實(shí)驗(yàn)室污水處理方法-重金屬?gòu)U水處理

目前國(guó)內(nèi)常用的重金屬?gòu)U水物理化學(xué)處理方法包括化學(xué)沉淀法、還原法、混凝法、吸附法、離子交換法、膜分離法、電化學(xué)法等。

一、化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔?，使其從廢水沉淀分離的方法，包括氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法等?；瘜W(xué)沉淀法具有投資較少、處理成本較低、操作較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類(lèi)重金屬?gòu)U水的處理。但采用化學(xué)沉淀處理時(shí)需要不斷地消耗化學(xué)藥劑，并產(chǎn)生較多的化學(xué)污泥，處理出水難以回用。2008年執(zhí)行《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）后，對(duì)重金屬離子的排放要求越來(lái)越嚴(yán)格，往往采用單一的常規(guī)化學(xué)沉淀法已不能滿足達(dá)標(biāo)排放要求。但是，化學(xué)沉淀法仍然是重金屬?gòu)U水處理的基本方法之一。

（１）氫氧化物沉淀法  氫氧化物沉淀法是一種比較常用的處理方法，它是在含有重金屬的廢水中加入堿進(jìn)行中和，使金屬離子生成不溶于水的氫氧化物并以沉淀形式分離。金屬離子與OH- 能否生成難溶的氫氧化物沉淀物，取決于廢水中金屬離子濃度和OH- 濃度，對(duì)金屬離子濃度一定的廢水來(lái)說(shuō)，廢水的pH是形成金屬氫氧化物沉淀物主要的條件。在實(shí)際水處理中，共存離子體系復(fù)雜，影響氫氧化物沉淀的因素很多，其中，主要的是沉淀反應(yīng)的pH。

某些金屬氫氧化物沉淀析出的適宜pH范圍如下表所示：

      
氫氧化物沉淀法是常規(guī)的處理方法，但在實(shí)際應(yīng)用中存在一些不足：
①各種重金屬離子沉淀析出都有一個(gè)適宜pH范圍，PH太高或太低都會(huì)影響處理效果，或者使其重新溶解，因此必須嚴(yán)格控制pH
②有的金屬氫氧化物沉淀后易于返溶，使處理過(guò)的廢水又出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象
③當(dāng)多種重金屬離子共存時(shí)，因?yàn)楦鞣N重金屬離子沉淀的適宜pH都不同，所以要先對(duì)各股廢水實(shí)行分流收集，再進(jìn)行加堿沉淀
④有些重金屬離子用單獨(dú)氫氧化物沉淀法處理難以使其達(dá)標(biāo)排放，如Cd2+等。

⑤當(dāng)廢水中存在CN-、NH3、EDTA等配位體時(shí)，能與廢水中的重金屬離子形成可溶性絡(luò)合物，很難生成沉淀。

（2）硫化物沉淀法  硫化物沉淀法是在重金屬?gòu)U水中加入硫化物，使廢水中的重金屬離子生成硫化物沉淀而除去的方法。與中和沉淀法相比較，硫化物沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是：重金屬硫化物比其氫氧化物溶解度更低，反應(yīng)pH為7～9，處理后的廢水一般不用中和，處理效果更好。但硫化物沉淀法的缺點(diǎn)是：硫化物沉淀顆粒小，易形成膠體，硫化物殘留在沉淀水中，遇酸生成氣體，可能造成二次污染
（3）螯合沉淀法  鰲合沉淀法常用重金屬離子捕捉劑，它是一種具有螯合官能團(tuán)的能從含金屬離子的溶液中選擇捕集、分離、沉淀特定金屬離子的有機(jī)物。

    如上所述，化學(xué)沉淀法處理含重金屬離子廢水時(shí)存在著一些問(wèn)題。例如，不同的重金屬離子生成氫氧化物沉淀的適宜pH不同，某些重金屬離子可能與溶液中的其他離子行程絡(luò)合物而增加了它在水中的溶解度，以及重金屬離子在堿性介質(zhì)中生成的氫氧化物沉淀，部分會(huì)在排放中隨著pH的下降而重新溶解于水中影響處理效果等。

    采用重金屬捕捉劑可以解決這些問(wèn)題

   目前應(yīng)用較多的重金屬捕捉劑主要有兩類(lèi)：黃原酸酯類(lèi)和二硫代胺基甲酸鹽類(lèi)衍生物（DTC類(lèi)），其中DTC類(lèi)衍生物應(yīng)用為廣泛。它的機(jī)理是：DTC類(lèi)重金屬捕捉劑為長(zhǎng)鏈高分子物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量為1萬(wàn)～15萬(wàn)，含有大量的極性基（極性基中的硫原子半徑較大，帶負(fù)電，且易極化變形產(chǎn)生負(fù)電場(chǎng)），在常溫下能與廢水中的Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等多種重金屬離子迅速反應(yīng)。在生成不溶于水的鰲合鹽后再加入少量有機(jī)或無(wú)機(jī)絮凝劑以形成絮狀沉淀，從而達(dá)到集去除重金屬離子的目的。

