子。生物反應(yīng)器是一個厭氧反應(yīng)系統(tǒng),微生物在厭氧條件下分解有機物,還原硫酸鹽生成硫化氫,硫化氫與廢水中的鋅離子反應(yīng)生成不溶性的硫化鋅。生物反應(yīng)器的類型可以是上流式厭氧污泥床、厭氧接觸反應(yīng)器等。
反應(yīng)生成的硫化鋅沉淀同厭氧污泥混在一起,當(dāng)其濃度達(dá)到一定程度以后,為了保證生物反應(yīng)器的正常運行,就必然排放一部分污泥。由于污泥中鋅含量較高,可以回收。從沉淀池中的出水,雖然鋅離子的去除率很高,但是出水中還含有比較高的COD和硫化氫,因此必須要進(jìn)行好氧處理去除COD 和硫化氫,使最終出水的指標(biāo)都達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2、含銅重金屬廢水處理工藝
焦磷酸銅廢水中銅主要以絡(luò)合物形式存在,因此該類廢水在強堿條件下投加酸進(jìn)行破絡(luò)反應(yīng),再與其他重金屬廢水混合處理。含銅廢水主要來源于電鍍、化學(xué)鍍工序。一般有電鍍銅工序產(chǎn)生電鍍廢水, 工件電鍍銅后清洗工序產(chǎn)生清洗水, 化學(xué)鍍銅工序產(chǎn)生化學(xué)鍍廢水, 工件化學(xué)鍍銅后清洗工序產(chǎn)生清洗水, 線路板鍍銅后蝕刻工序產(chǎn)生蝕刻廢水, 線路板鍍銅后微蝕工序產(chǎn)生微蝕水, 線路板鍍銅后棕化工序產(chǎn)生棕化廢水, 線路板鍍銅后采用表面活性劑清洗產(chǎn)生清洗水等。
1)工作原理
氫氧化物除銅原理是2OH-+Cu2+=Cu(OH)2。重金屬廢水設(shè)計采用以電解方式形成氫氧化物沉淀法去除廢水中重金屬污染物,氫氧化物沉淀與PH值有很大的關(guān)系,氫氧化銅理論沉淀完全的pH 值為6.7。當(dāng)污水的PH值過高或污水中存在有害的離子配位體時,能與金屬離子結(jié)合成可溶性絡(luò)合物,從而使重金屬會“反溶解”到水中去。在pH 值7時,中和劑采用氫氧化鈣, 主要是為減少渣量,并且氫氧化鈣的加入沉降性能也較好。
2)工藝流程
焦銅廢水進(jìn)行破絡(luò)預(yù)處理后,經(jīng)過提升泵進(jìn)入重金屬廢水調(diào)節(jié)池,銅鋅電鍍清洗廢水進(jìn)入重金屬廢水調(diào)節(jié)池,泵前加入混凝劑,利用葉輪高速旋轉(zhuǎn),使廢水與混凝劑充分混合。經(jīng)過破氰后的含氰廢水一并進(jìn)入重金屬廢水調(diào)節(jié)池,廢水在此穩(wěn)定水量、均勻水質(zhì)后,用提升泵定量將廢水提升至混凝反應(yīng)池,在混凝反應(yīng)池投加適量的氫氧化鈉或氫氧化鈣,調(diào)節(jié)酸堿度到8-9之間,同時進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛T谶m宜PH 值條件下進(jìn)行混凝反應(yīng)后,產(chǎn)生大量“礬花”,利用礬花網(wǎng)捕和共沉作用,把大部分銅離子等重金屬沉淀下來,再經(jīng)過砂濾池,廢水進(jìn)入幅流沉淀池泥水分離,污泥進(jìn)入污泥濃縮池。出水加入重金屬捕集劑進(jìn)入虹吸濾池,去除細(xì)小懸浮顆粒,最后在中和池加入硫酸調(diào)節(jié)酸堿度后,上清液出水進(jìn)人中間水池,達(dá)標(biāo)排放。工藝流程如圖1所示。
處理系統(tǒng)運行效果見下表1所示。
三、電池廠重金屬廢水的污水處理系統(tǒng)
