工业废水中重金属离子的常见处理方法钱勇

工业废水中重金属离子的常见处理方法钱勇(大庆油田化工有限公司醋酸分公司，黑龙江大庆163411)摘要:根据工业废水中重金属的性质，采取科学合理的方法分离重金属，提升工业废水处理水平，是水环境污染防治领域的主要课题。本文以工业废水中重金属离子种类不同、在溶液中存在形态各异为基础，重点介绍了如何利用化学法、物理化学法和生物化学法等常见方法来分离重金属，有效处理工业废水。关键词:废水;重金属;离子TheCommonProcessingMethodofHeavyMetalIoninIndustrialWastewaterQIANYong(TheAceticAcidBranchCompany，DaqingOilfieldChemicalCo．，Ltd．，HelongjiangDaqing163411，China)Abstract:Accordingtothepropertyofheavymetalsinindustrialwastewater，adoptthescientificandreasonablemethodofseparatingheavymetals，industrialwastewaterprocessinglevelwasimproved，whichwasthemaintopicofwa-terpollutionoftheenvironmentpreventionandcurerealm．Withtheheavymetalsionintheindustrialwastewaterthecat-egorywasdifferentandexisteachdifferenceofappearanceintheaquaforfoundation，wereparticularlyintroducedhowtomakeuseofchemistrymethod，physicalchemistrymethodandbiochemistrymethodetc．familiarmethodtoseparateheavymetals，andeffectivelyhandleindustrialwastewater．Keywords:wastewater;heavymetals;ion作者简介:钱勇(1981－)，男，助理工程师，主要从事生产管理。E－mail:[e-mail]工业废水中通常含有大量的重金属离子，但废水中的重金属离子种类不同，在溶液中存在的形态各异，因而处理方法也不一样［1］。1化学法1．1化学沉淀法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的方法，包括中和沉淀法，硫化物沉淀法，铁氧体共沉淀法等。1．1．1中和沉淀法在含重金属的废水中加入碱进行中和反应，使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离。中和沉淀法操作简单，是常用的处理废水方法。实践证明在操作时需要注意以下几点［2］:(1)中和沉淀后废水中若pH值高，需要中和处理后才可排放;(2)废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有Zn、Sn、Al等两性金属时，pH值偏高，可能有再溶解倾向，因此要严格控制pH值，实行分段沉淀;(3)废水中有些阴离子，如卤素、氰根、腐植质等有可能与重金属形成络合物，因此要在中和之前需经过预处理;(4)有些颗粒细小，不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成。1．1．2硫化物沉淀法加入硫化物沉淀剂使废水中重金属离子生成硫化物沉淀而去除的方法。与中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的优点是:重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，而且反应的pH值在7～9之间，处理后的废水一般不用中和。硫化物沉淀法的缺点是:硫化物沉淀颗粒小，易形成胶体;硫化物沉淀剂本身在水中残留，遇酸生成硫化氢气体，产生二次污染［3］。1．1．3铁氧体共沉淀法向所需要处理的含重金属离子的废水中投加铁盐。