五大类重金属污染物治理技术可行性分析.doc

五大类重金属污染物治理技术及可行性分析(一) 铅(Pb)治理技术与其可行性分析目前，工业中处理废水中重金属铅离子一般采用化学沉淀法和离子交换法。另外，液膜法和生物吸附法是新兴的含铅废水的处理方法，目前处于研究阶段。（1）化学沉淀法：化学沉淀法是目前使用较为普遍的方法。所用沉淀剂有：石灰、烧碱、氢氧化镁、纯碱以及磷酸盐，其中氢氧化物沉淀法应用较多。此法是将离子铅转化为不溶性铅盐与无机颗粒一起沉降，处理效果比较好，可以达到国家排放标准。但大量的铅盐污泥不易处理，容易造成二次污染，且此法存在占地面积大、处理量小、选择性差等缺点。（2）离子交换法：离子交换法是利用离子交换剂有离子交换树脂、沸石等。离子交换是靠交换剂自身所带的能自由移动的离子与被处理的溶液中的离子进行交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力。离子交换法处理铅离子是较为理想的方法之一，不但占地面积小、管理方便、铅离子脱除率很高，而且处理得当可使再生液作为资源回收，不会对环境造成二次污染。离子交换法的缺点是一次性投资比较大，且再生也存在一定的困难。（3）生物吸附法使用生物材料处理和回收含铅废水的技术是既简单又经济的治理方法，已经引起了人们的重视。生物材料对重金属天然的亲和力，可用以净化浓度范围较广的铅离子废水以及混合的金属离子废水。其优点有：受pH值影响小；不使用化学试剂；污泥量极少；无二次污染；排放水可回用；菌泥中金属可回收且菌泥可用作肥料。生物吸附法将是废水深度处理常用的方法。化学沉淀法由于容易产生二次污染，不符合绿色化学的宗旨，固其处理虽能达标，但并不符合当今时代和实际的要求，不鼓励用于珠三角地区铅污染的处理。珠三角地区由于土地价格高昂，因此对比下，选择占地面积小，管理方便，脱除率高的离子交换法结处理废水中的铅较为符合实际情况。而在土壤中的铅污染适宜使用生物吸附法和植物修复法，利用超富集植物对土壤中的铅进行富集，可有效的去除土壤中的铅，再辅以微生物处理法，使得处理效果大大增加。(二)汞(Hg)治理技术及其可行性分析含汞废水主要来源于有色金属冶炼厂、化工厂、农药厂、造纸厂、染料厂及热工仪器仪表厂等。从废水中去除无机汞的方法有硫化物沉淀法、化学凝聚法、活性炭吸附怯、金属还原法、离子交换法和微生物法等。一般偏碱性含汞废水通常采用化学凝聚法或硫化物沉淀法处理。偏酸性的含汞废水可用金属还原法处理。低浓度的含汞废水可用活性炭吸附法、化学凝聚法或活性污泥法处理，有机汞废水较难处理，通常先将有机汞氧化为无机汞，而后进行处理。（1）还原法： NaBH4（硼酸钠）还原法：非金属还原剂硼酸钠，与汞反应后主要生成汞和偏硼酸、放出氢气。Hg2+BH4-2OH- = Hg3H2BO2- 。金属还原法：凡是氧化还原电位低于Hg2+的，如Cu. Zn. Fe. Mn. Mg.Al 等，可将相应的金属屑装成填料塔，置换废水中的Hg2+离子。以铁为例： FeHg2+= Fe2+Hg（2）硫化法：H2+S2- = HgS 4Hg2+2S-Hg2S+HgS Hg（3）吸附法：常采用活性炭为吸附剂，具体做法是首先用硫化钠使汞离子转化为硫化汞沉淀析出，然后用活性炭吸附，这样处理过的净化液所含的残余汞能达到国家规定的排放标准。（4）离子交换法：将几种树脂装柱组成废水净化系列，这样含汞废水通过几个交换柱后，出水中检不出汞。（5）凝取沉淀法：向含汞废水中投加石灰，生成的Ca（OH）2对汞有凝聚吸附作用，在有三价铁离子存在的情况下，效果更好。用硫酸铝作凝聚剂处理含汞废水，效果也较好。经凝聚沉淀后，出水水质含汞量可降到0.05 m g/L以下。（6）溶剂萃取法：目前，国外有采用三异辛胺一二甲苯对含汞废水进行萃取，经萃取后，净化液中残留汞在0.017mg/L以下。 土壤中可给态汞可以被作物吸收利用而固定态汞则不能被作物吸收但两者在一定条件下可互相转化因此对土壤中可给态汞含量进行调节和控制使其转化成难溶性的汞化合物固定于土壤中而不易被作物吸收通常的调节方法是增加抑制剂如有机肥料过磷酸钙和碳酸钙。最近Meng25等报道了用旧轮胎橡胶可固化污染土壤中的2 价汞用乙酸浸提经旧轮胎橡胶固化的土壤沥滤液中汞的浓度可从未处理的3 500 mg/kg降至34 mg/kg 这样可以抑制土壤汞进入植物。植物修复发能减低土壤中汞的浓度，能彻底的改善土壤汞环境。