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探討重金屬廢水治理技術工程

發布時間:2019-06-28 15:30人氣:

本文主要探討了重金屬廢水治理技術工程的處理方法,基因工程技術在微生物治理重金屬廢水中的應用及工藝流程的改造。

有色金屬工業在采礦、選礦和冶煉生產過程中,都產生廢水,根據其來源可分為采礦廢水、選礦廢水、冶煉廢水、加工廢水有色金屬廢水成分較復雜,常含有CuCrbPzn、CdAs等多種重金屬,并且具有水質水量波動大的特點。含重金屬廢水具有較高的毒性,如果不對其進行有效處理,其進入環境會危害人體健康,污染土壤,存在一定的環境風險,具有污染范圍廣、危害程度大的特點。

傳統的重金屬廢水處理技術包括化學沉淀法、碳吸收法、離子交換法、蒸發法以及膜處理法等等,但普遍具有難處理低濃度廢水,易造成二次污染等缺點。相比于傳統的治理技術,生物治理技術具有成本低、適于處理低濃度廢水、無二次污染等優點。

一、微生物治理法

利用細菌、真菌的生化代謝作用,將重金屬元素與水體分離或降低其毒性,從而達到廢水治理的目的。特別適用于重金屬含量不高,有機物含量較高的污水處理。

(一)吸附法

菌體細胞壁富含的多糖類和糖蛋白具有羥基、巰基、羧基、氨基等官能團,使其具有良好的金屬離子吸附性能。因此,用菌體細胞做吸附劑,可獲得理想的處理效果。Puranik 等通過Pb2+、Zn2+的真菌吸附試驗,得出離子等量代換的試驗結果,指出離子交換是微生物吸附重金屬的主要機制。

微生物吸附法依細胞活性可分為活細胞吸附法和死細胞吸附法,活細胞吸附過程包括胞外吸附和胞內轉移;死細胞吸附只有胞外吸附過程,這里的吸附法主要指死細胞的胞外吸附。死細胞吸附法具有不受離子濃度及營養物質等生長條件限制、無需進行代謝產物處理等優點,由發酵工業產生的藻類、海草、微生物殘體等都是應用前景廣闊的生物吸附劑。死細胞吸附作用按生物種類不同又可分為真菌吸附、藻類吸附、細菌吸附、植物共生菌吸附等。

(二)代謝法

微生物通過還原反應可使重金屬離子沉淀或降低其毒性。對于SO42-含量較高的重金屬污水,常利用以硫酸還原菌(SRB)為主的厭氧微生物在厭氧狀態下還原高價態的重金屬離子,并與硫酸鹽還原菌產生的S2-化合生成金屬硫化物沉淀,從而達到分離重金屬離子的目的。

隨著研究的不斷深入,人們發現了越來越多的可用于重金屬處理的菌種。例如,硅酸鹽細菌除對COD和BOD 有明顯處理能力外,對銅、鉻等元素也有明顯的處理效果。對硅酸鹽細菌的重金屬廢水處理機理進行了研究,對作用機理做出三種假設:微生物細胞表面的生物吸附作用;胞外多聚物的絮凝作用;有機酸和氨基酸與重金屬離子絡合降低其毒性。

(三)絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的具有絮凝能力的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑,是帶電荷的生物大分子,主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核糖等。

目前普遍接受的絮凝機理是離子鍵、氫鍵結合學說。

二、基因工程技術在微生物治理重金屬廢水中的應用

運用基因工程技術構建具有高效降解能力的菌株是目前的研究熱點,國內外學者均進行了大量研究,主要致力于應用基因工程技術,在微生物表面表達特異性金屬結合蛋白或金屬結合肽進而提高富集容量,或在微生物細胞膜處表達特異性金屬轉運系統的同時,在細胞內表達金屬結合蛋白或金屬結合肽,從而獲得具有高富集容量和高選擇性的高效菌株。構建出的菌株處理能力均顯著提高,高選擇性重組菌的構建使得廢水中重金屬的再資源化成為可能。

由于人們對大腸桿菌的認識較深入,且其具有致病性弱,對生長環境要求不高,易于檢查和培養的優點,適于作污水處理菌。

三、工藝流程的改造

為了便于管理和減少改建的投資,鉛冶煉廠對原有的污酸和酸性污水處理工藝進行了技術改造,污酸和酸性污水分類收集儲存后進行化學中和處理系統、電絮凝處理系統(電化學反應器)、化學沉淀微濾系統(高效氣浮池、碳濾池和錳砂濾池)、深度處理系統(膜處理系統包括納濾系統、反滲透系統、高壓反滲透系統)集中處理,中和系統產生的廢渣集中存放在綜合渣庫(鈣渣危廢處置庫)。

工藝當中采用的電化學處理技術能較好的實現廢水的凈化以及重金屬的回收,采用催化復合碳板和鐵板作為極板。當含重金屬廢水流經電化學反應區時,在外加電流作用下,重金屬在陽極和陰極分別發生氧化、還原反應,將自由態或是結合態的重金屬在陰極析出,回收重金屬元素。

膜處理技術是一種新型分離技術。深度處理系統部分的工藝為納濾+ 反滲透,目的是進一步去除重金屬和分離出溶解固體鹽的有效方法。納濾膜應用于本項目處理含低濃度重金屬廢水具有操作壓力低、水通量大等優勢,不僅可以使90% 以上的廢水純化,而且可同時使重金屬離子含量濃縮10倍,濃縮后的重金屬具有回收利用價值。反滲透膜可確保廢水中的鹽度被去除,處理后的水質優良,能確保完全達到地表水Ⅲ類標準,使出水能完全循環再利用。針對本工程中的各個膜處理部分分別設置了清洗系統,以保持系統的正常運行。

總結

有色金屬工業含重金屬廢水的深化處理是“ 十二五” 節能減排的要求,也是未來重金屬廢水處理的發展趨勢。采用合適的深度處理工藝對含重金屬廢水的處理,能夠在回收重金屬、削減重金屬排放量,減少新鮮用水量上取得較好的環境效益。有色金屬工業含重金屬廢水的深化處理仍存在造價較為高昂,管理技術要求高等瓶頸,未來的研究應開發較為成熟低廉的深化處理工藝,同時滿足經濟和環保的需求,以便進一步推廣。

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