通过工艺控制，达到有利于形成铁氧体的条件，使污水的多种重金属离子与铁氧体共沉淀。再通过适当的固液分离手段，达到去除重金属离子的目的［4］。铁氧体是一种复合金属氧化物，化学组成为M2FeO4或MOFe2O3，呈尖晶石状立方结晶构造。形成理想铁氧体的条件是废水中Fe3+∶Fe2+=2∶1，当溶液有其他重金属离子时，它们就取代晶格里的Fe2+位置，形成多种多样的铁氧体，再分离铁氧体而除去重金属离子。铁氧体共沉淀可一次去除废水中多种重金属离子，形成的沉淀颗粒大，容易分离，颗粒不返溶，不会产生二次污染，而且形成的是一种优良的半导体材料。但是这种方法在操作中需要加热到70℃左右或更高，并且在空气中慢慢氧化，操作时间长，消耗能量多。1．2氧化还原法利用废水中的重金属离子在氧化还原反应中被氧化或被还原的性质，把它们转化为容易处理的物质，从而达到处理的目的。1．2．1化学还原法利用重金属的多种价态，在废水中加入一定的氧化剂或还原剂，使重金属获得我们所需价态的方法。目前化学氧化还原法一般用作废水处理的预处理方法。·031·广州化工2011年39卷第5期1．2．2电化学还原法在电解过程中，溶液与电源的正负极接触并发生氧化还原反应。当对重金属废水进行电解时，废水中的重金属离子在阴极得到电子而被还原。这些重金属或沉淀在电极表面或沉淀到反应槽底部，从而降低废水中重金属含量。这种方法消耗能量大，适合于处理重金属浓度较高的废水。2物理化学法2．1溶剂萃取法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。在酸性条件下，与萃取剂发生络合反应，从水相(W)被萃取到有机相(O)，然后在碱性条件下被反萃到水相，使溶剂再生得到循环使用。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，使这种方法有一定的局限性。2．2吸附法吸附法是应用多孔吸附材料吸附处理废水中重金属的一种方法［5］。传统吸附剂是活性碳和磺化煤等。近年来人们逐渐开发出具吸附能力的材料。包括凹凸棒石、硅藻土、浮石、麦饭石、泥煤、蛇纹石、黄原酸酯、硫基纤维、矿渣和树脂及各种改性材料。活性碳是目前废水处理中普遍采用的吸附剂。通常活性碳比表面积高达500～1700m2·g－1，这是活性碳吸附能力强，吸附容量大的主要原因。利用活性碳的吸附和还原，可以处理矿山冶炼和电镀行业产生的含金属离子废水。活性碳的预处理，再生恢复吸附性能的工艺比较简单，容易实现，装备制造比较便宜，操作方便，因而被广泛应用。2．3离子交换法离子交换法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法。应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石等。离子交换树脂有凝胶型和大孔型，前者有选择性，后者制造复杂、成本高、再生剂耗量大，因而在应用上受到很大限制。离子交换是靠交换剂本身自由移动的离子与被处理溶液中的离子通过离子交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力。多数情况下离子先被吸附，再被交换。离子交换剂具有吸附、交换双重作用。这种材料的应用越来越多，如膨润土，它是以蒙脱石为主要成分的粘土，具有吸水膨胀性好、比表面积大、较强的吸附能力和离子交换能力。天然沸石是含网架结构的铝硅酸盐矿物，其内部多孔，比表面积大，具有独特的吸附和离子交换能力。研究表明，沸石从废水中去除重金属离子的机理，多数情况下是吸附和离子交换双重作用。随流速增加，离子交换将取代吸附作用占主要地位。通过吸附和离子交换再生过程，废水中重金属离子浓度可提高30倍。用沸石去除铜，在NaCl再生过程中，去除率达97%以上，可多次吸附交换，再生循环，而且去除率并不降低。2．4反渗透法反渗透法处理矿山废水很有前途，通过半透膜可以回收有用物质，水重复利用。它是一种膜分离技术，该方法是依靠一种半透膜起作用。理想的半透膜能使溶剂通过，而溶质不能通过。如果在一张半透膜的两边，分别放上清水和废水，清水就会通过膜而使废水得到稀释，这就是渗透作用。当废水一边施加压力超过废水渗透压时，废水中的水分子就被压过膜面流到清水一边，这就是反渗透。