重金属废水处理技术研究现状简化 41页

重金属废水处理技术研究现状n目录一、概述1.基本概念2.重金属废水污染现状及研究意义二、处理基本方法1.物理法凹凸棒石吸附法棒石简介、技术原理、方法优缺点、今后研究方向n2、化学法（1）投放试剂法（2）电化学法●高压脉冲电凝技术●微电解法、微电解——生物法●EDI去离子技术3、生物法生物法的分类及应用包括植物修复法、生物絮凝法、生物吸附法、生物化学法n基本概念1、重金属2、重金属废水n重金属废水污染现状及研究意义1、重金属废水污染现状2、重金属废水技术的研究意义n图中为遭受重金属污染伤害的儿童n重金属废水处理技术传统处理方法可以概括为两类:(1)溶解性的重金属转变为不溶或难溶的金属化合物,从而将其从水中除去。(2)在不改变重金属化学形态情况下进行浓缩分离。n处理重金属废水的方法有物理法、化学法、生物法。一、物理法物理法包括膜分离、吸附、吹脱、蒸发浓缩等，其中吸附法被认为是去除痕量重金属有效的方法。吸附技术中吸附剂主要有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、天然高分子及离子交换树脂等。n活性炭离子交换树脂硅藻土n凹凸棒石吸附法凹凸棒石又称坡缕石,是一种2∶1型层链海泡石族的含水富镁、铝的硅酸盐粘土矿物,其晶体化学式:Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2,它比表面积大、吸附性能良好、来源广、成本低、储量丰富,其作为吸附剂去除废水中的重金属日益受到关注。n吸附机理:此方法为吸附原理中的物理吸附凹凸棒石对重金属离子的吸附机理一般有表面络合、金属离子与凹凸棒石八面体阳离子的置换、离子电性吸附、凹凸棒石诱导金属离子水解沉淀等。n优点:1)储量丰富,价格低廉;2)制备过程简单；3)性能稳定；4)吸附效率高。存在问题：国内应用凹凸棒石吸附处理重金属废水还处在研究阶段，在实际应用中的研究还比较少今后的研究重点应放在:1)深入研究吸附机理;2)将实验的成果应用到实际的环保治理中;3)研究经济实用的再生方法,提高重复使用率。凹凸棒石法的优缺点及今后的研究重点n二、化学法化学法可分为投放试剂法和电化学法（1）投放试剂法：如向废水中加入阴离子表面活性剂、磷灰石等混凝、中和、氧化还原方法n（2）电化学方法电化学方法是近年来新兴起的一种处理重金属废水的方法，它的优势也随着研究的深入而愈加彰显。它可以用极少量的药剂甚至不用药剂来处理重金属废水，基本上是一种对环境无污染的“绿色”水处理技术；它还可以与其他多种方法结合，吸收各种方法的优点，使废水处理方法得到优化；另外，电化学方法可以处理的重金属也比较广泛，没有很高的专性要求，则比较经济。下面我将为大家介绍三种今年最新的应用电化学处理重金属废水的方法，希望大家能够通过我的介绍对电化学处理法有初步的了解。n1、高压脉冲电凝技术在表面处理行业废水治理中的应用所谓表面处理行业，既是我们平时所熟悉的电镀、涂装等对物件进行表面处理的行业。这些表面处理不仅可以装饰和保护许多工业产品，而且某些特殊的功能性镀层能满足迅猛发展的电子、仪表、车辆、电器等工业和尖端技术的需要。但在其作业中产生的废水，不仅含有大量的CODcr、油、SS、磷酸盐等有机污染物,而且含有氰化物、酸、碱以及六价铬、铜、锌、镍、镉等重金属污染物，毒性很大，危害严重，因此，废水排放前必须治理达标。n（1）、工艺流程n（2）、技术优点工艺路线简短，采用以电化学为技术的主体设备处理混合废水，装置紧凑，占地小，反应迅速，可去除的污染物广泛。减少了传统化学法废水分流、分类处理再综合处理的工艺。工艺特点操作环节少，不用或仅用极少量药剂，与其它方法配合使用，则比较经济。本工艺是一种基本上对环境无污染的“绿色”水处理技术，在国外，电化学技术被称为“环境友好技术”。n2、微电解法处理重金属废水这种微电解法针对的也是电镀废水的处理，与上种方法不同的是，它采用工业铸铁屑为原料，利用微电池腐蚀原理所引起的电化学、化学反应和物理反应的综合作用，来去除水中的重金属。简单来说，可以归纳为：先用电解法将重金属还原，再用水电解产生的OH－与被还原后的重金属离子发生反应，产生沉淀，从而达到去除的目的。另外，还有与生物方法结合的部分，增加了处理效率。n（1）、基本原理当铸铁屑浸沫在电解质溶液(含Cr6+，Cu2+，Ni2+，Zn2+废水)中时，由于不同相之间存在电位差，因而在铸铁表面形成了无数以铁为阳极，碳化铁，硅和其他杂质为阴极的微小腐蚀电池，从而达到消耗污染物即去除的目的。