重金屬污水處理納米重金屬水處理技術(shù)

納米材料因其比表面積遠(yuǎn)超普通材料，故同一種物質(zhì)將會顯示出不同的物化特型，很多新型的納米材料都不斷地在水處理行業(yè)中實驗、實踐。被環(huán)保部、科技部、工信部、財政部四部委聯(lián)合審批立項為“2011年國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項目”———納米水處理工藝及系列產(chǎn)品，在江西銅業(yè)股份有限公司應(yīng)用取得了歷史性的突破，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

國內(nèi)通常采用的重金屬廢水處理方法，包括石灰中和法和硫化法等。這些傳統(tǒng)的處理工藝，雖然可以將廢水中的重金屬去除掉，但是處理效果并不穩(wěn)定，處理后回收的清水水質(zhì)仍難以確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，而且還會產(chǎn)生二次污染。

納米重金屬水處理技術(shù)不僅能使處理后的出水水質(zhì)優(yōu)于國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)定可靠，投資成本和運行成本較低，與水中重金屬離子反應(yīng)快，吸附、處理容量是普通材料的10倍到1000倍，而且使沉淀的污泥量較傳統(tǒng)工藝降低50%以上，污泥中雜質(zhì)也少，有利于后續(xù)處理和資源回收。

有數(shù)據(jù)顯示，同樣是每日處理300立方米重金屬污水量，傳統(tǒng)工藝每天要產(chǎn)生25噸石灰渣污泥，而采用納米技術(shù)后每月只產(chǎn)生25噸納米金屬泥。尤其值得關(guān)注的是，這種污泥中的重金屬單位含量提高了30倍。若以銅冶煉廠的廢水處理為例，其回收的納米銅泥品位已達(dá)到20%，完全可以作為銅礦資源再生利用。

由于重金屬廢水中的重金屬大多以離子狀態(tài)存在，所以用離子交換法處理能有效地除去和回收廢水中的重金屬。

采用微波輻射促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，引用氧化還原引發(fā)體系，可在纖維素上接枝丙烯酸/丙烯酰胺來合成具有特定功能的吸附樹脂。研究表明：在最佳的合成工藝條件下，樹脂對Cu2 的吸附率為99.2%，吸附容量為49.6 mg/g,用8%NH3H2O作為淋洗液對樹脂洗脫再生，洗脫率在85%以上。

大昂吸附樹脂重復(fù)使用7次時，對重金屬離子的吸附率仍可保持在90%以上,具有良好的再生使用壽命。超級吸水樹脂 SAPC 也可以脫除廢水中的重金屬離子，SAPC對Cr3 ，Co2 離子的富集能力強(qiáng)，對Hg2 ，Pb2 ，Ni2 富集能力次之。

吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附水中污染物的一種方法。海泡石是一種天然纖維狀含鎂水合硅酸鹽粘土，對廢水中重金屬的吸附有很好的效果，理想分子式為[Si12Mg8(OH)4] (H2O)48H2O。海泡石對水中的 Ni2 ,Co2 ,Pb2 ,Cu2 和 Cd2 有較好的吸附效果，尤其對高濃度重金屬有較好的吸附性能。有機(jī)硅吸附劑對重金屬也有較好的吸附效果。

有機(jī)硅吸附劑是一類由碳官能有機(jī)硅單體制備的聚合物或經(jīng)這些單體處理過的無機(jī)材料或合成材料?；ぜ敖饘僖睙捚髽I(yè)所排出的廢水中常含有有色金屬及有毒金屬元素，采用含NHC(S)CH3和NHC(S)NH官能團(tuán)的有機(jī)硅可有效地吸附這些元素，它們具有很高的吸附容量及分配系數(shù)。此類有機(jī)硅吸附劑對Hg,Cu,As,Sb的吸附容量最大，對Cu,Hg,Te,Th,Bi的分配系數(shù)大。利用這些吸附劑可以同時分離多種金屬，并且可以在很寬的pH范圍內(nèi)吸附重金屬，一般不需要特定的pH值，但凈化污水的最佳pH值為5~9。未改解的水解木質(zhì)素本身可以作為吸附劑，主要用于吸附去除各種重金屬離子。

Karsheva等人研究發(fā)現(xiàn)，水溶性木質(zhì)素是一種有效的吸附劑，可用于去除水中的鉛離子。Lalvani發(fā)現(xiàn)一種可以吸附溶液中的Cr3 和Cr6 的木質(zhì)素，該木質(zhì)素可以去除63%的Cr6 、100%的Cr3 。

