⑴ 海泡石纖維主要用途有哪些
海泡石纖維是一種天然礦物纖維,是海泡石礦物的纖維狀變種,稱之為α-海泡石。應用領域也十分廣泛,而經過提純、超細加工、改性等一系列處理的海泡石,可作為吸附劑、凈化劑、除臭劑、補強劑、懸浮劑、觸變劑、填充劑等應用於水處理、催化、橡膠、塗料、化肥、飼料等工業方面。除此之外,海泡石較好的抗鹽性能和耐高溫性能使其作為鑽井優質泥漿原料應用於石油鑽井、地熱鑽井等方面。
⑵ 含重金屬廢水處理的處理方法
含重金屬廢水處理使用膜處理技術:
其中納濾可以濃縮廢水中金屬離子、鹽類等,反滲透可以膜截留金屬離子和有機添加劑,而讓水分子透過膜,而達到分離、濃縮目的。
含重金屬廢水進入處理系統,根據需要,經過復合試劑預處理,減少其它離子對膜系統的影響,之後通過納濾膜、反滲透膜實現物料分離、濃縮。
本系統設置多套納濾裝置,既可以輔助實現濃縮倍數的要求,也可以切換實現出水重金屬離子實現達標排放的要求。
重金屬廢水來源及其處理原則:
重金屬廢水主要來自礦山、冶煉、電解、電鍍、農葯、醫葯、油漆、顏料等企業排出的廢水。廢水中重金屬的種類、含量及存在形態隨不同生產企業而異。由於重金屬不能分解破壞,而只能轉移它們的存在位置和轉變它們的物理和化學形態。
例如,經化學沉澱處理後,廢水中的重金屬從溶解的離子形態轉變成難溶性化台物而沉澱下來,從水中轉移到污泥中;經離子交換處理後,廢水中的重金屬離子轉移到離子交換樹脂上,經再生後又從離子交換樹脂上轉移到再生廢液中。
因此,重金屬廢水處理原則是:首先,最根本的是改革生產工藝.不用或少用毒性大的重金屬。其次是採用合理的工藝流程、科學的管理和操作,減少重金屬用量和隨廢水流失量,盡量減少外排廢水量。
⑶ 核廢水排入大海的危害
核廢水排入大海的危害:
第一,影響海洋動物生存,造成海洋動物死亡,第二,放射性物質可能會導致物種變異,影響當地環境,第三,放射性物質會導致疾病的發生,威脅人體健康。
核污水處理:
1、化學沉澱法
化學沉澱法是將沉澱劑與廢水中微量的放射性核素發生共沉澱作用的方法。廢水中放射性核素的氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽等化合物大都是不溶性的,因而能在處理中被除去。
化學處理的目的是使廢水中的放射性核素轉移並濃集到小體積的污泥中去,而使沉積後的廢水剩餘很少的放射性,從而能夠達到排放標准。
2、吸附法
活性炭有很強吸附能力,去除率高,但活性炭再生效率低,處理水質很難達到回用要求,價格貴,應用受到限制。近年來,逐漸開發出有吸附能力的多種吸附劑材料。
有相關研究表明,殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑,殼聚糖樹脂交聯後,可重復使用多次,吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Co、Ag有很好的吸附能力,處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標准。
⑷ 高人詳細介紹下污水處理中的化學除磷的工藝和方法有哪些
磷的去除有化學除磷生物除磷兩種工藝,生物除磷是一種相對經濟的除磷方法,但由於該除磷工藝目前還不能保證穩定達到0.5mg/l出水標準的要求,所以要達到穩定的出水標准,常需要採取化學除磷措施來滿足要求。
化學除磷是通過化學沉析過程完成的,化學沉析是指通過向污水中投加無機金屬鹽葯劑,其與污水中溶解性的鹽類,如磷酸鹽混合後,形成顆粒狀、非溶解性的物質,這一過程涉及的是所謂的相轉移過程,反應方程舉例如式1。實際上投加化學葯劑後,污水中進行的不僅僅是沉析反應,同時還進行著化學絮凝反應,所以必須區分化學沉析和化學絮凝的差異。
FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl 式1
污水沉析反應可以簡單的理解為:水中溶解狀的物質,大部分是離子狀物質轉換為非溶解、顆粒狀形式的過程,絮凝則是細小的非溶解狀的固體物互相粘結成較大形狀的過程,所以絮凝不是相轉移過程。
在污水凈化工藝中,絮凝和沉析都是極為重要的,但絮凝是用於改善沉澱池的沉澱效果,而沉析則用於污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工藝實現相的轉換,則當向污水中投加了溶解性的金屬鹽葯劑後,一方面溶解性的磷轉換成為非溶解性的磷酸金屬鹽,也會同時產生非溶解性的氫氧化物(取決於PH值)。另一方面,隨著沉析物的增加及較小的非溶解性固體物聚積成較大的非溶解性固體物,使穩定的膠體脫穩,通過速度梯度或擴散過程使脫穩的膠體互相接觸生成絮凝體。最後通過固—液分離步驟,得到凈化的污水和固一液濃縮物(化學污泥),達到化學除磷的目的。
根據化學沉析反應的基礎,為了生成磷酸鹽化合物,用於化學除磷的化學葯劑主要是金屬鹽葯劑和氫氧化鈣(熟石灰)。許多高價金屬離子葯劑投加到污水中後,都會與污水中的溶解性磷離子結合生成難溶解性的化合物。出於經濟原因,用於磷沉析的金屬鹽葯劑主要是Fe3+、Al3+和Fe2+鹽和石灰。這些葯劑是以溶液和懸浮液狀態使用的。二價鐵鹽僅當污水中含有氧,能被氧化成三價鐵鹽時才能使用。Fe2+在實際中為了能被氧化常投加到曝氣沉砂池或採用同步沉析工藝投加到曝氣池中,其效果同使用Fe3+一樣,反應式如式2、3。
Al3++PO43-→AlPO4↓pH=6~7 式2
