重金屬廢水 >
重金屬對微生物的毒性己經(jīng)被廣泛的研究。微量濃度的重金屬即可使天然水體產(chǎn)生毒性效應(yīng),某些重金屬在微生物作用下轉(zhuǎn)化為金屬有機(jī)化合物,從而產(chǎn)生更大的毒性。一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在1.0~10mg/L之間,毒性較強(qiáng)的重金屬如鎘、汞等,毒性濃度范圍在0.001~0.1mg/L。水中的重金屬可以通過食物鏈富集,并通過多種途徑(食物、飲水、呼吸)進(jìn)入人體,與體內(nèi)有機(jī)成分結(jié)合成金屬絡(luò)合物或金屬螯合物,從而對人體產(chǎn)生危害。
隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展,重金屬廢水大量排放,重金屬污染日益嚴(yán)重。水中的重金屬通過各種方式造成土壤、水生生物等的污染,重金屬在食物和生物鏈中不同程度的累積,對人類的生存和健康造成了嚴(yán)重的危害。
目前,世界上重金屬廢水處理方法主要有三類:第一類是化學(xué)法,主要是指水中重金屬離子通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去的方法,包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、鋇鹽沉淀法、氧化還原法、鐵粉法、電解法等,第二類是物理化學(xué)法,指使廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下采用氣浮法、離子交換法、吸附法、溶劑萃取法、液膜法、反滲透法和電滲析法等除去的方法,第三類是生物法,指借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法,其中包括生物絮凝法、生物化學(xué)法、生物吸附法、生物沉淀法等。
1、電化學(xué)技術(shù)及納米晶磁技術(shù)介紹
1.1 電化學(xué)技術(shù)介紹
電化學(xué)技術(shù)屬于化學(xué)法,通過給多塊鋼板加直流電,在鋼板之間產(chǎn)生電場,待處理的水流入鋼板的空隙。在該電場中,通電的鋼板會有一部分被消耗,變成鐵離子進(jìn)入水中。電場中的離子與非離子污染物被通電,并與電場中電離的產(chǎn)物以及鐵離子發(fā)生反應(yīng)。在此過程中,各種離子相互作用,以其最穩(wěn)定的形式結(jié)合成固體顆粒,從水中沉淀出來。
由于電化學(xué)過程中電解反應(yīng)的產(chǎn)物只是離子,不需要投加任何氧化劑或還原劑,對環(huán)境不產(chǎn)生或很少產(chǎn)生污染,且該技術(shù)可以處理同時含有鎘、砷、銻、銅、鋅、汞、銀、鎳、鉈等多種重金屬離子的廢水,因此電化學(xué)技術(shù)可以被稱為是一種環(huán)境友好、高效的水處理技術(shù)。
1.2 納米晶磁技術(shù)介紹
沉淀技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的水處理技術(shù),適用于各種場合的固液分離處理。從20世紀(jì)初到現(xiàn)在,沉淀技術(shù)的發(fā)展依次經(jīng)歷了靜態(tài)沉淀、污泥接觸型沉淀、污泥循環(huán)型沉淀和加載沉淀。
納米晶磁技術(shù)屬于加載沉淀,是在常規(guī)混凝沉淀工藝中投加了納米晶磁磁種,作為沉淀物結(jié)晶晶核。納米晶磁磁種的投加有利于混凝絮體生成與長大,同時納米晶磁磁種可與混凝絮體有效地結(jié)合,使混凝絮體密度遠(yuǎn)超過常規(guī)混凝工藝形成的絮體,可大幅提高絮體的沉降速度,從而減少沉降時間和水處理設(shè)備的占地面積。
納米晶磁技術(shù)同步設(shè)置了納米晶磁磁種回收系統(tǒng),將絮體污泥中的納米晶磁磁種和化學(xué)沉淀物進(jìn)行分離,納米晶磁磁種可以循環(huán)使用,降低運行費用。納米晶磁技術(shù)主要包括磁絮凝反應(yīng)過程、高速沉降固液分離過程和納米晶磁磁種回收過程。
2、電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理重金屬廢水的研究
2.1 實驗?zāi)康?/p>
采用中試實驗研究電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)在重金屬廢水處理上的應(yīng)用效果,并研究不同分子量絮凝劑(PAM)、不同表面水力負(fù)荷對納米晶磁技術(shù)處理效果的影響,確定電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理的最佳設(shè)計參數(shù)。
