污水中金属离子的去除方法.pdf

第 4 2卷第 2期 2 0 1 3 年 2 月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mic a l I n d u s t r y V o 1 4 2 N o 2 F e b r u a r y 2 0 1 3 污水中金属离子的去除方法 孙丹凤 张鹏 高会杰 中国石化抚顺石油化工研究院 辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 摘 要 生物法处理污水中的金属离子具有效果好 投资少 运作费用低 易于管理和操作 不产生二次 污染等优点 成为一项 日益受到人们的重视的处理技术 对几种典型的处理污水中金属离子的生物法 生物絮 凝法 生物吸附法 生物化学法 植物修复法等 运行机理及其应用情况等做了详尽的阐述 并对生物吸附法 今后的进一步深入研究和利用进行了展望 关键词 污水 金属离子 生物吸附法 生物絮凝法 中图分类号 X 7 0 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 3 0 2 0 1 7 8 0 3 Th e Re mo v a l M e t ho d o f M e t a l I o n s in W a s t e W a t e r S U NDa n f e n g Z H A N G P e n g G A O Hu i j ie F u s h u n Re s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o le u m a n d P e o c h e mi c a ls L i a o n in g F u s h u n 1 1 3 0 0 1 Ch i n a Ab s t r a c t Th e b io lo g ic a l me t h o d f o r t r e a t in g me t a l io n s in wa s t e wa t e r h a s ma n y a d v a n t a g e s s u c h a s g o o d e f f e c t le s s in v e s t me n t lo w o p e r a t io n c o s t e a s y ma n a g e me n t a n d S O o n S o it h a s b e c o m e a n imp o r t a n t t r e a t me n t t e c h n o lo g y I n t h is p a p e r s e v e r a l t y p ic a l b io lo g ic a l me t h o d s for t r e a t in g me t a l io n s in wa s t e wa t e r we r e in t r o d u c e d s u c h a s b io fl o c c u la t io n p r o c e s s b io lo g ic a l a d s o r p t io n b io lo g ic a l c h e mis t r y p la n t r e p a ir me t h o d a n d S O o n T h e n t h e ir me c h a n is ms a n d a p p lic a t io n we r e e s p e c ia lly d is c u s s e d At la s t f u r t h e r r e s e a r c h d ir e c t io n a n d a p p lic a t io n p r o s p e c t o f t h e b io lo g ic a l a d s o r p t io n me t h o d we r e p u t for wa r d K e y wo r d s W a s t e wa t e r M e t a llic io n Bio lo g ic a l a d s o rpt io n Bio fl o c c u la t io n p r o c e s s 含有金属离子的污水主要来源于电镀 冶炼 化工 矿 山开采 钢铁及有色金属冶炼等 金属离 子污染是一种具有毒性且难以治理的污染 金属在 水体中不易被微生物降解 故难以通过水体自净作 用消除 重金属在水体中能发生形体间的相互转化 及分散和富集过程 从而危害加剧 含有金属的污 水必须加以处理之后才能够排放 污水中金属离子的去除方法分为三类 物理法 化学法和生物法 物理法和化学法取得 了一定的效 果 但是对于大流域 低浓度的金属离子去除 存 在处理成本高 操作复杂 二次污染等不足 随着 环保要求的不断提高 和环境保护技术的发展与应 用 生物法具有效果好 投资少 运作费用低 易 于管理和操作 不产生二次污染 等优点 成为一 项日益受到人们重视的处理技术 该技术在投资 运行 操作管理和金属回收 水回用等方面都比较 