Fe3++PO43-→FePO4↓pH=5~5.5 式3
與沉析反應相競爭的反應是金屬離子與OH的反應,所以對於各種不同的金屬鹽產品應注意的是金屬的離子量,反應式如式4、5。
Al3++3OH-→Al(OH)3↓ 式4
Fe3++3OH-→Fe(OH)3 式5
金屬氫氧化物會形成大塊的絮凝體,這對於沉析產物的絮凝是有利的,同時還會吸附膠體狀的物質、細微懸浮顆粒。需要注意的是有機物在以化學除磷為目的化學沉析反應中的沉析去除是次要的,但在分離時有機性膠體以及懸浮物的凝結在絮凝體中則是決定性的過程。
沉析效果是受PH值影響的,金屬磷酸鹽的溶解性同樣也受PH的影響。對於鐵鹽最佳PH值范圍為5.0~5.5,對於鋁鹽為6.0~7.0,因為在以上PH值范圍內FePO4或AIPO4的溶解性最小。另外使用金屬鹽葯劑會給污水和污泥處理還會帶來益處,比如會降低污泥的污泥指數,有利於沼氣脫硫等。
由於金屬鹽葯劑的投加會使污水處理廠出水中的Cl-或SO2-4離子含量增加。如果沉析葯劑溶液中另外含有酸的話,則需特別加以注意。
投加金屬鹽葯劑後相應會降低污水的鹼度,這也許會對凈化產生不利影響。當在同步沉析工藝中使用硫酸鐵時,必須考慮對硝化反應的影響。
另外,如果污水處理廠污泥用於農業,使用金屬鹽葯劑除磷時必須考慮鋁或者鐵負荷對農業的影響。
除了金屬鹽葯劑外,氫氧化鈣也用作沉析葯劑。在沉折過程中,對於不溶解性的磷酸鈣的形成起主要作用的不是Ca2+,而是OH-離子,因為隨著pH值的提高,磷酸鈣的溶解性降低,採用Ca(OH)2除磷要求的pH值為8.5以上。磷酸鈣的形成是按反應式6進行的:
5Ca2++3po43-+OH-→Ca5(PO4)3OH↓ pH ≥8.5 式6
但在pH值為8.5到10.5的范圍內除了會產生磷酸鈣沉析外,還會產生碳酸鈣,這也許會導致在池壁或渠、管壁上結垢,反應式如式7。
Ca2++CO32-→CaCO3 式7
與鈣進行磷酸鹽沉析的反應除了受到PH值的影響,另外還受到碳酸氫根濃度(鹼度)的影響。在一定的PH值惰況下,鈣的投加量是與鹼度成正比的。
對於軟或中硬的污水,採用鈣沉析時,為了達到所要求的PH值所需要的鈣量是很少的,具有強緩沖能力的污水相反則要求較大的鈣投加量。
化學沉析工藝是按沉析葯劑的投加地點來區分的,實際中常採用的有:前沉析、同步沉析和後沉析或在生物處理之後加絮凝過濾。
(1)前沉析
前沉析工藝的特點是沉析葯劑投加在沉砂池中,或者初次沉澱池的進水渠(管)中,或者文丘里渠(利用渦流)中。其一般需要設置產生渦流的裝置或者供給能量以滿足混合的需要。相應產生的沉析產物(大塊狀的絮凝體)則在一次沉澱池中通過沉澱而被分離。如果生物段採用的是生物濾池,則不允許使Fe2+葯劑,以防止對填料產生危害(產生黃銹)。
前沉析工藝(如圖2所示)特別適合於現有污水處理廠的改建(增加化學除磷措施),因為通過這一工藝步驟不僅可以去除磷,而且可以減少生物處理設施的負荷。常用的沉析葯劑主要是生灰和金屬鹽葯劑。經前沉析後剩餘磷酸鹽的含量為1.5-2.5mg/1,完全能滿足後續生物處理對磷的需要。
(2)同步沉析
同步沉析是使用最廣泛的化學除磷工藝,在國外約占所有化學除磷工藝的50%。其工藝是將沉析葯劑投加在曝氣池出水或二次沉澱池進水中,個別情況也有將葯劑投加在曝氣池進水或迴流污泥渠(管)中。目前很多污水廠都採用,如廣州大坦沙污水處理廠三期就是採用的同步沉析,加葯對活性污泥的影響比較小。
(3)後沉析
後沉析是將沉析、絮凝以及被絮凝物質的分離在一個與生物設施相分離的設施中進行,因而也就有二段法工藝的說法。一般將沉析葯劑投加到二次沉澱池後的一個混合池(M池)中,並在其後設置絮凝池(F池)和沉澱池(或氣浮池)。
對於要求不嚴的受納水體,在後沉析工藝中可採用石灰乳液葯劑,但必須對出水PH值加以控制,比如採用沼氣中的CO2進行中和。
採用氣浮池可以比沉澱池更好地去除懸浮物和總磷,但因為需恆定供應空氣而運轉費用較高。
⑸ 重金屬離子廢水的處理方法
化學法
化學法主要包括化學沉澱法和電解法,主要適用於含較高濃度重金屬離子廢水的處理,化學法是目前國內外處理含重金屬廢水的主要方法。 吸附法是利用多孔性固態物質吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法。吸附法的關鍵技術是吸附劑的選擇,傳統吸附劑是活性炭。活性炭有很強吸附能力,去除率高,但活性炭再生效率低,處理水質很難達到回用要求,價格貴,應用受到限制。近年來,逐漸開發出有吸附能力的多種吸附材料。有相關研究表明,殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑,殼聚糖樹脂交聯後,可重復使用10次,吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Pb2+、Hg2+、Cd2+ 有很好的吸附能力,處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標准。另有文獻報道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑,鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對Cr 6+的去除率達到99%,出水中Cr 6+含量低於國家排放標准,具有實際應用前景。
⑹ 污水處理需要化學原理嗎
需要!