某電池生產(chǎn)廢水排放量650/d。在生產(chǎn)過程中使用含汞鋅、錳和淀粉等原料。在電液配制、糊化、洗碳棒頭等生產(chǎn)過程中排出的廢水重金屬污染物濃度平均為:汞008mg/L、鋅315m1/L。錳73mg/L,如果直接排放會對環(huán)境造成較嚴(yán)重的污染。由于廢水中含有幾種重金屬污染物,處理難度高,該廠針對水質(zhì)制定出一套高效經(jīng)濟(jì)的廢水治理方案。
1、工藝流程
很多廢水( 如電池的含鋅廢水) 經(jīng)絮凝反應(yīng)后能分離出大量的污泥,這些絮狀污泥有一定的吸附能力。針對重金屬離子容易被吸附的特性,EWP高效污水凈化器利用Zn在pH=8-9時能生成的Zn(0H)eq2絮凝沉淀物,在凈化器內(nèi)形成吸附過濾流化床,并添加重金屬離子吸附劑GPC,對汞和其它重金屬污染物進(jìn)行吸附過濾,達(dá)到同時治理幾種重金屬污染物的效果。廢水從調(diào)節(jié)池自流至反應(yīng)池,在反應(yīng)池的入口與出口處分別加入三組藥劑,再由進(jìn)流泵將經(jīng)過混凝反應(yīng)的廢水泵入凈化器內(nèi)處理,處理后的清水從頂部流出,污泥從底部排入污泥濃縮罐,經(jīng)污泥濃縮罐及污泥貯罐濃縮后脫水運走。
2、工藝設(shè)備及主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)
(1) 調(diào)節(jié)池 調(diào)節(jié)池有效容積為200meq 。加設(shè)一個反應(yīng)池。
(2) 加藥系統(tǒng) Na2S :用量5×10eq 用玻璃鋼作溶藥攪拌器配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% 的溶液;石灰:由固體加藥機投加,用量由pH 自動控制器控制;重金屬離子吸附劑GPC :用量3×10,由固體加藥機投加。
(3) 主要設(shè)備 EWP 高效污水凈化器共兩套:EwP-10、EWP-20處理量分別為200m/d和500m/d,污泥脫水機選用10m的板框壓濾機,污泥經(jīng)脫水后外運至固廢中心。
四、總結(jié)
含重金屬廢水的處理要講求實效,可概括為兩個方面:
(1) 控制污染源, 盡量改革工藝,實現(xiàn)少排放。
(2) 使用重金屬的生產(chǎn)過程中采用合理的工藝流程和完善的生產(chǎn)設(shè)備,實行科學(xué)的生產(chǎn)管理和運行操作,減少重金屬的耗用量和隨廢水的流失量;在此基礎(chǔ)上對數(shù)量少、濃度低的廢水進(jìn)行有效的處理。處理以化學(xué)沉淀法為主,適當(dāng)輔以其他處理方法。污水處理系統(tǒng)工程投入正常運行后,使得附近大量的陸源污水得到處理,消減了大量的排海污染物,使得整個海域海洋生態(tài)環(huán)境得到改善。對整個近岸海域的海域生態(tài)環(huán)境的改善將起到積極的作用,同時對周邊的環(huán)境和港區(qū)的開發(fā)建設(shè)也起到積極的促進(jìn)作用,是正效益工程。
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關(guān)鍵詞:重金屬廢水;環(huán)境污染;處理方法;改善措施
1 重金屬廢水的來源
重金屬廢水主要來自于冶金以及電子和電鍍行業(yè),尤其是電子和電鍍行業(yè)的工業(yè)廢水,其成分尤為復(fù)雜,除卻酸堿性廢水和含氰(CN-)廢水外,可以根據(jù)重金屬廢水中所含的化學(xué)元素進(jìn)行劃分。例如:含汞(Hg)廢水、含砷(As)廢水、含銅(Cu)廢水以及含鎘(Cd)廢水等。
各種重金屬廢水,對于環(huán)境的污染極大,在重金屬廢水的處理問題上國內(nèi)外都非常重視,通過有針對性的處理工藝,治理各式各樣的重金屬廢水;將有毒化為無毒、有害化為無害。并且回收重金屬廢水中較為昂貴的重金屬,將處理后的廢水再次循環(huán)使用,減少重金屬的排放量。
