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重金属废水处理工程的处理方法

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重金属废水处理工程的处理方法

发布日期:2020-11-10 作者: 点击:

  有色金属工业在采矿、选矿和冶炼过程中产生废水。根据其来源,可分为采矿废水、选矿废水、冶炼废水和加工废水。有色金属废水成分复杂,往往含有多种重金属如CuCrbPzn、CdAs,具有水质水量波动大的特点。含重金属废水毒性大。如果不进行有效处理,其进入环境会危害人体健康,污染土壤,具有一定的环境风险,其特点是污染范围广,危害程度大。


  传统的重金属废水处理技术包括


  利用细菌和真菌的生化代谢,可以从水中分离出重金属元素或降低其毒性,从而达到废水处理的目的。特别适用于重金属含量低、有机物含量高的污水处理。


  (a)吸附法


  富含细菌细胞壁的多糖和糖蛋白具有羟基、巯基、羧基、氨基等官能团,使其具有良好的金属离子吸附性能。因此,用细菌细胞作为吸附剂效果可以获得理想的处理效果。Puranik等人通过真菌对Pb2和Zn2的吸附试验,得出了离子当量置换的实验结果,指出离子交换是微生物吸附重金属的主要机制。


  微生物吸附根据细胞活性可分为活细胞吸附和死细胞吸附,活细胞吸附过程包括胞外吸附和胞内转移;死细胞的吸附过程只是胞外吸附,这里的吸附方法主要是指死细胞的胞外吸附。死细胞吸附法的优点是不受离子浓度、营养成分等生长条件的限制,不需要处理代谢产物。发酵工业产生的藻类、海藻和微生物残渣是具有广阔应用前景的生物吸附剂。死亡细胞的吸附可分为真菌吸附、藻类吸附、细菌吸附、植物共生细菌吸附等。Ozdemir等人从活性污泥中提取Oobactrumanthropi的死细胞,并用于处理含铬(VI)、镉(II)和铜(II)的废水,取得了较好的处理效果效果。从废水中回收贵金属时,传统吸附法中使用的微生物难以与水分离,成为其应用的瓶颈。趋磁细菌(MTB)细胞含有链状铁磁粒子(即磁小体),使细胞具有久磁偶极矩和磁取向。在外磁场的作用下,MTB可以定向运动,易于通过磁选机与溶液分离。因此,甲基叔丁基醚作为吸附载体的研究逐渐成为热点问题。宋慧平等人研究了甲基叔丁基醚在单元体系和三元体系中对Au3、Cu2和Ni2的吸附特性。结果表明,在三元体系中,甲基叔丁基醚对Au3有很高的吸附选择性,吸附率很高,在短时间内被完全吸附。MTB对Au3的吸附选择性及其自身的趋磁特性为从含金废液中回收金提供了一种新的有效途径方法。


  (2)代谢法


  微生物可以沉淀重金属离子或通过还原反应降低其毒性。对于SO4 ~ (2-)含量较高的重金属废水,常采用厌氧微生物,主要是硫酸盐还原菌(SRB),在厌氧条件下还原高价重金属离子,然后与硫酸盐还原菌产生的S2-结合形成金属硫化物沉淀,从而达到分离重金属离子的目的。


  随着研究的深入,越来越多的菌株可以被发现用于重金属处理。比如硅酸盐细菌可以明显的处理COD和BOD以及铜和铬效果。对硅酸盐细菌处理重金属废水的机理进行了研究,并对其机理提出了三点设想:(1)微生物细胞表面的生物吸附;胞外聚合物的絮凝;络合的有机酸和氨基酸重金属离子降低了它们的毒性。


  Sadettin等人研究了丽珠藻的生物累积效应。合成活性染料和Cr6。结果表明,在pH 8.5、温度45条件下,该菌株对Cr6的初始耐受浓度为5.8 ~ 19.9毫克/升,当染料浓度为12.5毫克/升时,Cr6的生物累积量高.Cr6的去除过程可分为三个阶段:价键结合到微生物细胞表面,转移到细胞内部,细胞内Cr6还原为Cr3,从而降低毒性。细胞内还原是毒性降低机制的主要过程。利用该菌可同时去除抗传统生物处理的重金属离子和活性染料方法,且效果效果显著,在印染等化工废水处理中具有良好的应用前景。


  (3)絮凝法


  生物絮凝是一种去污方法,利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢产物进行絮凝沉淀。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂,是带电的生物大分子,主要包括蛋白质、粘多糖、纤维素和核糖。