按原理可分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。
物理處理法:利用物理作用專分屬離污水中呈懸浮狀態的固體污染物質的處理方法,主要有篩濾法(格柵、篩網)、沉澱法(沉砂池、沉澱池)、氣浮法、過濾法(快濾池、慢濾池等)和反滲透法(有機高分子半滲透膜)等。
化學處理法:利用化學反應分離污水中的污染物質的處理方法,主要有中和、電解、氧化還原和電滲析、氣提、吸附、吹脫、萃取等。
生物處理法:利用微生物的代謝作用,使污水中呈溶解性、膠體狀態的有機污染物轉化為穩定的無害物質的處理方法。主要可分為兩大類:利用好氧微生物作用的好氧氧化法和利用厭氧微生物作用的厭氧還原法。好氧氧化法廣泛用於處理城市污水,主要有活性污泥法(氧化溝、曝氣池等),生物膜法(生物轉盤、生物濾池、接觸氧化法等);厭氧還原法主要有厭氧塘,污泥的厭氧消化池等。
處理後的污水不僅環保,還可以回收作為原料!
⑺ 重金屬廢水怎麼處理
目前,重金屬廢水處理的方法大致可以分為三大類:(1)化學法;(2)物理處理法;(3)生物處理法。
化學法
化學法主要包括化學沉澱法和電解法,主要適用於含較高濃度重金屬離子廢水的處理,化學法是目前國內外處理含重金屬廢水的主要方法。
2.1.1化學沉澱法
化學沉澱法的原理是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶於水的重金屬化合物,通過過濾和分離使沉澱物從水溶液中去除,包括中和沉澱法、硫化物沉澱法、鐵氧體共沉澱法。由於受沉澱劑和環境條件的影響,沉澱法往往出水濃度達不到要求,需作進一步處理,產生的沉澱物必須很好地處理與處置,否則會造成二次污染。
2.1.2電解法
電解法是利用金屬的電化學性質,金屬離子在電解時能夠從相對高濃度的溶液中分離出來,然後加以利用。電解法主要用於電鍍廢水的處理,這種方法的缺點是水中的重金屬離子濃度不能降的很低。所以,電解法不適於處理較低濃度的含重金屬離子的廢水。
物理處理法
物理處理法主要包含溶劑萃取分離、離子交換法、膜分離技術及吸附法。
2.2.1溶劑萃取分離
溶劑萃取法是分離和凈化物質常用的方法。由於液液接觸,可連續操作,分離效果較好。使用這種方法時,要選擇有較高選擇性的萃取劑,廢水中重金屬一般以陽離子或陰離子形式存在,例如在酸性條件下,與萃取劑發生絡合反應,從水相被萃取到有機相,然後在鹼性條件下被反萃取到水相,使溶劑再生以循環利用。這就要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優越性,然而溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大,使這種方法存在一定局限性,應用受到很大的限制。
2.2.2離子交換法
離子交換法是重金屬離子與離子交換劑進行交換,達到去除廢水中重金屬離子的方法。常用的離子交換劑有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、螯合樹脂等。幾年來,國內外學者就離子交換劑的研製開發展開了大量的研究工作。隨著離子交換劑的不斷涌現,在電鍍廢水深度處理、高價金屬鹽類的回收等方面,離子交換法越來越展現出其優勢。離子交換法是一種重要的電鍍廢水治理方法,處理容量大,出水水質好,可回收重金屬資源,對環境無二次污染,但離子交換劑易氧化失效,再生頻繁,操作費用高。
2.2.3膜分離技術
膜分離技術是利用一種特殊的半透膜,在外界壓力的作用下,不改變溶液中化學形態的基礎上,將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法,包括電滲析和隔膜電解。電滲析是在直流電場作用下,利用陰陽離子交換膜對溶液陰陽離子選擇透過性使水溶液中重金屬離子與水分離的一種物理化學過程。隔膜電解是以膜隔開電解裝置的陽極和陰極而進行電解的方法,實際上是把電滲析與電解組合起來的一種方法。上述方法在運行中都遇到了電極極化、結垢和腐蝕等問題。
2.2.4吸附法
吸附法是利用多孔性固態物質吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法。吸附法的關鍵技術是吸附劑的選擇,傳統吸附劑是活性炭。活性炭有很強吸附能力,去除率高,但活性炭再生效率低,處理水質很難達到回用要求,價格貴,應用受到限制。近年來,逐漸開發出有吸附能力的多種吸附材料。有相關研究表明,殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑,殼聚糖樹脂交聯後,可重復使用10次,吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Pb2+、Hg2+、Cd2+ 有很好的吸附能力,處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標准。另有文獻報道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑,鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對Cr 6+的去除率達到99%,出水中Cr 6+含量低於國家排放標准,具有實際應用前景。