研究表明纸皮桦加拿大杨26 红树27等对土壤中汞的吸收及储存能力强对Hg 污染的稻田改种苎麻可使土壤中的汞年净化率较种植水稻的提高8 倍而且当土壤汞含量小于130 mg/kg时苎麻的产量和质量不会受到影响27 这一技术不仅可以大量去除土壤汞还可美化环境并且还能带来一定的经济效益它将是今后治理土壤汞及其它重金属污染的最有前景的一种方法(三)镉(Cd)治理技术及其可行性分析现有对水环境中镉的去除技术主要有三大类:一是物理化学修复技术; 二是植物修复技术; 三是生物修复技术。物理化学修复技术包含了许多具体的处理方法, 如沉淀、溶剂萃取、离子交换、膜分离、吸附、中和法、漂白粉氧化法、铁氧化沉淀法和金属还原法、电解法等。植物修复技术, 是利用植物去除水环境中的镉, 降低水环境中的镉污染，是一种治理环境污染的新型技术, 成本低廉, 没有二次污染。含镉废水成分复杂, 处理达标要求又非常严格, 传统的物理化学法各有优缺点。其缺点表现为处理剂使用量大, 反应不易控制, 水质差, 回收贵金属难等。而生物法因能耗少, 成本低, 效率高, 而且容易操作, 最重要的是没有二次污染。通过比较可知植物法和生物法作为一种很有前途的处理方法, 具有耗能少、效率高、无二次污染、处理费用较低等优点。但是从自然界得到的菌种耐镉能力较差, 仅能处理含镉浓度低的废水, 无法实现工业化,应考虑进行生物强化。目前, 生物强化技术在废水处理中的应用范围在逐渐扩大。镉污染土壤的治理途径有两种：一种是将污染物清除，除去污染；另一种是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定，将污染物的活性降低，减少在土壤中的迁移性和生物可利用性，即稳定化。围绕这两种途径产生了不同的治理措施和方法。而最符合当今环保要求的是植物修复技术。植物修复技术被公认为是土壤重金属污染最好的修复技术, 是20世纪90年代发展起来的绿色环境进化技术, 具有治理效果永久性、治理过程原位性、治理成本低廉性、环境美学兼容性、后期处理简易性等特。超富集植物种质资源较多, 目前世界上共发现了500多种超积累植物16, 包括蔬菜、草本、蕨类植物、景天科植物和树木等，种质资源丰富，是当前世界土壤镉污染的发展方向。近期，广州华南植物园研究人员花了将近三年的时间发现了一种新的重金属超富集茄科植物少花龙葵。它对吸收土壤中的重金属“镉”有着良好的效果。实验结果发现，当土壤中镉浓度高达60mg/kg时，少花龙葵的生长仍未受到明显影响，而根部镉含量可高达473mg/kg，茎、叶和地上部镉含量分别达215、251和230mg/kg。在两个浓度梯度实验中少花龙葵地上部镉含量均超过镉超富集植物的临界含量标准(100mg/kg)，具有镉超富集植物的基本特征，是镉的超富集植物。该植物能作为珠三角地区治理土壤镉污染的一种有力武器。(四)铬(Cr)治理技术及其可行性分析含铬废水主要来源于工业污染，特别是电镀行业。电镀工业含铬废水的处理最常用的方法有还原法、电解法。而生物法也日逐渐成熟。(1) 还原沉淀法化学还原法是利用硫酸亚铁、亚硫酸盐、二氧化硫等还原剂将废水中六价铬还原成三价铬离子，加碱调整pH值，使三价铬形成氢氧化铬沉淀除去。这种方法设备投资和运行费用低，主要用于间歇处理。常用处理工艺为在第一反应池中先将废水用硫酸调pH值至23，再加入还原剂，在下一个反应池中用NaOH或Ca(OH)2调pH值至78，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝剂,使Cr(OH)3沉淀除去。改良的工艺为在第一反应池中直接投加硫酸亚铁，用NaOH或Ca(OH)2调pH值至78，生成Cr(OH)3沉淀，再加混凝剂，使Cr(OH)3沉淀除去。使用该技术后，含铬废水日处理量为1000M3,废水中铬含量为10mg/l。(2)电解法电镀含铬废水首先经过格栅去除较大颗粒的悬浮物后自流至调节池, 均衡水量水质, 然后由泵提升至电解槽电解, 在电解过程中阳极铁板溶解成亚铁离子, 在酸性条件下亚铁离子将六价铬离子还原成三价铬离子, 同时由于阴极板上析出氢气, 使废水pH 值逐步上升, 最后呈中性。此时Cr3+ 、Fe3+ 都以氢氧化物沉淀析出, 电解后的出水首先经过初沉池,然后连续通过(废水自上而下) 两级沉淀过滤池。一级过滤池内有填料: 木炭、焦炭、炉渣; 二级过滤池内有填料: 无烟煤、石英砂。污水中沉淀物由过滤池填料过滤、吸附, 出水流入排水检查井。而后通过泵进入循环水池作为冷却用水。过滤用的木炭、焦炭、无烟煤、炉渣定期收集在锅炉房掺烧。