  目前普遍接受的絮凝机理是离子键和氢键理论。


  期刊文献的分类查询可以在期刊库中找到。硅酸盐细菌处理重金属废水的可能机理之一是生物絮凝。目前,硅酸盐细菌絮凝的应用研究已有很多[10-11],有些取得了显著的成果。利用基因工程技术,分离细菌中表达的金属结合蛋白,并将其固定在一些惰性载体表面,可以获得高富集能力的絮凝剂。Masaaki Terashima等人利用转基因技术使大肠杆菌表达麦芽糖结合蛋白(pmal)和人金属硫蛋白(MT)的融合蛋白,并将纯化的pmal-MT固定在壳聚糖树脂上,研究其对Ca2和Ga2的吸附特性。用融合蛋白固定的树脂稳定性强,其吸附容量比纯树脂高十倍以上。


  二、基因工程技术在重金属废水微生物处理中的应用


  利用基因工程技术构建高降解能力的菌株是目前的研究热点。国内外学者做了大量的研究,主要集中在应用基因工程技术在微生物表面表达特定的金属结合蛋白或金属结合肽以提高富集能力,或者在细胞中表达金属结合蛋白或金属结合肽的同时在微生物的细胞膜上表达特定的金属转运系统,从而获得高富集能力和高选择性的高效菌株。构建的菌株处理能力显著提高,高选择性重组菌的构建使废水中重金属的回收成为可能。


  由于人们对大肠杆菌的认识比较深,且其具有致病性弱、对生长环境要求低、易于检验培养等优点,因此适用于污水处理菌。目前以大肠杆菌为受体菌,通过基因重组技术构建了许多高效菌株。邓等人构建的重组菌株JM10在含镍废水的处理实验中,对Ni2的富集能力是原始菌株的6倍以上。根据赵等人的研究,基因工程菌株大肠杆菌JM109比宿主菌株具有更强的耐受性和更高的Hg2富集率,去除率达到96%以上。


  Sousa 等构建了表达酵母金属硫蛋白(CUP1)、哺乳动物金属硫蛋白(HMT21A)和外膜蛋LamB 的融合蛋白的基因工程菌E.coli,该菌种的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。邓旭等研究了转MT-like 基因衣藻对不同重金属离子的抗性和对Cd2+的富集行为,结果表明,转基因衣藻对Pb2+、Zn2+和Cd2+三种重金属离子的抗性得到明显增强,其中以对Zn2+的抗性增强显著。转基因藻对Cd2+的富集能力经MT-like 蛋白表达后较野生藻细胞有较大增加,达到144.48μmol/g,为野生藻的8.3 倍。


  曾文炉等以转mMT-Ⅰ聚球藻7002 为对象,研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培养基中的生长特性及其对重金属的净化性能,结果表明,无论从生长速率还是对重金属的耐受特性来看,转mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明显优于野生藻。


  三、工艺流程的改造


  为了便于管理和减少改建的投资,铅冶炼厂对原有的污酸和酸性污水处理工艺进行了技术改造,污酸和酸性污水分类收集储存后进行化学中和处理系统、电絮凝处理系统(电化学反应器)、化学沉淀微滤系统(高效气浮池、碳滤池和锰砂滤池)、深度处理系统(膜处理系统包括纳滤系统、反渗透系统、高压反渗透系统)集中处理,中和系统产生的废渣集中存放在综合渣库(钙渣危废处置库)。


  工艺当中采用的电化学处理技术能较好的实现废水的净化以及重金属的回收,采用催化复合碳板和铁板作为极板。当含重金属废水流经电化学反应区时,在外加电流作用下,重金属在阳极和阴极分别发生氧化、还原反应,将自由态或是结合态的重金属在阴极析出,回收重金属元素。


  膜处理技术是一种新型分离技术。深度处理系统部分的工艺为纳滤+ 反渗透,目的是进一步去除重金属和分离出溶解固体盐的有效方法。纳滤膜应用于本项目处理含低浓度重金属废水具有操作压力低、水通量大等优势,不仅可以使90% 以上的废水纯化,而且可同时使重金属离子含量浓缩10倍,浓缩后的重金属具有回收利用价值。反渗透膜可确保废水中的盐度被去除,处理后的水质优良,能确保完全达到地表水Ⅲ类标准,使出水能完全循环再利用。针对本工程中的各个膜处理部分分别设置了清洗系统,以保持系统的正常运行。


  总结


  有色金属工业含重金属废水的深化处理是“ 十二五” 节能减排的要求,也是未来重金属废水处理的发展趋势。采用合适的深度处理工艺对含重金属废水的处理,能够在回收重金属、削减重金属排放量,减少新鲜用水量上取得较好的环境效益。有色金属工业含重金属废水的深化处理仍存在造价较为高昂,管理技术要求高等瓶颈,未来的研究应开发较为成熟低廉的深化处理工艺,同时满足经济和环保的需求,以便进一步推广。


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关键词:重金属废水处理,废水处理,废水处理公司

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