生物處理法
生物處理法是藉助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法,包括生物吸附、生物絮凝、植物修復等方法。
2.3.1生物吸附
生物吸附法是指生物體藉助化學作用吸附金屬離子的方法。藻類和微生物菌體對重金屬有很好的吸附作用,並且具有成本低、選擇性好、吸附量大、濃度適用范圍廣等優點,是一種比較經濟的吸附劑。用生物吸附法從廢水中去除重金屬的研究,美國等國家已初見成效。有研究者預處理假單胞菌的菌膠團後,將其固定在細粒磁鐵礦上來吸附工業廢水中Cu,發現當濃度高至100 mg/L時,除去率可達96%,用酸解吸,可以回收95%銅,預處理可以增加吸附容量。但生物吸附法也存在一些不足,例如吸附容量易受環境因素的影響,微生物對重金屬的吸附具有選擇性,而重金屬廢水常含有多種有害重金屬,影響微生物的作用,應用上受限制等,所以還需再進行進一步研究。
2.3.2生物絮凝
生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉澱的一種除污方法。生物絮凝法的開發雖然不到20年,卻已經發現有17種以上的微生物具有較好的絮凝功能,如黴菌、細菌、放線菌和酵母菌等,並且大多數微生物可以用來處理重金屬。生物絮凝法具有安全無毒、絮凝效率高、絮凝物易於分離等優點,具有廣闊的發展前景。
2.3.3植物修復法
植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉澱、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量, 以達到治理污染、修復環境的目的。植物修復法是利用生態工程治理環境的一種有效方法,它是生物技術處理企業廢水的一種延伸。利用植物處理重金屬,主要有三部分組成:
(1)利用金屬積累植物或超積累植物從廢水中吸取、沉澱或富集有毒金屬: (2)利用金屬積累植物或超積累植物降低有毒金屬活性,從而可減少重金屬被淋濾到地下或通過空氣載體擴散: (3)利用金屬積累植物或超積累植物將土
壤中或水中的重金屬萃取出來,富集並輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分。通過收獲或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條,降低土壤或水體中的重金屬濃度。在植物修復技術中能利用的植物有藻類植物、草本植物、木本植物等。
藻類凈化重金屬廢水的能力主要表現在對重金屬具有很強的吸附力。褐藻對Au的吸收量達400mg/g,在一定條件下綠藻對Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金屬離子的去除率達80%~90%。浩雲濤等分離篩選獲得了一株高重金屬抗性的橢圓小球藻(Chlorella ellipsoidea),並研究了不同濃度的重金屬銅、鋅、鎳、鎘對該藻生長的影響及其對重金屬離子的吸收富集作用。結果顯示,該藻Zn 和Cd 具有很高的耐受性。對四種重金屬的耐受能力依次為鋅>鎘>鎳>銅。該藻對重金屬具有很好的去除效果,15μmol/L Cu2+、300μmol/L Zn2+、100μmol/L Ni2+、30μmol/L Cd2+濃度72h處理,去除率分別達到40.93%、98.33%、97.62%、86.88%。由此可見,此藻類可應用於含重金屬廢水的處理。
草本植物凈化重金屬廢水的應用已有很多報道。風眼蓮(Eichhoria crassipes Somis)是國際上公認和常用的一種治理污染的水生漂浮植物,它具有生長迅速,既能耐低溫、又能耐高溫的特點,能迅速、大量地富集廢水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等多種重金屬。張志傑等的研究結果表明,乾重lkg的風眼蓮在7~l0d可吸收鉛3.797g、鎘3.225g。周風帆等的 研究發現風眼蓮對鈷和鋅的吸收率分別高達97%和80%。香蒲(Typhao rientaliS Pres1)也是一種凈化重金屬的優良草本植物,它具有特殊的結構與功能,如葉片成肉質、柵欄組織發達等。香蒲植物長期生長在高濃度重金屬廢水中形成特殊結構以抵抗惡劣環境並能自我調節某些生理活動, 以適應污染毒害。招文銳等研究了寬葉香蒲人工濕地系統處理廣東韶關凡口鉛鋅礦選礦廢水的穩定性。歷時10年的監測結果表明,該系統能有效地凈化鉛鋅礦廢水。未處理的廢水含有高濃度的有害金屬鉛、鋅、鎘經人工濕地後,出水口水質明顯改善,其中鉛、鋅、鎘的凈化率分別達99.0%,97.%和94.9%,且都在國家工業污水的排放標准之下。此外,還有很多草本植物具有凈化作用,如喜蓮子草、水龍、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。