2 重金屬廢水對環(huán)境的污染
重金屬并不能被生物降解成為無害物。重金屬廢水排入河流或海域后,除一部分被水生物以及魚蝦等吸收以外,剩余大部分都被水中各種有機物質(zhì)和無機膠體以及微生物吸附,之后經(jīng)過聚集沉降與水底。
2.1 汞(Hg)對環(huán)境的危害
汞污染主要來自于燃煤電廠以及樹脂廠和水泥生產(chǎn)廠等,而由于汞可以通過大氣以及河流進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸,使得汞可以造成跨界污染和區(qū)域性污染,最讓人記憶深刻的就是,美國環(huán)境調(diào)查局層發(fā)表說,中國的汞污染已經(jīng)通過大氣污染到了美國的河流。這也對汞污染在防范上造成了極大的困難。
而值得注意的是微量的液體汞在吞食后是無毒的,相關(guān)記載中有著明確的注釋,微量的液體汞在生物體內(nèi)會形成有機化合物。但是汞蒸氣和汞鹽都是有劇毒的,在口服或吸入和接觸后會導(dǎo)致腦部和肝功能損傷。毒性最大的為二甲基汞[(CH3)2Hg],人體皮膚只需要接觸幾微升的二甲基汞[(CH3)2Hg]就會導(dǎo)致死亡。而即使是毒性小的汞在對人類的危害上也很大,由于汞可以在生物體內(nèi)累積,極易被皮膚和呼吸道以及消化系統(tǒng)吸收,會出現(xiàn)水俁病癥狀,破壞生物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。
2.2 砷(As)對環(huán)境的污染
砷(As),民間的說法就是砒霜,在化學(xué)元素周期表中處于第四周期。含砷(As)的廢水主要來自于冶煉廠,其可以通過大氣、地表水和土壤進(jìn)行傳播污染。
砷(As)在日常生活中的作用非常多,如除了可以作為除草劑以及殺蟲劑外,還可以作為干燥劑和防腐劑來使用。而含砷(As)的藥物經(jīng)過大量以及長期的使用后會使得大部分砷(As)進(jìn)入土壤中并殘留下來,進(jìn)而影響植物的生長甚至發(fā)生毒害事故。
含有砷(As)的廢水沒有得到有效的處理就排放,會導(dǎo)致河流以及排放地地質(zhì)的污染,會導(dǎo)致生物體內(nèi)細(xì)胞中的酶與巰基結(jié)合,進(jìn)而致使酶功能系統(tǒng)發(fā)生障礙,影響細(xì)胞的正常代謝,引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)疾病和毛細(xì)血管等病害。
3 重金屬廢水的處理措施
重金屬廢水的處理措施有很多種,具體需要根據(jù)其處理的效果和成本以及初始濃度和廢水中的共存離子要求出水,最后水質(zhì)達(dá)標(biāo)后根據(jù)情況是循環(huán)再次利用還是直接排放。
3.1 生物處理法
生物法是眾多化工企業(yè)的首選,不光投資小,而且回報率還高。針對不下沉的懸浮物有很好的效果。生物處理分為好氧和厭氧兩大類處理方法,還有像土地處理法、活性污泥法、穩(wěn)定塘法、等多種工藝。污水生物處理從宏觀上來講,就是通過微生物將廢水中的重金屬進(jìn)行吞食,也就是說通過微生物的代謝將重金屬降解,使得廢水達(dá)到相應(yīng)指標(biāo)。但需要注意的是在使用污水生物處理的時候必須采用BOD5/CODCr等法案來判斷污水中的污染物是否可以被降解。
3.1.1 好氧生物處理法。好氧生物處理工藝,投資少、回報高,一直被各大化工企業(yè)廣泛的使用。其操作也極為簡單:將活性污泥投放與廢水中,對有機污染物進(jìn)行吸附、凝聚和分解最后產(chǎn)出合成的細(xì)胞體以及二氧化碳和水。
