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        重金屬廢水處理技術研究 (一)

        2022-07-14  來自: 環保水圈 瀏覽次數:157

        本文旨在總結近年來重金屬廢水主要處理技術,指出重金屬廢水污染治理與重金屬的回收利用相結合是未來治理的發展之路,也是技術開發與應用的方向。


        重金屬廢水


        一、引言

        對農業而言,“一籽下地,萬粒歸倉”的豐收景象歸功于水;在工業上,水參與生產過程中的加工、制造、洗滌、凈化等很多方面,并發揮著重要的作用,被譽為工業的血液??傊?,水作為世界上常見的物質之一,在生命演化歷程中起到了至關重要的作用。

        然而,隨著人類社會的不斷發展,水體也逐漸被污染,進入水中的有毒有害物質也越來越多。人類的工業發展對水體的損害十分巨大,特別是采礦、冶金、化工、電鍍和電子工業等行業對水體造成的重金屬污染。同時,給人類帶來了很大的傷害。

        近年來,重金屬廢水污染事件頻發。2005年北江鎘污染事故,鎘濃度超標12倍多,使得下游數千萬群眾的飲水受到威脅;2007年貴州都柳江砷污染事件,大量含砷廢水流入都柳江上游河道,造成附近10余名村民輕微中毒,并造成下游縣城及沿河鄉鎮2萬多人生活飲水困難;2009年重金屬污染湘江威脅4000萬人飲水;2009年湖南武岡市企業污染造成兒童血鉛超標的事件,檢測認定高鉛血癥兒童38名,輕度鉛中毒兒童28名,中度鉛中毒兒童17名;2010年中金嶺南陷入“鉈污染門”,造成北江流域發生嚴重鎘污染等。由此可見,重金屬廢水的危害性巨大而且深遠,對環境和人類已經造成了不可磨滅的傷害。因此,加快重金屬廢水治理技術研發及其應用尤為重要。

        二、重金屬廢水

        重金屬廢水是指冶煉、化工生產等企業加工過程中產生外排含重金屬離子的污水。污水中的重金屬物質在《污水綜合排放標準》(GB8978)有明確的界定,包括有毒金屬和類金屬,如汞、鎘、鉻、鎳、砷、銅、鉬、鋅、錫、鈷、釩和錳等。

        1、重金屬廢水的來源

        重金屬廢水主要來自采礦、煉鐵、金屬加工、電鍍、農藥、醫藥、油漆、顏料等企業生產過程中排出的多種污水。其中包含的重金屬種類、含量及其存在形式因生產企業的不同而有所差異。

        隨著工業的發展,以及人類自身活動對環境的影響,重金屬廢水的量正逐年增加。據Nriagu估算,每年排放到環境中的有毒重金屬高達數百萬噸,并且呈逐年上升的趨勢。

        2、重金屬廢水的危害

        重金屬廢水是一種具有強毒性、致癌性、致突變性、難降解及易富集等特性的廢水,具有毒效性、長期持續性、生物不可降解性等特點,且可通過食物鏈作用進入人體,并在人體內累積,從而導致各種疾病和機能紊亂,對人體健康造成嚴重危害。加之世界各地相繼頻繁發生重金屬廢水污染事件:日本富縣的神通川流域出現的“痛痛病”,水俁灣的“水俁病”等都是重金屬污染給人體健康帶來損害的典型事例,除此之外,還有很多類似的重金屬廢水污染事件時常發生。對人民群眾的生命健康帶來威脅。因此,研究行之有效的重金屬廢水去除污方法已成為當前的工作要點。


        重金屬廢水


        三、重金屬廢水處理技術 

        重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對環境污染嚴重和對人類健康危害嚴重的工業廢水之一,其水質水量與生產工藝有關。重金屬污染控制的首要方法是改革生產工藝,不用或少用毒性大的重金屬;其次是采用合理的工藝流程、科學的管理和操作,減少重金屬用量和隨廢水流失量,盡量減少外排廢水量。經過長期的研究發現,重金屬廢水處理技術主要包括:沉淀法、物理化學法、電化學法、生物化學法以及近年來出現的一系列新技術,具體情況如下。

        1、沉淀法

        沉淀法處理模式為“重金屬廢水+沉淀劑→沉淀物”,經過濾使得重金屬離子得以去除。其實質是重金屬廢水中的重金屬一般不能被分解破壞,只能轉移其存在位置和改變其物化形態。包括中和沉淀、螯合沉淀、硫化物沉淀等。

        1)中和沉淀法

        中和沉淀法是通過向重金屬廢水中投加堿中和劑,使污水中重金屬離子形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀而去除的方法。其適用對象為酸堿廢水和處理殘后溶液中的重金屬離子。其優點是操作簡單,缺點是沉渣量較大,含水率高,二次污染較為嚴重并且某些離子難以達到排放的標準。

