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重金属废水处理技术,承接重金属污水处理工程

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    重金属指比重大于4或5的金属,约有45种,通常的重金属污染,主要是指汞、铅、镉、铬以及砷等生物毒性显著的重金属的环境污染,还包括具有一定毒性的重金属如锌、铜、钴、镍、锡、钒等。重金属污染物难以治理,它们在水体中积累到一定的限度就会对水体一水生植物一水生动物系统产生严重危害,并可能通过食物链影响到人类的自身健康。在矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业中的许多生产过程中都产生重金属废水,这些废水严重影响着儿童和成人的身体健康乃至生命,如人体若摄取了过多的钼元素会导致痛风样综合症,关节痛及畸形,肾脏受损,并有生长发育迟缓,动脉硬化,结蒂组织变性等病症。当前,儿童铅中毒,重金属致胎儿畸形,砷中毒等事件也屡有发生,使重金属污染成为关系到人类健康和生命的重大环境问题。
    目前,重金属废水处理的方法大致可以分为三大类:(1)化学法;(2)物理处理法;(3)生物处理法

化学法主要包括化学沉淀法和电解法,主要适用于含较高浓度重金属离子废水的处理,化学法是目前国内外处理含重金属废水的主要方法。
               

2.1.1化学沉淀法

化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物,通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法。由于受沉淀剂和环境条件的影响,沉淀法往往出水浓度达不到要求,需作进一步处理,产生的沉淀物必须很好地处理与处置,否则会造成二次污染

2.1.2电解法

电解法是利用金属的电化学性质,金属离子在电解时能够从相对高浓度的溶液中分离出来,然后加以利用。电解法主要用于电镀废水的处理,这种方法的缺点是水中的重金属离子浓度不能降的很低。所以,电解法不适于处理较低浓度的含重金属离子的废水。

2.1.3螯合法

螯合法又称高分子离子捕集剂法,是指在废水处理过程中通过投加适量的重金属捕集剂,利用捕集剂与金属离子铅、镉结合时形成相应的螯合物的原理实现铅、镉的去除分离。该反应能在常温和较大pH范围(3?11)下发生,同时捕集剂不受共存重金属离子的影响。因此该方法去除率高,絮凝效果佳,污泥量少且整合物易脱水。

2.1.4纳米重金属水处理技术

纳米材料因其比表面积远超普通材料,故同一种物质将会显示出不同的物化特型,很多新型的纳米材料都不断地在水处理行业中实验、实践。被环保部、科技部、工信部、财政部四部委联合审批立项为"2011年国家重大科技成果转化项目"---纳米水处理工艺及系列产品,在江西铜业股份有限公司应用取得了历史性的突破,填补了国内空白。

国内通常采用的重金属废水处理方法,包括石灰中和法和硫化法等。这些传统的处理工艺,虽然可以将废水中的重金属去除掉,但是处理效果并不稳定,处理后回收的清水水质仍难以确保稳定达标排放,而且还会产生二次污染。纳米重金属水处理技术不仅能使处理后的出水水质优于国家规定的排放标准且稳定可靠,投资成本和运行成本较低,与水中重金属离子反应快,吸附、处理容量是普通材料的10倍到1000倍,而且使沉淀的污泥量较传统工艺降低50%以上,污泥中杂质也少,有利于后续处理和资源回收。有数据显示,同样是每日处理300立方米重金属污水量,传统工艺每天要产生25吨石灰渣污泥,而采用纳米技术后每月只产生25吨纳米金属泥。尤其值得关注的是,这种污泥中的重金属单位含量提高了30倍。若以铜冶炼厂的废水处理为例,其回收的纳米铜泥品位已达到20%,完全可以作为铜矿资源再生利用。

物理处理法主要包含溶剂萃取分离、离子交换法膜分离技术及吸附法。

2.2.1溶剂萃取分离

溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液液接触,可连续操作,分离效果较好。使用这种方法时,要选择有较高选择性的萃取剂,废水中重金属一般以阳离子或阴离子形式存在,例如在酸性条件下,与萃取剂发生络合反应,从水相被萃取到有机相,然后在碱性条件下被反萃取到水相,使溶剂再生以循环利用。这就要求在萃取操作时注意选择水相酸度。尽管萃取法有较大优越性,然而溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大,使这种方法存在一定局限性,应用受到很大的限制。

2.2.2离子交换法

离子交换法是重金属离子与离子交换剂进行交换,达到去除废水中重金属离子的方法。常用的离子交换剂阳离子交换树脂阴离子交换树脂螯合树脂等。几年来,国内外学者就离子交换剂的研制开发展开了大量的研究工作。随着离子交换剂的不断涌现,在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面,离子交换法越来越展现出其优势。离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法,处理容量大,出水水质好,可回收重金属资源,对环境无二次污染,但离子交换剂易氧化失效,再生频繁,操作费用高。

2.2.3膜分离技术

膜分离技术是利用一种特殊的半透膜,在外界压力的作用下,不改变溶液中化学形态的基础上,将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法,包括电渗析和隔膜电解。电渗析是在直流电场作用下,利用阴阳离子交换膜对溶液阴阳离子选择透过性使水溶液中重金属离子与水分离的一种物理化学过程。隔膜电解是以膜隔开电解装置的阳极阴极而进行电解的方法,实际上是把电渗析与电解组合起来的一种方法。上述方法在运行中都遇到了电极极化、结垢和腐蚀等问题。

2.2.4吸附法

吸附法是利用多孔性固态物质吸附去除水中重金属离子的一种有效方法。吸附法的关键技术是吸附剂的选择,传统吸附剂是活性炭。还有黏土类吸附剂粉、煤灰吸附剂、生物质基材料和 树脂基吸附材料。活性炭有很强吸附能力,去除率高,但活性炭再生效率低,处理水质很难达到回用要求,价格贵,应用受到限制。近年来,逐渐开发出有吸附能力的多种吸附材料。有相关研究表明,壳聚糖及其衍生物是重金属离子的良好吸附剂,壳聚糖树脂交联后,可重复使用10次,吸附容量没有明显降低。利用改性的海泡石治理重金属废水对Pb2+、Hg2+、Cd2+ 有很好的吸附能力,处理后废水中重金属含量显著低于污水综合排放标准。另有文献报道蒙脱石也是一种性能良好的粘土矿物吸附剂,铝锆柱撑蒙脱石在酸性条件下对Cr 6+的去除率达到99%,出水中Cr 6+含量低于国家排放标准,具有实际应用前景。

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