3.1.2 厭氧生物處理法。厭氧生物處理法在相對密封、無氧的環(huán)境下,極為有用,厭氧分子可以將廢水中的有機污染物分解成二氧化碳以及甲烷等氣體,與此同時將部分有機物質(zhì)合成細(xì)菌胞體。厭氧生物法是指在沒有分子氧的條件下,通過厭氧微生物(包括兼性厭氧微生物)的作用,將廢水中的有機物分解為甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程,同時把部分有機質(zhì)合成細(xì)菌胞體方法。厭氧生物處理工藝有厭氧生物濾池以及上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)等。厭氧處理的優(yōu)勢是耗能低、微生物食物量少以及污泥產(chǎn)生量低。
兩種處理工藝各有其優(yōu)勢,具體還是需要根據(jù)環(huán)境來選擇使用。在廢水中污泥含量小的情況下,一般都使用好氧處理法,反之則使用厭氧處理法。值得注意的是,雖說厭氧處理的主要對象為有機污泥,但近年來由于有機廢水濃度增高,通常都會先使用厭氧處理法,之后根據(jù)處理效果以及現(xiàn)場情況再使用好氧法進(jìn)行處理。
3.2 電解處理法
該工藝根據(jù)Fe/C原電池反應(yīng)的原理進(jìn)行處理廢水,也可以稱作鐵屑過濾法,其在廢水處理的各項指標(biāo)上都非常好。加快氧化速度、吸附還有氧化還原等都是電解法的具現(xiàn)化。作為生化處理法的前提,保證“預(yù)處理技術(shù)”,電解處理技術(shù)可以使得有機物濃度急劇降低,有效的減少廢水中各種重金屬的毒素,進(jìn)而使得生化處理法可以有效實施。由于其適用范圍極為廣泛、污水處理效果極佳并且使用的壽命也很長并且不需要配備任何電力,具有“以廢治廢”的意義。
3.3 化學(xué)沉淀法
化學(xué)沉淀法也是重金屬廢水處理常用的處理方法,主要的工作原理是通過化學(xué)反應(yīng)使得廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶于水的重金屬化合物,在通過過濾以及分離最后除去水溶液中的沉淀物,具體有沉淀處理法、鐵氧體共沉淀處理法和硫化物沉淀處理法等。但由于環(huán)境以及沉淀劑的客觀影響,初次沉淀的出水濃度無法達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),這時就需要根據(jù)情況,添加相應(yīng)的化學(xué)物,再次循環(huán)沉淀,直到出水達(dá)標(biāo)位置。
4 重金屬廢水處理的改善措施
重金屬隨著工業(yè)廢水排除后,及時濃度小于國家標(biāo)準(zhǔn),也會造成環(huán)境污染,因其具有產(chǎn)期的持續(xù)性,特別是汞以及砷還有銅等重金屬,很難通過土壤或河流將其降解,因其無法降解,作為生物鏈頂端的就人類會出現(xiàn)各種重金屬中毒的事故。
未來的重金屬廢水處理的方案必須進(jìn)一步的完善,通過細(xì)節(jié)的改變,使得重金屬廢水濃度進(jìn)一步降低;例如化學(xué)沉淀工藝在處理廢水時,根據(jù)廢水所含的重金屬,將沉淀劑更換、加減量等措施使得廢水重金屬濃度減少;再如生物處理法,在預(yù)處理時,根據(jù)情況,增加或減少處理時間,將廢水中的重金屬有效的吸附量以及降解效果增加,最后在處理時使得廢水重金屬含量小于標(biāo)準(zhǔn)。對重金屬廢水處理的完善,就是對人類自身和生活環(huán)境的負(fù)責(zé),有效完善的處理工藝都是現(xiàn)在廢水處理的當(dāng)務(wù)之急。
5 結(jié)束語