电镀含铬废水采用电解法沉淀过滤工艺处理后全部回用, 过滤池内填料定期集中于锅炉房掺烧, 达到了综合治理电镀含铬废水的目的。(3)生物法近年来，国内外采用生物法治理含铬废水的技术开始有所突破。生物法是治理电镀废水的高新生物技术,适用于大、中、小型电镀厂的废水处理,具有重大的实用价值,易于推广。将电镀废水与其它工业废弃物及人类粪便一起混合,用石灰作为凝结剂,然后进行化学凝结沉积处理。研究表明,与活性的淤泥混合的生物处理方法,能除去6+和3+,3氧化成3-。已用于埃及轻型车辆公司的含铬废水的处理。生物法处理电镀废水技术,是依靠人工培养的功能菌,它具有静电吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用、包藏共沉淀作用和对值的缓冲作用。该法操作简单,设备安全可靠,排放水用于培菌及其它使用;并且污泥量少,污泥中金属回收利用;实现了清洁生产、无污水和废渣排放。投资少,能耗低,运行费用少。土壤中铬污染的处理主要实行水旱轮作。该法是轻度铬污染的有效改良措施。水旱轮作使土壤pH 值增高，E 值下降，有利于铬的吸附固定，从而降低土壤中铬的含量；在被Cr3+ 污染的土壤中，施用石灰石、硅酸钙或磷肥等调节土壤呈微碱性，使铬形成Cr(OH)3 状态而加以固定，可减少铬对作物的危害；用有机肥，使土壤处于还原环境，有效减轻或消除六价铬对植物的危害。另外，有机肥能够通过吸附作用，降低六价铬对植物的毒害；种植非食用植物，利用植物累积铬的作用净化污染的土壤。(五) 砷(As)治理技术及其可行性分析国内外较多的科学家都在致力于水中砷的去除研究, 主要的除砷方法可分为化学法、物理化学法和生物法。目前,国内外处理水中砷的化学方法主要是沉淀法, 包括热沉淀法、絮凝沉淀法、铁氧体法等。大多数企业含砷废水的处理采用化学沉淀方法, 而且往往是2 3种沉淀剂共同使用。例如, 铁盐- 铝盐、石灰- 镁盐、钙盐-铁盐等组合絮凝剂都能获得良好的除砷效果。郭翠梨24 采用石灰- 聚合硫酸铁法对硫酸生产中的含砷废水进行处理, 结果表明, 当pH 为8.8 10.6, m(Fe):m(As)不小5时,处理后废水中砷的浓度小于1mg/L。化学法除砷工艺简单, 投资少, 操作方便, 适用于处理砷含量较高的废水。在经济条件相对较差的地区, 有很高的经济效益, 是首选除砷方法。但该方法需要大量的沉淀剂, 产生大量的含砷废渣,这些废渣目前尚无较好的处理方法, 长期堆积则容易造成二次污染。化学法除砷的研究较多, 目前已处于较成熟阶段。不同的除砷方法都有其优缺点, 对不同的含砷废水应采用不同的处理方法或工艺。化学法除砷技术比较成熟, 处理效果也较明显, 在工程上有一定应用。但其由于化学药剂的添加, 导致了大量含砷酸盐废渣的产生, 目前对这种废渣还没有较好的处理方法, 致使导致了二次污染。物理化学法如吸附、离子交换法等投资较大、处理费用较高, 适合处理浓度不太大的含砷废水, 目前工程化运作较困难。生物法除砷具有除砷效果好, 廉价, 同时可去除水中有机物、二次污染小等优点, 已用于废水的二级处在土壤中施加各种铁、铝、钙、镁的化合物，可使砷生成不溶性物质而加以固定，例如，施加MgCl2可使土壤污染性砷形成Mg(NH4)AsO4 沉淀，从而降低砷的活性；土壤中施加硫粉，可提高土壤固砷的能力；降低土壤pH 值，加强土壤排水，可降低砷的活性；加砷的吸附剂。如旱田使用堆肥，桃树果园中施加硫酸铁，都可以提高土壤吸附砷的能力；用客土、深耕的方法来稀释、降低土壤中的砷含量，降低砷的污染。24郭翠梨.石灰-聚合硫酸铁法处理含砷废水的试验研究 J.工业水处理,2000,20(19):27.25 MENG X G, HUA Z. Immoblization of mercury ( ) in contaminatedsoil with used tire rubber J. Journal of HazardousMaterials, 1998, 57:231-241.26 林治庆, 黄会一. 木本植物对土壤汞污染防治功能的研究 J.中国环境科学, 1988, 8(3):35-40.27 陈荣华,林鹏.红树幼苗对汞的吸收与净化J.环境科学学报,1989,9(2):218-224.28 任峰. 植物对Cd污染的修复及Cd对植物生理效应研究D.华中师范大学,2002.29 汪小勇,张超兰,姜文.污染土壤的修复技术研究进展J.安徽农业科学,2005,(01). 30 刘小梅,吴启堂,李秉滔.超富集植物治理重金属污染土壤研究进展J.农业环境科学学报,2003,(05).