化學(xué)沉淀法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體法，其中較為新型的技術(shù)是鐵氧體法。鐵氧體法是日本電氣公司(NEC)研究出的一種從廢水中去除重金屬離子的新方法。做法是：在含重金屬離子的廢水中加入鐵鹽，利用共沉法從廢水中制取鐵氧體粉末。

鐵氧體法可一次去除廢水中多種重金屬離子，鐵氧體沉淀不再溶解。鐵氧體法處理重金屬廢水效果好，投資省，設(shè)備簡單，沉渣量少，且化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。在自然條件下，一般不易造成二次污染。

鐵氧體法捕集金屬離子的機(jī)理是通過晶格取代的方式而非一般的化學(xué)反應(yīng)，因此有可能突破溶度積常數(shù)的限制而同時對多種重金屬離子產(chǎn)生作用，特別適用于處理工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含多種重金屬離子的廢水。

廢水中的重金屬是各種常用方法不能分解破壞的，而只能轉(zhuǎn)移它們的存在位置和轉(zhuǎn)變它們的物理和化學(xué)形態(tài)。例如,經(jīng)化學(xué)沉淀處理后,廢水中的重金屬從溶解的離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成難溶性化合物而沉淀下來,從水中轉(zhuǎn)移到污泥中；經(jīng)離子交換處理后,廢水中的金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹脂上；經(jīng)再生后又從離子交換樹脂上轉(zhuǎn)移到再生廢液中?？傊?，重金屬廢水經(jīng)處理后形成兩種產(chǎn)物，一是基本上脫除了重金屬的處理水，一是重金屬的濃縮產(chǎn)物。重金屬濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)的處理水可以排放；如果符合生產(chǎn)工藝用水要求，最好回用。濃縮產(chǎn)物中的重金屬大都有使用價值，應(yīng)盡量回收利用；沒有回收價值的，要加以無害化處理。

可分為兩類：一是使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變成不溶的重金屬化合物或元素，經(jīng)沉淀和上浮從廢水中去除，可應(yīng)用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分離法、離子浮選法、電解沉淀或電解上浮法、隔膜電解法等；二是將廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行濃縮和分離，可應(yīng)用反滲透法、電滲析法、蒸發(fā)法、離子交換法等。第一類方法特別是中和沉淀法、硫化物沉淀法和電解沉淀法應(yīng)用最廣。從重金屬廢水回用的角度看，第二類方法比第一類優(yōu)越，因為用第二類方法處理，重金屬是以原狀濃縮，不添加任何化學(xué)藥劑，可直接回用于生產(chǎn)過程。而用第一類方法，重金屬要借助于多次使用的化學(xué)藥劑，經(jīng)過多次的化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)化才能回收利用。一些重金屬廢水如電鍍漂洗水用第二類方法回收，也容易實現(xiàn)閉路循環(huán)。但是第二類方法受到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的一些限制，目前還不適于處理大流量的工業(yè)廢水如礦冶廢水。這類廢水仍以化學(xué)沉淀為主要處理方法，并沿著有利于回收重金屬的方向改進(jìn)。

電解法：比較廣泛地用于處理含氰的重金屬廢水。以電解氧化使氰分解和使重金屬形成氫氧化物沉淀的方式去除廢水中的氰和重金屬。硫化汞廢渣用電解法處理能高效地回收純汞或汞化物。

上浮法：廢水中的重金屬氫氧化物和硫化物還可用鼓氣上浮法去除，其中以加壓溶氣上浮法最為有效。電解上浮法能有效地處理多種重金屬廢水，特別是含有重金屬絡(luò)合物的廢水。這是因為在電解過程中能將重金屬絡(luò)合物氧化分解生成重金屬氫氧化物，它們能被鋁或鐵陽極溶解形成的活性氫氧化鋁或氫氧化鐵吸附，在共沉作用下完全沉淀。廢水中的油類和有機(jī)雜質(zhì)也能被吸附，并借助陰極上產(chǎn)生的細(xì)小氫氣泡浮上水面。此法處理效率高，在電鍍廢水處理中往往作為中和沉淀處理后的進(jìn)一步凈化處理措施。