重工業(yè)的存在有著其必然性,而生態(tài)環(huán)境保護(hù)的提高也勢在必行,有效的重金屬水污染處理措施,可以使得污水得到有效的凈化,而凈化的污水使得污水排放好后對水源的污染減少。而所有的處理措施都有著相應(yīng)的弊端,如何完善這些弊端都是現(xiàn)階段研究的目標(biāo),相信重金屬廢水處理的提高可以使得我們生存的環(huán)境進(jìn)而改善。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:納濾;水處理;回用
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.01.007
當(dāng)今社會,隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展,工業(yè)化也有了很大的突破,隨之產(chǎn)生的就是含大量重金屬污染物的工業(yè)廢水,加重了環(huán)境問題。為解決這一問題,工業(yè)界一直在尋找簡單、高效的技術(shù)對重金屬廢水進(jìn)行處理,與此同時,在一些資源短缺的國家或者地區(qū),金屬和水的回收再利用問題也是至關(guān)重要的,從我國來說,我國淡水短缺,而且有百分之六十的污水含有重金屬,所以,為了保護(hù)人類的生存家園,需要研究出更加經(jīng)濟(jì)高效的重金屬工業(yè)廢水處理技術(shù)。
1 膜分離技術(shù)處理重金屬廢水
1.1 微濾和超濾膜技術(shù)
當(dāng)處于帶有壓力差的環(huán)境中,微濾和超濾技術(shù)可以根據(jù)孔徑的大小進(jìn)行篩分,也就是說,不同大小的分子混合進(jìn)入微濾和超濾膜的過程中,以現(xiàn)有孔徑值為標(biāo)準(zhǔn)參照點,超過孔徑的物質(zhì)就會滯留在原來的位置,小于孔徑的物質(zhì)就會流出,經(jīng)過這一過程的操作,就實現(xiàn)了廢水中混合物的有效分離。除此之外,還有一種方法,需要經(jīng)過精確計算,如果把超濾膜的孔徑控制在在3μm左右的時候,就能夠做到有效攔截較大的顆粒物,達(dá)到凈化廢水的目的。當(dāng)超濾膜孔徑控制在0.2μm以下時,就可以有效實現(xiàn)對廢水中的小顆粒分子的攔截,此時的運行壓力是1~10bar。需要我們注意的是,由于重金屬離子相比于其他物質(zhì)的離子來說要小許多,通常微濾和超濾膜技術(shù)不能夠完成去除雜質(zhì)的工作,此時,就應(yīng)該考慮和其他先進(jìn)工藝進(jìn)行有效融合。
1.2 反滲透膜技術(shù)
反滲透膜技術(shù)是通過利用一種半透膜經(jīng)純化液體透過,進(jìn)而對污染物進(jìn)行截留的技術(shù)。近年來,反滲透技術(shù)在重金屬廢水處理中開始受到廣泛關(guān)注,尤其是在化工及環(huán)境工程領(lǐng)域(但是目前對該技術(shù)的應(yīng)用并不樂觀),因為該技術(shù)不僅能夠處理不同種類的污水,而且能夠?qū)挿秶倪M(jìn)行處理。相關(guān)技術(shù)人員對反滲透技術(shù)的研究表明,該技術(shù)能夠成功提取出Cu2+和Ni2+離子的重金屬廢水,而且去除率極高,能夠達(dá)到99.5%,專家對此進(jìn)行過實驗,結(jié)果表明將反滲透技術(shù)和膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)相組合,處理重金屬廢水的效率非常高,但是,現(xiàn)在該項技術(shù)還存在著成本高、耗能高的弊端,所以也就阻礙了該技術(shù)在工業(yè)化上的進(jìn)一步應(yīng)用。
1.3 納濾膜技術(shù)
