重金屬廢水處理技術探討 

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重金屬廢水處理技術探討

發佈日期:2019-11-21  |  資料來源: 臺灣中華化學


隨著經濟的快速發展,廢水的大量排放,土壤和水源中重金屬積累的加劇,重金屬的污染也日益嚴重。

由於重金屬易通過食物鏈而生物富集,構成對生物和人體健康的嚴重威脅。如何有效地治理重金屬污染已成為人類共同關注的問題。

而重金屬的污染情況在開發區的污水中也較為嚴重,根據長沙市環境監測站的檢測情況,我們發現開發區廢水中的鎳(Ni)存在間歇超標的現象,在對污泥進行監測的時候也發現了污泥中總鎘、總鎳、總銅超過了污泥農用時污染控制標準限值因此在這裡對重金屬的處理方法進行了以及發展前景進行了探討。


國內外學者對重金屬污染的治理問題做了大量的研究。目前已開發應用的廢水處理方法主要有化學法、物理化學法和生物法,包括化學沉澱、電解、離子交換、膜分離、活性碳和硅膠吸附、生物絮凝、生物吸附、植物整治等方法。

中華化學憑藉多年來布局廢水市場領域,培育出專業研發團隊,針對含重金屬廢水議題自行開發重金屬捕集劑,透過加藥方式,無需多餘場地、工程等花費即可達到降低重金屬含量並符合排放標準。下面就這幾種方法進行探討:


1.化學法:化學法主要包括化學沉澱法電解法,主要適用於含較高濃度金屬離子廢水的處理。

化學沉澱法的原理是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶於水的重金屬化合物,通過過濾和分離使沉澱物從水溶液中去除,包括中和沉澱法、硫化物沉澱法、鐵氧體共沉澱法。由於受沉澱劑和環境條件的影響,沉澱法往往出水濃度達不到要求,需作進一步處理,產生的沉澱物必須很好地處理與處置,否則會造成二次污染。

電解法是利用金屬的電化學性質,金屬離子在電解時能夠從相對高濃度的溶液中分離出來,然後加以利用。電解法主要用於電鍍廢水的處理,這種方法的缺點是水中的重金屬離子濃度不能降的很低。

所以,電解法不適於處理較低濃度的含重金屬離子的廢水。



2 物理化學法

離子交換法和膜分離技術適用於含較低濃度重金屬離子廢水的處理。

離子交換法是在離子交換器中進行,此方法藉助離子交換劑來完成。在交換器中按要求裝有不同類型的交換劑,含重金屬的液體通過交換劑時,交換劑上的離子同水中的重金屬離子進行交換,達到去除水中重金屬離子的目的。

這種方法受交換劑品種、產量和成本的影響。幾年來,國內外學者就離子交換劑的研製開發展開了大量的研究工作。隨著離子交換劑的不斷湧現,在電鍍廢水深度處理、高價金屬鹽類的回收等方面,離子交換法越來越展現出其優勢。

膜分離技術是利用一種特殊的半透膜,在外界壓力的作用下,不改變溶液中化學形態的基礎上,將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法,包括電滲析和隔膜電解。電滲析是在直流電場作用下,利用陰陽離子交換膜對溶液陰陽離子選擇透過性使水溶液中重金屬離子與水分離的一種物理化學過程。

隔膜電解是以膜隔開電解裝置的陽極和陰極而進行電解的方法,實際上是把電滲析與電解組合起來的一種方法。上述方法在運行中都遇到了電極極化、結垢和腐蝕等問題。

3.生物法:

3.1 生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物,進行絮凝沉澱的一種除污方法。微生物絮凝劑是由微生物自身構成的,具有高效絮凝作用的天然高分子物,它的主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。由於多數微生物具有一定線性結構,有的表面具有較高電荷或較強的親水性,能與顆粒通過各種作用相結合,起到很好的絮凝效果。

目前開發出具有絮凝作用的微生物有細菌、黴菌、放線菌、酵母菌和藻類等共17種。其中對重金屬有絮凝作用的有12種。陳天等利用從多種微生物中提取的殼聚糖為絮凝劑回收模擬工業廢水中Pb2+、Cr3+、Cu2+,在離子濃度是100mg/L的200mL廢水中加入10mg殼聚糖,處理后溶液中Cr3+、Cu2+濃度都小於0.1mg/L,Pb2+濃度小於1mg/L,得到了令人滿意的結果。

用微生物絮凝法處理廢水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好,且微生物生長快、易於實現工業化等特點。此外,微生物可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株。因此微生物絮凝法具有廣闊的發展前景。

3.2 生物吸附法

生物吸附是對於經過一系列生物化學作用使重金屬離子被微生物細胞吸附的概括理解,這些作用包括絡合、鰲合、離子交換、吸附等。

這些微生物從溶液中分離金屬離子的機理有胞外富集、沉澱;細胞表面吸附或絡合;胞內富集。

其中細胞表面吸附或絡合對死活微生物都存在,而胞內和胞外的大量富集則往往要求微生物具有活性。許多研究表明活的微生物和死的微生物對重金屬離子都有較大的吸附能力,作為生物吸附劑的生物源能夠從低濃度的含重金屬離子的水溶液中吸附重金屬,且有實用價值的微生物容易獲得。

例如:發酵過程中的酵母菌是生物吸附劑很好的生物源,大量來自海洋中的藻類也是便宜的生物源。趙玲等用海洋赤潮生物原甲藻(Prorocentrummicans)的活體和甲醛殺死的藻體對Cu2+、Pb2+、Ni2+、Zn2+、Ag1+、Cd2+的吸附能力進行研究,實驗證明,金屬離子混合液經原甲藻吸附30min后,各離子的濃度顯著下降且達到平衡,原甲藻的活體和死體對這六種金屬離子具有相似的吸附能力。利用載體通過物理或化學方法將微生物吸附劑經預處理固定后,吸附劑吸附機械強度和化學穩定性增強、使用周期延長、可以提高廢水處理的深度和效率、減少吸附—解吸循環中的損耗。近年來,國內外很多學者開展了固定化細胞處理含重金屬有毒廢水的研究工作。

生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易於分離回收重金屬等特點,而且使用死的微生物作為生物源具有容易固定化,並可根據需要製成特殊的生物吸附劑並反覆使用。

因此,生物吸附法有很好的工業應用前景。現階段我國的污水處理廠大多數採用活性污泥處理法,因此可以考慮在需進行重金屬去除的地域,通過對活性污泥的馴化(在此過程中應注意避免過量重金屬使活性污泥中毒),以及生物接種法接種相應的菌種,達到對低濃度含重金屬污水的處理。

3.3 植物整治技術

植物對重金屬的吸收富集機理,主要為兩個方面:一是利用植物發達的根系對重金屬廢水的吸收過濾作用,達到對重金屬的富集和積累。二是利用微生物的活性原則和重金屬與微生物的親和作用,把重金屬轉化為較低毒性的產物。通過收穫或移去已積累和富集了重金屬的植物的枝條,降低土壤或水體中的重金屬濃度,達到治理污染、修復環境的目的。

在植物整治技術中能利用的植物很多,有藻類植物、草本植物、木本植物等等。其主要特點是對重金屬具有很強的耐毒性和積累能力,不同種類植物對不同重金屬具有不同的吸收富集能力,而且其耐毒性也各不相同。


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