重金属污水治理技术(重金属怎么处理)
重金属是指密度大于4.5 g/cm3的金属,自然界大约有45种。在环境污染方面,重金属主要是指汞(水银)、铅、镉、铬、镍、铜等金属元素。砷因其显著的生物毒性通常也被归为重金属。重金属的污染来源主要是三个:工业污染、交通污染、生活垃圾污染。工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境。重金属超标的废水若不经处理流入自然界,很容易进入到动植物体内,造成生态系统不可逆的破坏,从而严重危害人类健康。
重金属污染
最常见的几种重金属污水为:
(1)电镀废水,从电镀生产工艺可将电镀废水分为后处理废水以及废镀液、废退镀液等四类。电镀废水的水质、水量与电镀生产的工艺条件、生产负荷、操作管理与用水方式等因素有关。电镀废水的水质复杂,成分不易控制,其中含有铬、镉、镍、铜、锌、金、银等重金属离子和氰化物等,有些属于致癌、致畸、致突变的剧毒物质。
(2)印刷线路板(PCB)废水,线路板的需求量非常旺盛,而PCB所产生的废水量也在逐年增加。PCB废液是一种含有大量氨盐和重金属的无机废水。它包括了清洗废水、油墨废水、络合废水、浓酸/碱废水。并且含有大量的铜、镍、COD、氨氮、氰等。
(3)有色金属冶炼废水,有色金属冶炼是有色金属行业中的高污染行业,表现为典型的重金属污水污染。其中各种酸性的冲洗液、冷凝液和吸收液不仅酸性高,而且含有重金属污染物。
目前常用的重金属处理技术虽然都可以用于去除重金属,但它们都有其固有的优点和局限性。
化学沉淀法
化学沉淀法因为其操作相对简单并且成本低廉,所以是目前应用最广泛的处理技术。在沉淀过程中,沉淀剂与重金属离子反应形成不溶性沉淀物。形成的不溶物可以通过沉淀或过滤与水分离。然后将处理过的水倒出并适当排放或重新使用。常规的化学沉淀方法包括氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。
化学沉淀法中,氢氧化物沉淀法相对简单、成本低且易于控制pH。通常情况下,金属氢氧化物的溶解度在8-10的pH范围内最小,然后通过絮凝和沉淀去除。因为石灰的低成本和易于处理的优点,所以它成为了工业中氢氧化物沉淀的首选碱,并且多种氢氧化物已用于废水中重金属的沉淀。在氢氧化物沉淀过程中,加入PAC、PFS和有机絮凝剂等可以增强对废水中重金属的去除。虽然氢氧沉淀法应用广泛,但也有一定的局限性。首先,氢氧化物沉淀法会产生大量低密度的污泥,这会造成后续压泥的过程中脱水难的问题。其次,一些金属氢氧化物是两性的,使用氢氧化物沉淀处理混合金属离子污水的时候,因为一种金属氢氧化物沉淀的最佳pH值可能会造成另一种金属的回溶。在很多行业里络合剂是常用的配料,例如电镀中加入络合剂可以扩宽电镀液的pH、温度和电流密度,使金属离子具有良好的分散性,有利于提高镀层表面的平滑和光亮度。但另一方面,废水中络合剂会稳定的与重金属离子形成稳定的络合物,显著抑制金属氢氧化物沉淀。使用过多的石灰不仅不能降低重金属的含量,反而会引起废水钙化,进而影响后期生化系统的正常运行。
硫化物沉淀法也是一种有效的处理有毒重金属的方法。其中一个最主要的优点是重金属硫化物的沉淀相对于氢氧化物的溶解度更小,并且不是两性化合物。因此,相较于氢氧化物沉淀法,硫化物沉淀法在很宽的pH范围内都能够取得很有效的重金属去除效果。硫化金属污泥也表现出比相应的氢氧化金属污泥更好的浓缩和脱水特性。然而,硫化物沉淀法的使用存在着潜在的危险。我们知道,重金属离子经常在酸性条件下存在,硫化物沉淀在酸性条件下会产生有毒的硫化氢气体,操作不当会引发生命危险。因此硫化物沉淀过程也必须在中性或碱性条件下进行。此外,金属硫化物沉淀倾向于形成胶体沉淀,在沉降或过滤过程中也会造成分离问题。废水中残余的可溶性硫化物还会影响后期COD的去除效果。
离子交换法
离子交换法由于具有许多优点,已被广泛应用于废水中重金属的去除。例如处理能力强,去除率高,吸附动力学速度快。离子交换树脂,无论是人工合成还是天然固体树脂,都具有与废水中金属阳离子交换的特殊能力。在离子交换过程中使用的材料中,合成树脂通常是首选的,因为它们可以高效地去除溶液中的重金属。但是离子交换树脂对重金属离子的吸附还受到某些变量的影响,如pH值、温度、初始金属浓度和接触时间。并且,当离子交换树脂饱和后,必须用化学试剂进行再生,再生会造成二次污染。而且成本昂贵,尤其是在处理含重金属量大的废水时,不能大规模使用。
膜分离技术
膜分离技术具有效率高、操作方便、节省空间等优点,在重金属去除方面具有广阔的前景。用于从废水中去除金属的膜工艺有超滤、反渗透、纳滤和电渗析。膜分离技术去除重金属离子虽然效率高,但其成本高、工艺复杂,以及膜污染、渗透通量低等问题限制了其在重金属去除中的应用。
电化学方法
电化学方法包括在阴极表面对金属离子进行电沉积,并进一步回收致密均匀的金属单质,是一种“清洁”技术。电化学废水处理技术投资较大,供电费用昂贵,尚未得到广泛应用。
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它的作用机理是通过多种螯合基团对重金属离子螯合,产生疏水性结构的不溶物,同时在高分子网状结构的作用下,通过絮集和网捕作用显著提高沉淀速率和去除率,从而摆脱线性螯合沉淀的缺点。
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