採用木本植物來處理污染水體,具有凈化效果好,處理量大,受氣候影響小,不易造成二次污染等優點,越來越受到人們的重視。胡煥斌等試驗結果表明,蘆葦和池杉兩種植物對重金屬鉛和鎘都有較強富集能力,而木本植物池杉比草本植物蘆葦具有更好的凈化效果。周青等研究了5種常綠樹木對鎘污染脅迫的反應,實驗結果表明,在高濃度鎘脅迫下,5種樹木葉片的葉綠素含量、細胞質膜透性、過氧化氫酶活性及鎘富集量等生理生化特性均產生明顯變化,其中,黃楊、海桐,杉木抗鎘污染能力優於香樟和冬青。以木本植物為主體的重金屬廢水處理技術,能切斷有毒有害物質進入人體和家畜的食物鏈,避免了二次污染,可以定向栽培,在治污的同時,還可以美化環境,獲得一定的經濟效益,是一種理想的環境修復方法。
⑻ 工業廢水中金屬離子的去除方法
1化學沉澱
化學沉澱法是使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶於水的重金屬化合物的方法,包括中和沉法和硫化物沉澱法等。
中和沉澱法
在含重金屬的廢水中加入鹼進行中和反應,使重金屬生成不溶於水的氫氧化物沉澱形式加以分離。中和沉澱法操作簡單,是常用的處理廢水方法。實踐證明在操作中需要注意以下幾點:
(1)中和沉澱後,廢水中若pH值高,需要中和處理後才可排放;
(2)廢水中常常有多種重金屬共存,當廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時,pH值偏高,可能有再溶解傾向,因此要嚴格控制pH值,實行分段沉澱;
(3)廢水中有些陰離子如:鹵素、氰根、腐植質等有可能與重金屬形成絡合物,因此要在中和之前需經過預處理;
(4)有些顆粒小,不易沉澱,則需加入絮凝劑輔助沉澱生成。
硫化物沉澱法
加入硫化物沉澱劑使廢水中重金屬離子生成硫化物沉澱後從廢水中去除的方法。
與中和沉澱法相比,硫化物沉澱法的優點是:重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低,反應時最佳pH值在7—9之間,處理後的廢水不用中和。硫化物沉澱法的缺點是:硫化物沉澱物顆粒小,易形成膠體;硫化物沉澱劑本身在水中殘留,遇酸生成硫化氫氣體,產生二次污染。為了防止二次污染問題,英國學者研究出了改進的硫化物沉澱法,即在需處理的廢水中有選擇性的加入硫化物離子和另一重金屬離子(該重金屬的硫化物離子平衡濃度比需要除去的重金屬污染物質的硫化物的平衡濃度高)。由於加進去的重金屬的硫化物比廢水中的重金屬的硫化物更易溶解,這樣廢水中原有的重金屬離子就比添加進去的重金屬離子先分離出來,同時能夠有效地避免硫化氫的生成和硫化物離子殘留的問題。
2氧化還原處理
化學還原法
電鍍廢水中的Cr主要以Cr6+離子形態存在,因此向廢水中投加還原劑將Cr6+還原成微毒的Cr3+後,投加石灰或NaOH產生Cr(OH)3沉澱分離去除。化學還原法治理電鍍廢水是最早應用的治理技術之一,在我國有著廣泛的應用,其治理原理簡單、操作易於掌握、能承受大水量和高濃度廢水沖擊。根據投加還原劑的不同,可分為FeSO4法、NaHSO3法、鐵屑法、SO2法等。
應用化學還原法處理含Cr廢水,鹼化時一般用石灰,但廢渣多;用NaOH或Na2CO3,則污泥少,但葯劑費用高,處理成本大,這是化學還原法的缺點。
鐵氧體法
鐵氧體技術是根據生產鐵氧體的原理發展起來的。在含Cr廢水中加入過量的FeSO4,使Cr6+還原成Cr3+,Fe2+氧化成Fe3+,調節pH值至8左右,使Fe離子和Cr離子產生氫氧化物沉澱。通入空氣攪拌並加入氫氧化物不斷反應,形成鉻鐵氧體。其典型工藝有間歇式和連續式。鐵氧體法形成的污泥化學穩定性高,易於固液分離和脫水。鐵氧體法除能處理含Cr廢水外,特別適用於含重金屬離子種類較多的電鍍混合廢水。我國應用鐵氧體法已經有幾十年歷史,處理後的廢水能達到排放標准,在國內電鍍工業中應用較多。
鐵氧體法具有設備簡單、投資少、操作簡便、不產生二次污染等優點。但在形成鐵氧體過程中需要加熱(約70oC),能耗較高,處理後鹽度高,而且有不能處理含Hg和絡合物廢水的缺點。
電解法
電解法處理含Cr廢水在我國已經有二十多年的歷史,具有去除率高、無二次污染、所沉澱的重金屬可回收利用等優點。大約有30多種廢水溶液中的金屬離子可進行電沉積。電解法是一種比較成熟的處理技術,能減少污泥的生成量,且能回收Cu、Ag、Cd等金屬,已應用於廢水的治理。不過電解法成本比較高,一般經濃縮後再電解經濟效益較好。
近年來,電解法迅速發展,並對鐵屑內電解進行了深入研究,利用鐵屑內電解原理研製的動態廢水處理裝置對重金屬離子有很好的去除效果。
另外,高壓脈沖電凝系統()為當今世界新一代電化學水處理設備,對表面處理、塗裝廢水以及電鍍混合廢水中的Cr、Zn、Ni、Cu、Cd、CN-等污染物有顯著的治理效果。高壓脈沖電凝法比傳統電解法電流效率提高20%—30%;電解時間縮短30%—40%;節省電能達到30%—40%;污泥產生量少;對重金屬去除率可達96%一99%。
3溶劑萃取分離
