目前國內(nèi)常用的重金屬廢水物理化學(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、操作較簡單等優(yōu)點,適用于各類重金屬廢水的處理。但采用化學(xué)沉淀處理時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,對重金屬離子的排放要求越來越嚴(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廢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,對金屬離子濃度一定的廢水來說,廢水的pH是形成金屬氫氧化物沉淀物主要的條件。在實際水處理中,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適宜pH范圍,PH太高或太低都會影響處理效果,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,因為各種重金屬離子沉淀的適宜pH都不同,所以要先對各股廢水實行分流收集,再進(jìn)行加堿沉淀
④有些重金屬離子用單獨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,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廢水中加入硫化物,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存在著一些問題。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題
目前應(yīng)用較多的重金屬捕捉劑主要有兩類:黃原酸酯類和二硫代胺基甲酸鹽類衍生物(DTC類),其中DTC類衍生物應(yīng)用為廣泛。它的機(jī)理是:DTC類重金屬捕捉劑為長鏈高分子物質(zhì),相對分子質(zhì)量為1萬~15萬,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),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
①處理方法簡單,只要添加藥劑即可除去重金屬離子,不增加設(shè)備費用
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,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,甚至黏附在濾布或濾帶上造成流道堵塞
⑤pH適用范圍廣,在pH3~11范圍內(nèi)均有效
螯合沉淀法的缺點是:加藥成本較高,更適合實驗室類的小水量重金屬廢水處理。
二、還原法
還原法是向廢水中投加還原劑,將高價劇毒重金屬離子還原成微毒的低價重金屬離子,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單,操作易于掌握,對某些類型的重金屬廢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,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)展起來的處理方法。鐵氧體法處理,是向重金屬廢水中投加鐵鹽,通過控制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。該法處理重金屬廢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)備簡單、投資少、操作方便等特點,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。此法在國內(nèi)電鍍行業(yè)中應(yīng)用較廣,但在形成鐵氧體過程中需要加熱(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、膨潤土、沸石、粉煤灰等。實踐證明,物理化學(xué)吸附法存在投資較大、運行費用高、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、藻類等。新型的吸附劑有聚糖樹脂、雙殼類軟體動物貝殼等。同其他方法相比較,生物吸附法的優(yōu)點是,處理效率高,運行費用低,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)濃縮法是對重金屬廢水進(jìn)行蒸發(fā),使重金屬廢水得以濃縮,并加以回收利用的處理方法。一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬廢水
蒸發(fā)濃縮法處理電鍍重金屬廢水,工藝成熟簡單,不需要化學(xué)試劑,無二次污染,可回用水或有價值的重金屬,有良好的環(huán)境效益,但因存在能耗大、操作費用高、雜質(zhì)干擾等問題,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。