优越 生物法主要是利用各种微生物类群间的相互 配合而进行的一种物质循环的过程 随着耐金属毒 性微生物的研究进展 采用生物技术处理含金属离 子 的污水呈现蓬勃发展势头 根据生物去除金属离 子 的机理不 同 生物法可分为生物吸附法 生物絮 凝法 生物化学法以及植物修复法 等 1 污水中金属离子的去除方法 1 1 化学法 常用的化学法有化学沉淀法和氧化还原法 化 学沉淀法是指把化学物质 沉淀剂 加入污水中 使其与污水中的金属离子发生化学反应 生成难溶 于水的沉淀 从而将金属离子从污水中分离去除的 方法 主要的化学沉淀法有硫化物沉淀法 铁氧体 共沉淀和中和沉淀法 等 化学沉淀法 费用低 投 资少 操作简单方便 但是在处理过程中需要大量 的沉淀剂 会产生二次污染物 1 2 物 理法 物理法主要包括溶剂萃取法 吸附法 离子交 换法 反渗透法和电渗析法等 1 3生物法 1 3 1 生物吸附法 生物吸附法是利用微生物的吸附降解等作用 利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于 水中的金属离子 再通过固液两相分离去除水溶液 中的金属离子的方法 生物吸附剂具有来源广 收稿 日期 2 0 1 2 一 l 2 2 4 作者简介 孙丹凤 1 9 8 3 一 女 辽宁抚顺人 助理工程师 硕士研 究生 研究方向 污水生物处理技术 E m a il s u n d a n f e n g f s h y s in o p e c c o m 第 4 2卷第 2期 孙丹风 等 污水中金属离子的去除方法 1 7 9 价格低 吸附能力强 易于分离 回收重金属等特点 已经被广泛应用 生物吸附法是一种处理金属离子 污水污染的新兴技术 所用生物吸附剂 中 来 自酿 酒厂的废弃酵母菌作为工业上应用最广泛一类微生 物 它可以吸附水中一些 常见离子 K N a C a Mg 及盐度对吸附的影 响很小或不影响 有关 啤酒 酵母菌 面包酵母菌等对金属离子吸附处理的研究 已有较多报道 表 1 生物 吸附剂种类 Ta b le 1 S p e c ie s o f b io lo g ic a l a ds o r p t io n a g e n t s 种类 生物吸附剂 金属 有机物 纤维素 淀粉 壳聚糖等 H g Mn i u 细 菌 蔷 至 覆 毒 l 孢 杆 菌 氰 基A u c r N i c u z n 真菌 啤酒酵母 假丝酵母 产朊酵母等A u C o U Z n T h 雪苗 黄曲霉 米曲霉 产黄青霉 白腐 c d c u H g P d A g 真菌 芽枝霉 微黑根霉 毛霉等 A u C r 绿藻 红藻 褐藻 鱼腥藻 墨角 藻类 藻 小球藻 岩衣藻 马尾藻 海 c d 带等 植 物 系 统蔫 庶 香P b C u C d 近年来国内外使用 到的生物吸附剂有菌体 藻 类 细胞提取物 麦麸 米糠等等 使用细菌固定 化技术 把生物吸附剂 固定在藻酸钙或多聚糖上 这样可大大改善生物吸附剂的机械性能 有利于重 复使用 且比单独使用生物吸附剂的吸附效果明显 要好 1 3 2 生物絮凝法 生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢 物进行絮凝沉淀 的一种除污方法 微生物絮凝剂是 一 类 由微生物产生并分泌到细胞外 具有絮凝活性 的代谢物 至目前为止 对金属有絮凝作用的约有 十几个品种 生物絮凝剂 中的氨基和羟基可与 C u Hg A g A u 等重金属离子形成稳定的鳌合物 而沉淀下来 应用微生物絮凝法处理污水安全方便 无毒 不产生二次污染 絮凝效果好 且生长快 易于实现工业化等特点 通过对 洛阳污水处理厂生物絮凝吸附法一级处 理 出水试验研究 得出生物强化一级处理对污水 中 主要污染指标的处理效果 因而将污水处理厂 A 2 O 剩余活性污泥与进水混合进入初沉池沉淀 可以增 强沉淀效果 缩短沉降时间 减少初沉池容积 减 少基建投资费用 1 3 3 生物化学法 生物化学法指通过微生物处理含重金属离子污 水 将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除 有 关研究表明 生物化学法处理含 C 浓度为 3 0 4 0 mg L的污水 C 去除率可达 6 7 9 7 赵晓红等 人用脱硫肠杆菌 S R V 去除电镀污水中的铜离子 对铜质量浓度为 2 4 6 8 mg L的溶液 当 p H为 4 0 时 去除率达 9 9 1 2 1 3 4 植物修复法 植物修复法 P h y t 0 r e m e d i a t i o n 是利用绿色植物 来转移 容纳或转化污染物使其对环境无害 植物 修复的对象是重金属 有机物或放射性元素污染的 土壤及水体 研究表明 通过植物的吸收 挥发 根滤 降解 稳定等作用 可以净化土壤或水体 中 的污染物 达到净化环境的目的 因而植物修复是 一 种很有潜力 正在发展的清除环境污染的绿色技 术 在植物修复技术中能利用的植物有藻类 草本 植物 木本植物等 它具有成本低 不破坏土壤 和河流生态环境 不引起二次污染等优点 2 处理工业污水中金属离子 工业污水来源广泛 污染物种类很多 有些具 有毒性 有些虽没有毒性 但是会造成水体变色和 