矿山废水呈酸性，含多种金属离子和悬浮物，经过滤后，抽入反渗透器，处理水加碱调整pH值后即可作为工业用水，浓缩部分循环，部分石灰中和沉淀，沉淀池上清液再回流入处理系统，沉淀污泥在4．2～5．6MPa压力下，溶质去除率为97%以上，水回收率为75%～92%。2．5电渗析法利用只能选择性地通过阳离子或阴离子的阳离子交换膜和阴离子交换膜，使之互相交替排列，构成多电室电渗析槽。膜堆两端分别设置有阴、阳电极，进入电渗析器的溶液在外加直流电场作用下，阴、阳离子各向相反方向电极方向移动，因而形成浓室和淡室相间的格局。将浓缩液和淡化液分别从浓室和淡室引出，便可达到重金属浓缩分离和淡化的目的。3生物化学法3．1生物絮凝法生物絮凝法是利用微生物或微生物的代谢物，进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是由微生物自身构成的，具有絮凝作用的天然高分子物，它的主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。一般来讲，线性结构的大分子絮凝效果较好，而支链或交链结构的大分子效果较差。由于多种微生物具有一定线性结构，有的表面具较高的电荷和较强亲水性，能与颗粒通过各种作用(如离子键、吸附等)相结合，象高分子聚合物一样起絮凝剂作用。已发现17种微生物有较好絮凝功能，如霉菌、细菌、放线菌和酵母等。有多种微生物可用于重金属的处理。该方法安全无毒，不产生二次污染，絮凝效率高，且生长快，易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程，驯化或构造有特殊功能菌种，发展前景广阔。3．2生物吸附法生物体借助化学作用吸附金属离子称为生物吸附。凡具有从溶液中分离金属能力的生物体或生物体制备的衍生物称为生物吸附剂。生物吸附剂主要是菌体、藻类、淀粉、纤维等。藻类对重金属有很强的吸附作用，并且可在较短时间内达到吸附平衡。有资料表明，将含曲霉、毛霉、青霉以及根霉的丝状真菌丝培育物干燥、磨碎并筛分，使其成为贮存的生物体，用于处理含Cd、Pb、Ni、Zn的工业废水。在pH=7时，可除去98%的Zn，92%的Cd以及74%的Ni。1kg毛霉和根霉粉末可净化(pH=7)含10mg·L－1锌的废水5000L。毛霉素目霉菌对金属吸附能力的范围较广，有望成为优良的吸附剂。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附力强、易于回收重金属等特点，已经被广泛应用。3．3植物整治法利用植物处理重金属，主要由三部分组成:一是利用金属积累植物或超积累植物从废水中吸取沉淀或富集有毒金属，二是利用金属积累植物或超积累植物将土壤中或水中的重金属萃取出来，富集并搬运到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分。通过收获或移去已积累和富集了重金属的植物的枝条，降低土壤或者水体中的重金属浓度，达到治理污染，修复环境的目的。在植物整治技术中能利用的植物有草本植物、木本植物。草本植物净化重金属废水的应用很多。凤眼莲(Eichho－miaCras-sipesSomis)是一种常见水生漂浮植物。它生长快、耐低温又耐高温，能迅速大量富集废水中Cd2+、Pb2+、Hg2+、Ni2+、Ag+、Cu2+、Sr2+等多种金属离子。木本植物由于处理量大，净化效果(下转第138页)·131·2011年39卷第5期广州化工图3多介质过滤器离线清洗控制流程图过滤器进出口压力差达到设定值触发离线清洗操作后，控制系统首先判断当前的清洗模式是自动或是手动。手动模式下各个阀门和水泵等都可以完全的人工控制，以方便调试或处理异常情况。当确定处理自动清洗状态时，首先进入松层阶段，采用计时器来计算操作的时间。未达到时间时保持阀门等的状态，达到设定值后，关闭相关阀门切断用于清洗的流体，随即转入下一步骤。同样，气反洗、水反洗、正洗都经历类似的过程，全部完成后，控制系统收到一个信号，表示清洗过程结束，待机的过滤器可以随时投入再次使用。2．4其他控制需求及其实现方案概况2．4．1加药量控制加药量的控制通过设在各母管上在线流量计及pH控制仪输出的信号对各计量泵实现单回路自