        2)螯合沉淀法

        螯合沉淀法利用了DTCR的特性,在自然條件捕捉污水中重金屬陽離子(例如:Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等),在生成大量難溶的螯合物后沉淀析出,從而達到捕集去除重金屬離子的目的。螯合沉淀法具有技術成熟、操作簡單等諸多優點,在電子、電鍍等行業得到廣泛應用。如何降低螯合劑的成本和濾渣后續處理還值得深入研究。

        3)硫化物沉淀法

        硫化物沉淀法是指將重金屬廢水pH值調節為堿性后,向重金屬廢水中投加硫化鈉或硫化鉀等含硫化物的沉淀劑,使污水中重金屬離子與硫離子反應生成難溶的沉淀,然后被過濾分離的方法。由于金屬硫化物的溶度積很小,致使該技術具有比如沉渣量少、容易脫水、沉渣金屬品位高、有利于金屬的回收等優點。硫化物沉淀除用于重金屬廢水的治理外,還可以用于重金屬溶液的凈化。扎伊爾共和國沙巴省扎伊爾礦業總公司西土魯鈷廠就是使用該法凈化鈷溶液。該法也有不足之處,如硫化物結晶比較細小,難以沉降等。如何改善硫化物的沉降性能值得進一步研究。

        此外,重金屬廢水處理技術還包括鐵氧化沉淀法、鋇鹽沉淀法等。

        2、物理化學法

        處理重金屬廢水的物理化學法主要包括離子交換法、吸附法、膜分離技術和溶劑萃取法等。其中離子交換法和膜分離技術適用于含較低濃度重金屬離子污水的處理。

        1)離子交換法

        離子交換法利用離子交換劑與污水中的重金屬離子發生反應,去除廢水中的重金屬。離子交換劑有離子交換樹脂、沸石和膨潤土等。該技術具有處理污水量大,出水水質良好,可回收重金屬資源等優點。適宜于含較低濃度重金屬離子污水的處理。天津經濟技術開發區電鍍廢水處理運用離子交換車載移動處理裝置對廠區點狀分布污染源進行源頭現場處置,輔以必要的后續集中處置,從而對開發區重金屬廢水進行合理的控制。該技術也存在反應周期較長,處理成本較高等缺點。

        2)吸附法

        常見的吸附法包括無機材料吸附、樹脂吸附、生物吸附。常用的無機吸附材料為活性炭?;钚蕴勘砻婀倌軋F可與重金屬離子發生生質子交換、離子交換、絡合反應、氧化還原反應以及粒子之間的靜電作用等,將重金屬離子從廢水中分離。近年來無機吸附材料發展較快,先后出現了活性炭纖維、沸石等衍生物等。無機材料吸附法的重金屬去除效率高,但重金屬廢水處理產生的廢渣量大,對其進行二次處理,成本高且容易出現二次污染。

        樹脂吸附基于樹脂中含有各種活性基團(根據活性基團種類的不同,分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂),比較典型的有羥基、羧基、氨基等,能夠與廢水中重金屬離子發生螯合反應,生成穩定且不溶于水的金屬螯合物,去除廢水中的重金屬離子。該法能夠分離、純化、回收重金屬。生物吸附材料將生物質加工成的生物吸附劑。目前生物吸附劑包括細菌、藻類、酵母、霉菌等在內的生物體及其衍生物。該技術具有以下幾個特點:

        一是生物吸附劑可以降解,一般不會發生二次污染;二是來源廣泛,容易獲取并且價格便宜;三是生物吸附劑容易解析,能夠有效地回收重金屬。在實際的污染治理過程中,pH值、溫度以及其他離子的影響較敏感,制約其應用。該技術在低濃度重金屬廢水方面取已得了較好的效果,需繼續深入研究,擴大其應用范圍。

        3)膜分離技術

        膜分離技術主要包括電滲析、隔膜電解和反滲透。作為20世紀末發展起來的高新技術之一,由于其具有能耗低、分離過程中物質不發生相變、分離效果好、操作簡便、無化學副作用、無二次污染、分離產物易于回收等優點,成為回收廢水中重金屬離子的一種很有前途的方法。自1954年一家制膜公司WillPsCorp成立至今,膜技術已由微濾(MF)、超濾UF)發展為納濾(NF)、反滲透技術(RO)等,這些膜技術皆可對廢水中重金屬離子進行有效分離。該技術的難點主要表現在膜的制備、穩定性和清洗等,處理成本較高也影響其推廣。

        在水資源日益緊張的今天,以廢水回用和物質回收為目的的膜分離技術作為一種新型水處理技術通過進一步的完善,將得到更加廣泛的應用。


        重金屬廢水


        4)溶劑萃取法

        溶劑萃取法是利用重金屬離子在有機相和水中溶解度的差異,重金屬濃縮于有機相,從而分離重金屬離子的方法。常用的萃取劑有磷酸三丁酯、三辛基氧化膦、三辛胺、伯胺、油酸和亞油酸等。該方法的優點是設備簡單,操作方便,萃取劑中重金屬含量高,有利于進一步回收利用。但缺點是萃取劑價格昂貴,處理不當會產生二次污染。

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