2.2 實驗材料及裝置
2.2.1 實驗材料
河南某鉛鋅冶煉企業(yè)產(chǎn)生的含砷、鉈重金屬廢水采用“硫化反應(yīng)、沉淀+石灰中和反應(yīng)、沉淀+電化學(xué)+曝氣+斜板沉淀冶的處理工藝,本中試用水為石灰中和反應(yīng)、沉淀工段產(chǎn)水,水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。
2.2.2 納米晶磁中試設(shè)備
納米晶磁中試設(shè)備包括加藥系統(tǒng)、磁絮凝反應(yīng)區(qū)、高速沉降固液分離區(qū)和納米晶磁磁種回收系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)及尺寸如圖1、圖2所示。
2.3 實驗工藝流程
納米晶磁中試設(shè)備設(shè)于河南某鉛鋅冶煉企業(yè)含砷、鉈重金屬廢水處理曝氣池附近。電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理重金屬廢水中試工藝流程如圖3所示。
石灰中和反應(yīng)、沉淀工段產(chǎn)水送至原有處理系統(tǒng)的電化學(xué)設(shè)備中處理,廢水中的As3+和Tl+在電化學(xué)設(shè)備的陽極分別被氧化成容易形成化學(xué)沉淀的As5+和Tl3+,As5+和Tl3+與電化學(xué)設(shè)備中產(chǎn)生的Fe3+和OH-反應(yīng),生成FeAsO4和Tl(OH)3,并與Fe(OH)3膠體形成共沉物,隨后采用潛污泵將電化學(xué)曝氣池的出水泵送至納米晶磁中試設(shè)備,在納米晶磁中試設(shè)備的磁絮凝反應(yīng)區(qū)中加入定量的磁粉(本中試實驗首次磁粉加入量約為50kg,后續(xù)根據(jù)出水效果調(diào)整),然后通過加藥系統(tǒng)加入絮凝劑(PAM),經(jīng)磁絮凝反應(yīng)的出水重力流入高速沉降固液分離區(qū)進(jìn)行泥水分離,上清液溢流排放,污泥經(jīng)納米晶磁磁種回收系統(tǒng)回收磁種后外排,磁種則進(jìn)入磁絮凝反應(yīng)區(qū)循環(huán)利用。
2.4 實驗方法
(1)不同分子量絮凝劑(PAM)對處理效果的影響研究采用燒杯實驗,定性比對在不投加混凝劑的情況下,不同分子量絮凝劑(PAM)對電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理的處理效果的影響。實驗步驟:將分子量800萬和1600萬的絮凝劑(PAM)配制成1‰濃度待用,取實驗樣品500mL原水于燒杯中,向燒杯中投加0.5g磁粉,攪拌0.5~1min,向燒杯中滴加絮凝劑(PAM),投加量3ppm,攪拌0.5min后,逐漸降低攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速、靜置,觀察實驗效果。
(2)不同表面水力負(fù)荷對處理效果的影響研究
選取三種不同的固液分離區(qū)表面水力負(fù)荷參數(shù)進(jìn)行中試實驗,確定電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)中的最佳固液分離區(qū)(沉淀區(qū))表面水力負(fù)荷參數(shù)。穩(wěn)定電化學(xué)設(shè)備的產(chǎn)水量為1000m3/d,開啟潛污泵從曝氣池取水,通過調(diào)節(jié)回流閥控制納米晶磁中試設(shè)備的進(jìn)水量和表面水力負(fù)荷,開啟加藥系統(tǒng)中的絮凝劑加藥計量泵向磁絮凝反應(yīng)區(qū)投加絮凝劑(PAM,分子量1600萬),投加量3ppm,穩(wěn)定0.5h后取出水樣進(jìn)行檢測。同時檢測河南某鉛鋅冶煉企業(yè)產(chǎn)生的含砷、鉈重金屬廢水處理系統(tǒng)出水作對比。
2.5 分析方法
實驗分析項目為固體懸浮物(SS)、As和Tl,檢測方法見表3。
3、結(jié)果與討論
3.1 不同分子量絮凝劑(PAM)對處理效果的影響
研究絮凝劑分子量是影響電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理重金屬廢水的處理效果的重要因素之一,且在工程應(yīng)用中較易實現(xiàn)通過更換不能分子量的絮凝劑來優(yōu)化處理效果。