重金屬離子捕捉劑具有如下特點(diǎn)

①處理方法簡(jiǎn)單，只要添加藥劑即可除去重金屬離子，不增加設(shè)備費(fèi)用
②重金屬離子捕捉劑能與重金屬離子強(qiáng)力鰲合，去除效果好
③重金屬離子捕捉劑與重金屬離子能生成良好的絮凝體，絮凝效果佳

④生成污泥量少且易脫水，而采用傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法和低分子捕集沉淀劑處理時(shí)，往往需投加大量的助沉劑而致使污泥量增多，且污泥不易脫水，甚至黏附在濾布或?yàn)V帶上造成流道堵塞
⑤pH適用范圍廣，在pH3～11范圍內(nèi)均有效
 

螯合沉淀法的缺點(diǎn)是：加藥成本較高，更適合實(shí)驗(yàn)室類(lèi)的小水量重金屬?gòu)U水處理。

二、還原法

還原法是向廢水中投加還原劑，將高價(jià)劇毒重金屬離子還原成微毒的低價(jià)重金屬離子，再使其堿化沉淀去除的方法。工程上使用的還原劑包括硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、二氧化硫、鐵屑等。其中亞硫酸鈉法處理量大，綜合利用方便，應(yīng)用廣泛還原法原理簡(jiǎn)單，操作易于掌握，對(duì)某些類(lèi)型的重金屬?gòu)U水處理是行之有效的，但出水水質(zhì)差，不能回用，當(dāng)采用還原法處理混合廢水時(shí)，易造成二次污染。目前還原法一般作為預(yù)處理方法使用。

三、鐵氧體法

鐵氧體法是根據(jù)生產(chǎn)鐵氧體的原理發(fā)展起來(lái)的處理方法。鐵氧體法處理，是向重金屬?gòu)U水中投加鐵鹽，通過(guò)控制pH、氧化、加熱等條件，使廢水中的重金屬離子與鐵鹽生成穩(wěn)定的鐵氧體沉淀物而除去。該法處理重金屬?gòu)U水能一次脫除多種金屬離子，形成的沉淀顆粒大，不返溶，不產(chǎn)生二次污染，尤其適用于混合重金屬電鍍廢水的一次性處理。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、操作方便等特點(diǎn)，形成的污泥有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，容易進(jìn)行分離和脫水處理。此法在國(guó)內(nèi)電鍍行業(yè)中應(yīng)用較廣，但在形成鐵氧體過(guò)程中需要加熱（約７０℃），能耗較高，處理后鹽度高，不能處理含Hg和絡(luò)合物的廢水。
 

四、吸附法

吸附法是利用吸附劑的*結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種方法。可分為物理化學(xué)吸附法和生物吸附法
（１）物理化學(xué)吸附法  物理化學(xué)吸附法是通過(guò)吸附材料的高比表面積的蓬松結(jié)構(gòu)，或者特殊官能團(tuán)對(duì)水中的重金屬離子進(jìn)行物理吸附或化學(xué)吸附。傳統(tǒng)吸附劑有活性炭、膨潤(rùn)土、沸石、粉煤灰等。實(shí)踐證明，物理化學(xué)吸附法存在投資較大、運(yùn)行費(fèi)用高、污泥產(chǎn)生量大、處理后的水難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放等問(wèn)題
（２）生物吸附法  生物吸附法是利用生物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)或成分特性對(duì)水中的重金屬離子進(jìn)行吸附。生物吸附劑主要包括菌體、藻類(lèi)等。新型的吸附劑有聚糖樹(shù)脂、雙殼類(lèi)軟體動(dòng)物貝殼等。同其他方法相比較，生物吸附法的優(yōu)點(diǎn)是，處理效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，pH和溫度適應(yīng)范圍寬，易解析，可回收重金屬
五、蒸發(fā)濃縮法
蒸發(fā)濃縮法是對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行蒸發(fā)，使重金屬?gòu)U水得以濃縮，并加以回收利用的處理方法。一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬?gòu)U水

蒸發(fā)濃縮法處理電鍍重金屬?gòu)U水，工藝成熟簡(jiǎn)單，不需要化學(xué)試劑，無(wú)二次污染，可回用水或有價(jià)值的重金屬，有良好的環(huán)境效益，但因存在能耗大、操作費(fèi)用高、雜質(zhì)干擾等問(wèn)題，是以應(yīng)用受到限制。目前，一般將其作為其他方法的輔助處理方法。