臭味效应 使水质硬度增高 特别是工业污水中含 有 的很多有害金属离子 对水资源有很大的污染 目前针对水煤浆制氢污水的回用出水金属成分 及其含量的 I C P MS 分析结果 处理前主要是 N a 离 子含量为 ll7 4 1 mg L C a 离子 2 8 9 9 3 m g L K离 子 3 7 2 8 m g L 其他还有些微量的 S r Mg 等离子 出水达不到回用水的标准 针对水煤浆制氢污水中 的金属浓度不是很高的状况 去除过程 中应避免带 入过多的其他污染物质 生物吸附法可以筛选一种 吸附金属离子的生物吸附剂 自然界的自养微生物 菌群利用金属离子合成自身营养所需 利用微生物 处理污水 可以吸收利用掉一部分 K N a 离子 对 污水中存在的部分 s r 2 离子 可以选用一种合适的 无 污染的吸附剂 冯嫒 刮 等研究 了在强酸 l 生 环境下 硅藻土对 S r 2 的吸附效果较佳 木纤维对 S r 2 的吸附 去除率与木纤维粒度 吸附时间 溶液 的 p H 木纤 维 的用量 温度及介质等因素有关 除此之外 生 物吸附剂也可以同时吸附 K N a C a Mg 2 离子 抚顺石油化工研究院利用活性污泥生物吸附法 对水煤浆制氢污水中金属离子进行了处理 最终试 验结果表明 对水煤浆制氢污水中一定浓度的金属 离子的去除率达到 9 0 以上 达到了循环水回用的 标准 1 8 0 当 代 化 工 2 0 l3年 2月 3 总结与展望 综上所述 生物法处理含高浓度金属离子的污 水 可以有效地吸附溶于水中的金属离子 降低金 属离子的浓度 从而有效地治理含有金属离子的污 水 特别对于低浓度金属离子 的去除优势更加 明显 虽然生物法也有一定的局限性 但是 由于其显著优 点 使得生物技术方法的研究和发展仍有广阔前景 许多学者通过基 因工程 分子生物学等技术应用 使生物具有更强的吸附 絮凝 修复能力 生物吸 附法去除污水中金属离子的技术近年来受到极大的 关注 这不仅 由于其生物处理技术作为一种行之有 效 安全可靠的方法 在环境污染的治理中起到重 要作用 寻找研发价格低廉 选择性好 易再生的 水处理吸附剂是环保产业发展的急切需要 为了满足日益严格的环保要求 同时实现污水 回用和金属 回收 单一的方法往往难以达到要求 而将几种已有技术集成起来 使它们之间优势互补 是达到水 污染 治理 和资源 回收双重 目的的可行方 法 这种联合处理方法降低了能耗 又能使出水达 到回用的 目的 使含金属污水达到了真正的无害化 和资源化的处理 并最终达到零排放 的目的 参考文献 f 1 冯彬 张利民 电 镀重会属废水治理技术现状与展望 全国镀膜与表 面精饰低碳技术论坛论文集 c 江苏环境科技 2 0 0 4 3 2 黄淦 联用强化混凝与化学沉淀法去除水中重金属离子的研究 L l 长沙 湖南大学 2 0 0 8 3 3 2 3 李晓星 锰矿石脱硫 H S 及其产物处理含重金属废水的研究 D I 合肥 合肥 I 业大学 4 熊鹭 u V F e n t o n法联合 P A C S B R 一 混凝 艺处理二次电镀废水 D 福建 华侨大学 2 0 1 1 7 8 l 5 j P a s c a l V L a e t it ia D J o e l L e t a 1 N e w c o n c e p t t f 1 r e mo v e h e a v y me t a ls f r o m liq u id wa s t e b a s e d o n e l e c t r o c h e mic a l p H s wi t c h a b l e immo b iliz e d lig a n d s l J J A p p lie d S u r f a c e S c ie n c e 2 0 0 7 2 5 3 6 3 2 6 3 3 2 6 9 6 陈灿 王建龙 酿酒酵母吸附重金属离子的研究进展 J 中围生物 1 程 杂志 2 0 0 6 2 6 1 6 9 7 6 1 7 J S a lt D E B la y lo c k M K u m a r N P B A D u s h e n k o v V E n s le y B D C h e t La n d Ra s k in I P h v t n r e me d ia t i0 n a n 0 v e l s t r a t e g y f n r t h e r e mo v a l o f t o x ic me t a l f r o m t h e e n v ir o n me n t u s in g p l a n t s J B i o t e c h n o lo g y 1 9 9 5 1 3 4 6 8 4 7 4 8 周风帆 等牙4 用凤眼莲 E i c h h o r n i a c r a s s i p e s 净化水中重金属放射性 核素 6 0钴 6 5锌和 1 3 7铯的研究 J 1 中国环境科学 1 9 8 9 9 1 2 6 3 0 9 艾尔肯 热合曼 等 利用水浮莲净化酿酒业污水的技术及其实践l J I 环境科学 与技术 1 9 9 6 2 4 1 4 4 1 0 王岚 杜郢 生物吸附剂及其应用 