“納率”是一種特殊的,并且十分有前途的膜分離技術(shù),操作區(qū)間在超濾和反滲透之間,納率區(qū)間可以截留大小約為1納米的物質(zhì),而且,納率還具有多方面優(yōu)勢,比如穩(wěn)定可靠、便于操作、能耗低、去除污染物強等等,這使納率膜技術(shù)在重金屬廢水處理的有關(guān)行業(yè)受到廣泛關(guān)注。有關(guān)專家經(jīng)過對NF90和N30F這兩種納濾膜對含砷重金屬廢水進(jìn)行研究,結(jié)果表明納率膜的去除力率會隨著操作溫度、廢水濃度和PH值的增加而增加,研究發(fā)現(xiàn)在納率膜對含鎳重金屬的廢水的處理中,初始濃度為5mg/L的鎳重金屬廢水凈化能力高達(dá)98%;初始濃度為250mg/L的重金屬廢水去除率也能達(dá)到92%。使用商業(yè)納濾膜對含有鎳離子和鎘離子的重金屬廢水進(jìn)行測試,結(jié)果顯示當(dāng)廢水的初始濃度為5mg/L時,對含有這兩種重金屬的廢水的去除率分別高達(dá)98.94%和82.69%,總而言之,納濾膜分離技術(shù)有多方面優(yōu)點(操作壓力低、水通量大等),具備廣闊的發(fā)展前景,但是,我國目前還無法自行掌握納濾膜的制作技術(shù),科技水平有待提高。
2 工業(yè)廢水中重金屬的處理方法
2.1 零排放的處理方法
零廢水排放也稱“零排放”,顧名思義,也就是一種接近零的排放標(biāo)準(zhǔn),將能源排放至零的活動就稱為“零排放”,合理利用資源,進(jìn)而減少廢水的排放量,這樣有助于實現(xiàn)零排放,但是想要完全實現(xiàn)這一目標(biāo),需要做好以下方面的工作:(1)對廢棄物進(jìn)行回收再利用,實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,廢物轉(zhuǎn)化原材料,一次或多次利用;(2)在生產(chǎn)過程中要加大對廢棄物排放的控制力度,減少排放量。經(jīng)科學(xué)研究,在能量守恒定律中,廢棄物很難做到全部轉(zhuǎn)化,廢棄物中一定部分的物質(zhì)會以其它形式排放到環(huán)境中,因此,想要實現(xiàn)零排放的目標(biāo),必須要引進(jìn)相關(guān)新型技術(shù),從而回收廢棄物,但是存在難度大、成本高的弊端。
2.2 重金屬離子回收利用
去除金屬離子可以達(dá)到重金屬的零排放,而膜處理技術(shù)能夠高效率的去除金屬離子,所以該技術(shù)在重金屬廢水處理中被廣泛應(yīng)用,而且膜處理技術(shù)是重金屬廢水進(jìn)行零排放的核心,治理電鍍廢水時,可使用超濾反滲透膜集成技術(shù)進(jìn)行萃取,至于電鍍廢水零排放方案是自主研發(fā)的,該方案由三部分組成,分別是重金屬析出劑、微孔膜過濾預(yù)處理和反滲透凈化分離,重金屬析出劑所產(chǎn)生的離子能夠與固液分離并且迅速發(fā)生反應(yīng),這樣可以使重金屬高效析出,得以重新利用,滿足重金屬廢水零排放要求。
除此之外,在各行各業(yè)中多或多或少的應(yīng)用到了納慮技術(shù),其中應(yīng)用最多的要數(shù)石化領(lǐng)域和醫(yī)院產(chǎn)生的廢水中。在廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上,我們也應(yīng)該清晰地看到,在膜分離的過程中,產(chǎn)生的膜污染、成本問題都十分嚴(yán)峻,因此膜技術(shù)的使用被限制,尤其在對高含鹽污水處理時,對于納濾膜的選用更需謹(jǐn)慎,需要選擇合適的運行周期,防止出現(xiàn)堵塞。還有,想要有效的減少膜污染,要對膜污染原因進(jìn)行分析,而后采取合適的清理周期及方式,當(dāng)然,做好預(yù)處理工作也是預(yù)防膜污染的有效策略。
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