在电解质即阴极去极化剂作用下(含Cr2O72-溶液)，反应会大大加快，又由于铸铁屑疏松多孔、表面积大能使反应迅速完成。在整个反应塔中介质分为三层：氧化－还原主反应层、絮凝层和过滤层。其中氧化–还原主反应层是微电解技术的核心。n氧化-还原反应层铸铁屑与废水中的重金属离子在溶液中形成腐蚀电池，使废水中的重金属离子得到还原，产生了Cr3+、Fe3+、Fe2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+，从而为下一步的沉淀打下基础。化学反应絮凝层随着反应不断地进行水中消耗了大量的H+，使OH－浓度增高，当达到一定浓度使离子浓度积大于金属氢氧化物的溶度积时，产生如下反应：n新生态的Fe(OH)2和Fe(OH)3具有较高表面能和较强的吸附能力，是良好的絮凝剂，能降低胶体的表面能，水中的Cr(OH)3、Zn(OH)2、Cu(OH)2、Ni(OH)2、Fe(OH)2和Fe(OH)3等被吸附、凝聚在一起。过滤层由于铁屑本身是过滤介质，被吸附、凝聚在一起的微絮体通过铁屑层的过滤而除去。n（2）、微电解——生物法目前研究最多的是微电解-生物法。该方法是利用废铁屑对电镀废水进行预处理，使大部分的Cr6+在较短时间内转化为Cr3+，同时使废水的pH上升2～3，然后将废水加入到生物反应器中通过生物作用将废水中剩余的重金属离子去除，达到净化电镀废水的目的。通过与生物法的结合，提高了此种技术对废水净化的效率。n（3）、存在的问题与前景展望首先该方法集氧化还原、絮凝、吸附作用于一身，具有作用机制多、协同性强、综合效果好、操作简便，投资少、运行费用低的特点。但是，由于内电解装置经一段时间的运行后，会大大降低了处理效果，必须开发新型的处理装置以弥补这一缺陷；另外在运行过程中表面沉积物易于使电极产生钝化，降低处理效果，因此，操作条件的优化和各种助剂、催化剂的研制、选用、配比很重要。针对目前微电解法存在的问题以及工程应用的要求，可以将微电解法和化学法、生物法以及其它方法结合起来，充分利用各种方法的优点，研究出新型的工艺，来解决实际应用过程中所存在的问题。n3、EDI技术处理重金属废水近年来，一种将传统的离子交换与电渗析结合的技术，电去离子(EDI,electrodeionization)技术，引起了人们的极大兴趣。所谓电去离子技术，是将离子交换树脂填充在电渗析器的淡水室中从而将离子交换与电渗析进行有机结合，在直流电场作用下同时实现离子的深度脱除与浓缩，以及树脂连续电再生的新型复合分离过程。它既保留了电渗析连续除盐和离子交换树脂深度除盐的优点，又克服了电渗析浓差极化所造成的不良影响，且避免了离子交换树脂酸碱再生所造成的环境污染。所以，无论从技术角度还是运行成本来看，EDI都比电渗析或离子交换更高效，对环境更友好。n基本原理EDI的基本原理主要包括离子交换、在直流电场作用下离子的选择性迁移及树脂的电再生这3个方面。水中的离子首先通过交换作用吸附于树脂颗粒上，然后在外直流电场作用下经由树脂颗粒构成的导电传递路径迁移到离子交换膜表面，并透过离子交换膜进入浓缩室。在树脂、交换膜与水相接触的界面扩散层中的极化使水解离为H+和OH-，这两种离子会及时地作用于树脂的再生，从而实现了连续的去离子过程。n前景展望EDI技术可以高效连续地去除并回收废水中的重金属离子污染物，以其先进性、实用性、环境友好性和良好的市场前景，日益引起国内外的广泛关注，并在众多实验室和工业领域得到了广泛地推广与应用。但同时处理过程中也不同程度存在膜堆适用性差，过程运行不够稳定，易形成金属氢氧化物沉淀等问题。在今后随着研究的不断深入，上述问题将逐步解决，EDI也将成为一种很有发展潜力的重金属废水处理技术。n三、生物法生物处理技术是利用微生物或植物体的生理特性来处理重金属废水，具有效率高、成本低、二次污染少、有利于生态环境的改善等优点。近年来已作为一门新兴技术在含重金属废水处理领域引起了人们普遍的关注，并对其进行了广泛的研究。n根据生物去除重金属离子的机理的不同可分为如下方法：植物修复法生物絮凝法生物吸附法生物化学法生物处理技术的分类n植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量,以达到治理污染、修复环境的目的。植物修复技术的优点：实施较简便、成本较低和对环境扰动少。