溶劑萃取法是分離和凈化物質常用的方法。由於液一液接觸,可連續操作,分離效果較好。使用這種方法時,要選擇有較高選擇性的萃取劑,廢水中重金屬一般以陽離子或陰離子形式存在,例如在酸性條件下,與萃取劑發生絡合反應,從水相被萃取到有機相,然後在鹼性條件下被反萃取到水相,使溶劑再生以循環利用。這就要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優越性,然而溶劑在萃取過程中的流失和再生過程中能源消耗大,使這種方法存在一定局限性,應用受到很大的限制。
4吸附法
吸附法是利用吸附劑的獨特結構去除重金屬離子的一種有效方法。利用吸附法處理電鍍重金屬廢水的吸附劑有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖樹脂等。活性炭裝備簡單,在廢水治理中應用廣泛,但活性炭再生效率低,處理水質很難達到回用要求,一般用於電鍍廢水的預處理。腐植酸類物質是比較廉價的吸附劑,把腐植酸做成腐植酸樹脂用以處理含Cr、含Ni廢水已有成功經驗。有相關研究表明,殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑,殼聚糖樹脂交聯後,可重復使用10次,吸附容量沒有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬廢水對Pb2+、Hg2+、Cd2+有很好的吸附能力,處理後廢水中重金屬含量顯著低於污水綜合排放標准。另有文獻報道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑,鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對Cr6+的去除率達到99%,出水中Cr6+含量低於國家排放標准,具有實際應用前暑。
5膜分離法
膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來進行物質分離的技術,包括電滲析、反滲透、膜萃取、超過濾等。用電滲析法處理電鍍工業廢水,處理後廢水組成不變,有利於回槽使用。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金屬離子廢水都適宜用電滲析處理,已有成套設備。反滲透法已大規模用於鍍Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金屬廢水處理。採用反滲透法處理電鍍廢水,已處理水可以回用,實現閉路循環。液膜法治理電鍍廢水的研究報道很多,有些領域液膜法已由基礎理論研究進入到初步工業應用階段,如我國和奧地利均用乳狀液膜技術處理含Zn廢水,此外也應用於鍍Au廢液處理中。膜萃取技術是一種高效、無二次污染的分離技術,該項技術在金屬萃取方面有很大進展。
6離子交換法
離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質的方法,應用的離子交換劑有離子交換樹脂、沸石等等,離子交換樹脂有凝膠型和大孔型。前者有選擇性,後者製造復雜、成本高、再生劑耗量大,因而在應用上受到很大限制。離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動的離子與被處理的溶液中的離子通過離子交換來實現的。推動離子交換的動力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對離子的親和能力,多數情況下離子是先被吸附,再被交換,離子交換劑具有吸附、交換雙重作用。這種材料的應用越來越多,如膨潤土,它是以蒙脫石為主要成分的粘土,具有吸水膨脹性好、比表面積大、較強的吸附能力和離子交換能力,若經改良後其吸附及離子交換的能力更強。但是卻較難再生,天然沸石在對重金屬廢水的處理方面比膨潤土具有更大的優點:沸石是含網架結構的鋁硅酸鹽礦物,其內部多孔,比表面積大,具有獨特的吸附和離子交換能力。研究表明,沸石從廢水中去除重金屬離子的機理,多數情況下是吸附和離子交換雙重作用,隨流速增加,離子交換將取代吸附作用佔主要地位。若用NaCl對天然沸石進行預處理可提高吸附和離子交換能力。通過吸附和離子交換再生過程,廢水中重金屬離子濃度可濃縮提高30倍。沸石去除銅,在NaCl再生過程中,去除率達97%以上,可多次吸附交換,再生循環,而且對銅的去除率並不降低。
三、生物處理技術
由於傳統治理方法有成本高、操作復雜、對於大流量低濃度的有害污染難處理等缺點,經過多年的探索和研究,生物治理技術日益受到人們的重視。隨著耐重金屬毒性微生物的研究進展,採用生物技術處理電鍍重金屬廢水呈現蓬勃發展勢頭,根據生物去除重金屬離子的機理不同可分為生物絮凝法、生物吸附法、生物化學法以及植物修復法。