實驗中采用兩種不同分子量絮凝劑(PAM),分子量分別為800萬和1600萬,燒杯實驗反應(yīng)靜置后效果如圖4所示。
由圖4可知,分子量為1600萬的絮凝劑(PAM)在納米晶磁技術(shù)燒杯實驗中產(chǎn)生的絮凝更密實,沉淀后上清液更清澈。
納米晶磁磁種本身具有巨大的比表面積,對水中懸浮顆粒及膠體物質(zhì)同時具有電性中和、磁性吸附和聚集作用[7]。而絮凝劑(PAM)的分子量越大,其聚合物鏈長越長,對微粒的范德華力增大,所帶極性基團(tuán)的數(shù)目也增多,對水中懸浮顆粒及膠體物質(zhì)的吸附速度加快,降低微粒表面電位的能力也提高。因此分子量為1600萬的絮凝劑(PAM)與納米晶磁磁種具有更好的磁混凝協(xié)同效果。
3.2 不同表面水力負(fù)荷對處理效果的影響研究
固液分離區(qū)(沉淀區(qū))表面水力負(fù)荷是影響電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理效果的重要因素,直接決定該組合技術(shù)的處理能力。
實驗中采用三種不同的固液分離區(qū)(沉淀區(qū))表面水力負(fù)荷參數(shù),分別為10m3/m2·h、15m3/m2·h和20m3/m2·h,同時與原工藝出水?dāng)?shù)據(jù)對比,出水檢測結(jié)果如表4所示。
由表4可以看出,采用電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理含砷、鉈重金屬廢水時,在絮凝劑(PAM,分子量1600萬)投加量為3ppm,固液分離區(qū)(沉淀區(qū))表面水力負(fù)荷為10m3/m2·h、15m3/m2·h和20m3/m2·h的情況下,出水中:SS均小于10mg/L,去除率高于98.4%,As均低于0.3mg/L,去除率高于99.3%,Tl未檢出,去除率接近100%。出水水質(zhì)滿足《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25466—2010)的要求。
由表4可以看出,采用電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理含砷、鉈重金屬廢水時,固液分離區(qū)(沉淀區(qū))表面水力負(fù)荷低于15m3/m2·h的情況下,出水水質(zhì)優(yōu)于“電化學(xué)+斜板沉淀池冶出水。納米晶磁中試設(shè)備固液分離區(qū)占地面積1.38m2(長1.20m、寬1.15m),而類似項目中采用普通斜板沉淀池表面水力負(fù)荷一般為2.0~2.5m3/m2·h,占地面積為8.28~10.35m2,節(jié)約占地面積約85%。
采用電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)處理含砷、鉈重金屬廢水時,不用投加混凝劑(PAC)。因為在電化學(xué)設(shè)備的運行過程中,可溶性陽極鐵極板電解產(chǎn)生陽離子—Fe2+,進(jìn)一步曝氣氧化成Fe3+,經(jīng)水解、聚合,產(chǎn)生多核羥基絡(luò)合物及氫氧化物,這些物質(zhì)作為混凝劑,在納米晶磁磁種的協(xié)同作用下,對水中污染懸浮物及膠體進(jìn)行混凝、絮凝。
4、結(jié)論
(1)電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理,絮凝劑(PAM)的分子量影響絮凝效果,1600萬分子量的絮凝劑(PAM)相比于800萬分子量的絮凝劑(PAM),與納米晶磁磁種具有更好的磁混凝協(xié)同效果,更有利于污染物的去除。
(2)電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理,固液分離區(qū)(沉淀區(qū))較優(yōu)表面水力負(fù)荷為15m3/m2·h,相比普通斜板沉淀池,節(jié)約占地面積約85%。
(3)電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理,不用投加混凝劑(PAC),混凝劑消耗減少100%。
(4)電化學(xué)與納米晶磁組合技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水處理在減少藥耗、縮短沉降時間、減少占地面積、降低工程投資和運行成本上有很大優(yōu)勢,具有非常好的應(yīng)用前景。( >
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