植物修复技术的缺点：治理效率较低,不能治理重污染土壤。植物修复法n生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外,具有絮凝活性的代谢物。应用生物絮凝法处理废水的优点：安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好,且生长快、易于实现工业化,具有广阔的应用前景。生物絮凝法n生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子,再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。生物吸附法的特点：在低浓度下,重金属离子可以被选择性地去除;节能、处理效率高;操作的pH值和温度条件范围宽;易于分离回收重金属;吸附剂易再生回用;能利用从工业发酵工厂及废水处理厂中排放出大量的微生物菌体,用于重金属的吸附处理。生物吸附法n生物吸附法的应用藻类吸附重金属：由于细胞壁上的阴离子基团与溶液中的镍发生化学吸附使得镍吸附在藻类的表面，并达到平衡。细胞壁上的多糖和蛋白质是吸附重金属的主要物质。n生物化学法指通过微生物处理含重金属废水,将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。生物化学法n生物化学法的应用硫酸盐还原菌（SRB)处理重金属废水该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用,将硫酸盐还原成H2S,废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除,同时H2SO4的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高,因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小进而形成沉淀。n生物化学法的应用SRB处理重金属废水的特点：以废治废,处理费用低。处理废水和重金属种类较多n生物化学法的应用电-生物反应塔处理含多种重金属离子的废水生物膜法是将微生物细胞附着在固体载体上,而细胞与载体之间不产生任何化学反应。电-生物膜反应塔的优点：以连续进、出料方式代替固定量溶液在塔内循环流动。电-生物膜反应塔的缺点：随着初始浓度的增加,3种金属离子的去除率都呈现明显的下降趋势,去除的重金属离子总量比间歇处理大大增加,但达到稳定平衡时间较长,且处理效果较差。n与物理法、化学法处理重金属相比,生物化学法处理重金属污水成本低、效益高、容易管理、不给环境造成二次污染、有利于生态环境的改善。但生物化学法也有一定的局限性,无论是植物还是微生物,一般都具有选择性,只吸取或吸附一种或几种金属,有的在重金属浓度较高时会导致中毒,从而限制其应用。尽管如此生物化学法的研究和发展仍有广阔前景,许多学者通过基因工程、分子生物学等技术应用使生物具有更强的吸附、絮凝、整治修复能力。我们应该充分利用自然界中的微生物与植的协同净化作用,并辅之以物理或化学方法,寻找净化重金属的有效途径。小结n根据上面讲解，重金属废水处理分为物理法、化学法和生物法,每种处理方法都有各自的特点和适用条件,根据不同的原水水质和处理后的水质要求,可单独应用,亦可几种方法组合应用。实际所需处理的废水中含有的重金属并不是单一种类,往往多种重金属并存，因此更应该考虑综合治理。重金属废水的处理要讲求实效,可概括为两个方面：(1)控制污染源,尽量改革工艺,实现少排放;(2)以化学沉淀法为主,适当辅以其他处理方法。报告总结n1、处理成本低是重金属废水治理的主要发展方向利用廉价吸附剂处理重金属废水越来越受到重视。吸附法是一种常用来处理重金属废水的方法，一些天然物质或工农业废弃物具有吸附重金属的性能，其来源丰富，价格低廉，因而在使用后不必再生，可以直接处理掉，大大降低了重金属废水的处理费。展望n2、回收重金属,是重金属废水治理的主要研究方向重金属废水中含有较多有价值的重金属元素，如果将废水中的重金属回收，不但解决了重金属废水污染问题，而且还有一定的经济效益。采用络合—超滤—电解集成技术处理重金属废水，超滤的浓缩液可通过电解回收重金属，从而实现废水回用和重金属回收的双重目的，为重金属废水的根治找到了新的出路n治理重金属废水的污染还需要我们大家共同的努力！谢谢！