1生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉澱的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產生並分泌到細胞外,具有絮凝活性的代謝物。一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物質構成,分子中含有多種官能團,能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉澱。至目前為止,對重金屬有絮凝作用的約有十幾個品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2+、Hg2+、Ag+、Au2+等重金屬離子形成穩定的鰲合物而沉澱下來。應用微生物絮凝法處理廢水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好,且生長快、易於實現工業化等特點。此外,微生物可以通過遺傳工程、馴化或構造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有廣闊的應用前景。
2生物吸附法
生物吸附法是利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶於水中的金屬離子,再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。利用胞外聚合物分離金屬離子,有些細菌在生長過程中釋放的蛋白質,能使溶液中可溶性的重金屬離子轉化為沉澱物而去除。生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易於分離回收重金屬等特點,已經被廣泛應用。
3生物化學法
生物化學法指通過微生物處理含重金屬廢水,將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。硫酸鹽生物還原法是一種典型生物化學法。該法是在厭氧條件下硫酸鹽還原菌通過異化的硫酸鹽還原作用,將硫酸鹽還原成H2S,廢水中的重金屬離子可以和所產生的H2S反應生成溶解度很低的金屬硫化物沉澱而被去除,同時H2SO4的還原作用可將SO42-轉化為S2-而使廢水的pH值升高。因許多重金屬離子氫氧化物的離子積很小而沉澱。有關研究表明,生物化學法處理含Cr6+濃度為30—40mg/L的廢水去除率可達99.67%—99.97%。有人還利用家畜糞便厭氧消化污泥進行礦山酸性廢水重金屬離子的處理,結果表明該方法能有效去除廢水中的重金屬。趙曉紅等人用脫硫腸桿菌(SRV)去除電鍍廢水中的銅離子,在銅質量濃度為246.8mg/L的溶液,當pH為4.0時,去除率達99.12%。
4植物修復法
植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉澱、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量,以達到治理污染、修復環境的目的。植物修復法是利用生態工程治理環境的一種有效方法,它是生物技術處理企業廢水的一種延伸。利用植物處理重金屬,主要有三部分組成:
(1)利用金屬積累植物或超積累植物從廢水中吸取、沉澱或富集有毒金屬;
(2)利用金屬積累植物或超積累植物降低有毒金屬活性,從而可減少重金屬被淋濾到地下或通過空氣載體擴散:
(3)利用金屬積累植物或超積累植物將土壤中或水中的重金屬萃取出來,富集並輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分。通過收獲或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條,降低土壤或水體中的重金屬濃度。在植物修復技術中能利用的植物有藻類、草本植物、木本植物等。
藻類凈化重金屬廢水的能力,主要表現在對重金屬具有很強的吸附力,利用藻類去除重金屬離子的研究已有大量報道。褐藻對Au的吸收量達400mg/g,在一定條件下綠藻對Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金屬離子的去除率達80%—90%,馬尾藻、鼠尾藻對重金屬的吸附雖然不及綠海藻,但仍具有較好的去除能力。
草本植物凈化重金屬廢水的應用已有很多報道。鳳眼蓮是國際上公認和常用的一種治理污染的水生漂浮植物,它具有生長迅速,既能耐低溫、又能耐高溫的特點,能迅速、大量地富集廢水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等多種重金屬。有關研究發現鳳眼蓮對鈷和鋅的吸收率分別高達97%和80%。此外,還有很多草本植物具有凈化作用,如喜蓮子草、水龍、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。
木本植物具有處理量大、凈化效果好、受氣候影響小、不易造成二次污染等等優點,受到人們廣泛關注。同時對土壤中Cd、Hg等有較強的吸附積累作用,由胡煥斌等試驗結果表明:蘆葦和池杉對重金屬Pb和Cd都有較強富集能力。
⑼ 用途及要求
由於海泡石晶體形態為纖維狀,內部多孔,表面積大,吸附性強,具優良的抗鹽性和耐熱性,其用途非常廣泛,據國內外資料統計,其用途已有130多種,成為世界上用途最廣的原物原料之一。海泡石的主要用途見表9-2。
表9-2 海泡石的主要用途