離子浮選法：往重金屬廢水中投加陰離子表面活性劑，如黃原酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、明膠等，與其中的重金屬離子形成具有表面活性的絡(luò)合物或螯合物。不同的表面活性劑對不同的金屬離子或同一種表面活性劑在不同的pH值等條件下對不同的重金屬離子具有選擇絡(luò)合性，從而可對廢水中的重金屬進(jìn)行浮選分離。此法可用于處理礦冶廢水。

離子交換和吸附：廢水中的重金屬如果以陽離子形式存在，用陽離子交換樹脂或其他陽離子交換劑處理；如果以陰離子形式存在，如氯堿工業(yè)的含汞廢水中的氯化汞絡(luò)合陰離子（HgCl₄)^2-，氰化電鍍廢水中的重金屬氰化絡(luò)合陰離子Zn(CN) 、Cd(CN) 、Cu(CN) ，含鉻廢水中的鉻酸根陰離子CrO^-，則用陰離子交換樹脂處理。

活性炭能在酸性(pH值2～3)條件下從低濃度含鉻廢水中有效地去除鉻。含硫活性炭能有效地去除廢水中的汞。活性炭還可用于處理含鋅和銅的電鍍廢水?；钚蕴磕芪紺N^-，并在有Cu² 和O₂存在的條件下使CN-氧化，從而使吸附CN^-的部位得到再生。

膜法：主要有電滲析和反滲透法。電滲析的特點是濃縮倍數(shù)有限,須經(jīng)多級電滲析處理,才能把廢水中有用物質(zhì)濃縮到可回用的程度。反滲透法用于處理鍍鎳、鍍銅、鍍鋅、鍍鎘等電鍍漂洗廢水。對鎳、銅、鋅、鎘等離子的去除率大都大于99%。因此重金屬廢水通過反滲透處理就能濃縮和回用重金屬，反滲透水（產(chǎn)水）質(zhì)量好時也可回用。 2100433B

1.格柵池：負(fù)責(zé)攔截污水中的漂浮狀態(tài)的雜貨物，確保后續(xù)處理設(shè)備正常運行。

2.調(diào)節(jié)池：用以調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，一般調(diào)節(jié)池容積是每小時處理量的6-10倍，用提升泵提至缺氧池。

3.缺氧池：缺氧池為脫氮處理而設(shè)置，經(jīng)過格柵分離后的污水經(jīng)調(diào)節(jié)池中的污水提升泵泵入缺氧池與池中的回流硝化液相混合，缺氧池中放置NZP-II型填料作為反硝化細(xì)菌的載體，對氮;磷;硫化物去除效果好，停留時間為2小時與前續(xù)工藝中的污泥池相結(jié)合形成A/O法處理工藝，從而達(dá)到脫磷、脫氮的目的。

4.生物接觸氧化池：共分兩級，總生化時間6小時，前一級采用NZP-I型填料，該填料水流特性十分優(yōu)越，第二級采用流動載體填料，該填料比表面積木，有利于微生物生長處理負(fù)荷達(dá)30kgBOD/M3.d是一般軟性填料的7倍以上，生化池采用中心廊道微孔爆氣，污水在生化池內(nèi)不斷循環(huán)，充分地與填料上的生物相接觸，達(dá)到有機(jī)物迅速降解作用。

5.二沉池：生化后的污水進(jìn)入二沉池，二沉池設(shè)計表面負(fù)荷0.9-1.2M3/M2.h二沉水槽為升降式可調(diào)液位，齒形集水槽，其槽集水均勻出水效果較好，二沉池的污泥氣提至污泥池。

6.消毒池：按國家標(biāo)準(zhǔn)：TJ14-74制作、消毒池停留時間為30分鐘，消毒劑采用固體氯丸或漂白粉，或宇航殺菌石。

7.污泥池：經(jīng)格柵攔截的污物和二沉池污泥均進(jìn)入污泥池，污泥池內(nèi)設(shè)有污泥消化系統(tǒng)，污泥池上清液回流至調(diào)節(jié)池。

8.風(fēng)機(jī)與配電柜均設(shè)置在設(shè)備房內(nèi)，一般設(shè)備機(jī)房內(nèi)設(shè)風(fēng)機(jī)兩臺交替運行，當(dāng)一臺風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時，另一臺能自行啟動設(shè)備可連續(xù)運行;當(dāng)污水?dāng)嗔鲿r，風(fēng)機(jī)能自動歇運行，以保護(hù)生物的正常生長。