J l 江苏 l 业学院学报 2 0 0 6 1 8 3 61 6 4 1 1 张平军 于淑娟 李丹 阳离子交换树脂静态脱除糖蜜酒精废液 中钾离子的动力学研究l J I 离子交换与吸附 2 0 1 0 2 6 6 4 3 9 4 4 6 1 2 张建梅 韩志萍 王亚军 湖南师范学院 重金属废水的生物处理技 术 I J l 环境污染治理技术与设备 2 0 0 3 4 4 7 7 8 0 1 3 冯媛 易发成 西南科技大学 木纤维对 s r 和 c s 的吸附性能及 机理研究m水处理技术 2 0 1 1 3 7 4 2 9 3 4 上接 第 1 7 7页 l 9 J M a n n e r s I P o ly f r m e n t ls 订 a n s n 0 v e 1 o r g a n o m e t a l lic p la s t ic s J C h m n C o m mu n 1 9 9 9 1 0 8 5 7 8 6 5 1 O 刘玉婷 傅雀军 尹大伟 等 含二茂铁功能材料的最新研究进展 l J 1 化工新型材料 2 0 0 9 3 7 3 2 7 2 9 1 1 李英杰 田森林 宁平 王彬 二茂铁及其衍生物的电化学应 用研究进展 J l 云南化工 2 0 0 8 3 5 3 3 8 4 1 1 2 刘万毅 袁耀锋 张凌云 等 烷基桥联双二茂铁衍生物的取代基 效应 与电化学性质的研究 高等学 校化学学报 1 9 9 8 1 9 8 1 2 5 1 1 2 5 5 l3 张文芝 二茂铁及其衍生物修饰电极的制备与电化学传感器的应 用 D 合肥 安徽师范大学 2 0 0 6 1 4 G a s s A E G G a v i s G F r a n c is G D e t a l F e r r o c e n e m e d i a t e d e n z y m e e l e c tr o d e f o r a mp e r o me t r i c d e t e r m i n a t i o n o f g l u c o s e J A n a l C h m n 1 9 8 4 5 6 f 4 6 6 7 6 7 1 1 5 王菲 新的二茂铁衍生物的合成 表征及电化学性质研究 D 郑 州大学 2 0 0 5 1 6 M o u t e t J C E r i c S A U n g u r e a n u M e t a 1 E 1 e c t p 0 l y m e r i z a n 0 f f e r r o c e n e h is a mid e d e r iv a t iv e s a p o s s ib le r o u t e t o a n e le c t r o c h m n ic a l s e n s o r y d e v i c e J J E l e c t r o a n a l C h e m 1 9 9 6 4 1 0 1 7 9 8 5 1 7 杨庆华 叶宪曾 陶家洵 二茂铁单羧基衍生物 N a f i n o n修饰 电极 对多 巴胺的 电化学催化 研究 J 1 北京大学 学报 1 9 9 9 3 5 6 3 8 4 4 I l 8 j Wa n g J X C o l l i n s o n M M E l e c t r o c h e m i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o f i n o r g a n ie o r g a n ic h y b r id fi lms p r e p a r e d fr o m f e r r o c e n e mo d ifi e d s ila n e s J 1 J E l e c t r o a n a l C h e m 1 9 9 8 4 5 5 1 2 1 2 7 1 3 7 1 9 张修华 王升富 崔仁发 等 二茂铁一 磷钼钨杂多酸超分子膜电 极电化学性能的研究 J J l湖北大学学报 自然科学版 2 0 0 2 2 4 1 5 2 5 5 2 O 徐春 蔡宏 何品刚 二茂铁标记 DN A电化学探针的研制及性质 研究I J 1 高等学校化学学报 2 0 0 1 2 2 9 1 4 9 2 1 4 9 5 2 1 连小春 新型多二茂铁基取代吡啶盐分子设计 合成 表征及光 电性质研究 D 华东师范大学 2 0 0 5 1 2 2 j P D B e e r Z C h e n M G B D r e w e t a 1 N e w p o l y a z a a n d p o l y a m mo n i u m f e n o e e n e ma c o r c y c li lig a n d s t h a t c mn p le x a n t i le c t r n h e mic a llv r e c o g n i s e t r a n s i t i o n m e t a l c a t i o n s a n d p h o s p h a t e a n i o n s i n w a t e r J J C h e m S c o C