續表
1.泥漿材料
海泡石呈纖維狀,孔隙度高、易分散,對電解的靈敏度很小,具有良好的抗鹽性和耐熱性,是當前最好的特殊泥漿材料,是地熱鑽進、鹽類地層鑽進、海洋鑽進等各種特殊鑽井中最理想的泥漿材料。按OCMA標准,抗鹽粘土在飽和鹽水中的適漿率為12.5m3/t。海泡石含量30%~73%的粘土,飽和鹽水中的適漿率為12.8~15.5m3/t。使用氧化鎂、馬來酸酐與乙烯的共聚物等作添加劑,可提高海泡石保水性能,提高其造漿率。
2.油脂脫色劑
當用海泡石處理油類物質時,海泡石的作用是除臭、脫水、中和和脫色。尤其是當海泡石粘土經酸、熱活化處理後,具有更為優良的吸附脫色性能,用於植物油、煤油、20號機油、廢船泊油的脫色效果顯著,其脫色力遠優於用膨潤土生產的活性白土。在普通漂白土中添加少量的海泡石還能改進過濾特性。海泡石對棉籽油有強漂白作用。植物油中的有色化合物通常是葉綠素、葉紅素、葉黃素之類,其分子體積較大,不能滲入海泡石的孔隙。礦物油中的有色化合物為簡單分子,通常是環烷衍生物,能夠進入海泡石的孔隙。海泡石具有良好的漂白性能可歸因於它具有很大的表面積和物理、化學吸附性能。海泡石用於油類脫色劑時,一般用量為1%~2%,但操作條件則視油的種類而定。工作溫度為90~110℃,因較高的溫度可降低油的黏度和促進化學吸附作用。接觸的時間一般是35~40min。
作為活性白土的質量要求為:脫色力>150,游離酸<0.20%,水分5.0%~13.0%,粒度200目。
3.有機海泡石
利用海泡石的離子交換性(結構中Al3+取代Si4+後出現負電荷,結構邊緣破壞形成不飽和電價需陽離子來平衡電價)與有機物作用,形成的有機海泡石,在非極性如油類物質介質中有較高的分散能力,且呈穩定的膠體,可用於油基塗料、油類化妝品、潤滑劑、油水鑽井泥漿的增稠劑、黏度調節劑、懸浮劑和乳膠穩定劑。
4.吸收劑
海泡石不但是水和油的良好吸附劑,而且對濕氣和有機蒸氣也有很高的吸附能力。尤其是對乙烷、苯、甲醇一類的有機溶液及金屬離子亦有很強的吸附能力。
(1)海泡石用作含重金屬離子廢水處理吸附劑
以海泡石精礦和硅溶膠為基本原料,加水混煉成型、焙燒活化後製成的吸附劑,對金屬離子除去率高,特別是對鉛的吸附效果特別好,除去率可達95%以上,優於活性炭、活性白土、硅膠、氧化鋁等吸附劑,且具有吸附速度快、價格便宜、能回收再生等性能;以海泡精礦與一定量的腐殖酸,加水充分混煉成泥狀,擠壓成2mm短柱或直徑為3mm的球狀,經低溫焙燒、空氣冷卻等流程製成的含鉻廢水處理吸附劑,對含鉻廢水處理效果極佳。海泡石原土也可做吸附劑使用,當其被加熱至200~300℃脫去其吸附水和沸石水後,在不明顯降低其表面積的情況下吸附性能將增強。
(2)海泡石除臭劑
在實驗室以及工業生產中產生的各種含酸廢氣,環保部門多採用燒鹼、KOH、消石灰、碳酸鈣、K2CO3等的水溶液、漿劑或者直接使用鹼性固體物吸收除去。利用海泡石的吸附性和多孔性、黏性大的性質,以海泡石加消石灰等為原料,經混練加工成條狀製成的酸性氣體吸收劑,對SO3、HF氣體的凈化效果特好,對廢氣的凈化效果優於現行各項凈化方法,加工使用方便,價格低廉。
利用海泡石對臭氣分子有很強的吸附能力,特別是對生物的排泄物、腐爛味和具屍臭味的1,4-胺丁烷和1,5-胺戊烷以及包含在排泄物臭氣中的吲哚和丁烷一類,具有速效吸附特性,採用以改性後的海泡石為主料配以一定量的磷酸和其他吸附劑材料製成的海泡石除臭劑,經試驗效果極好。按40g海泡石/m3的比例使用時,能使氨的環境濃度從100×10-6降至8×10-6。因此,海泡石適用於動物集中的飼養場,來控制氨的污染程度。
(3)清潔劑
海泡石系列清潔劑包括:①海泡石洗發膏:由海泡石精礦漿添加洗滌劑、增泡劑、防腐劑、香料、色素等原料製成。②清洗劑:以海泡石精礦漿加十二烷基苯磺酸鈉、草酸、色料等配置而成,適用於衛生間搪瓷、陶瓷設備及地面用清洗。③金屬清洗劑:以海泡石精礦漿為主料,加少量碳酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等製成,用於發動機、機床等金屬機件的清洗,去油污效果好,對零件無腐蝕,不刺激皮膚,棉紗消耗少,適用於一般鋼件及機床的清洗,對清潔油手套、油工作服效果亦好。
(4)海泡石冰箱吸味劑
該吸味劑除臭快,效果好,能反復再生使用。
(5)卷煙焦油吸附劑
香煙濾嘴如纖維素醋酸鹽濾嘴等,只能機械濾掉懸浮於煙霧氣體中的微粒,而不能吸附氣體;使用活性炭濾嘴,因其具有大的吸附表面積,可以無選擇地吸附香煙煙霧中的氣體物質。用海泡石作香煙濾嘴時,可將有害健康的極性氣體化合物如氨腈、丙酮、丙烯醛等優先吸附掉,而對增加煙草香味的微極性化合物如甲基呋喃、二甲基呋喃或萜二烯等,則吸附甚少。因此,利用提純後的海泡石作添加劑製成的卷煙焦油吸附劑,可使卷煙焦油餘量由中焦油降為「低焦油」,易達到低於12mg/g的國際標准。這種利用天然礦物做吸附劑降低焦油的方法,較之活性炭等更為優異。海泡石作卷煙焦油吸附劑使用時,需對其進行加熱加酸處理,以改變其內部結構、孔隙度及表面酸中心的性質和數量,使之成為性能更好的吸附劑。
(6)海泡石乾燥劑
以海泡石精礦與少量添加劑經混煉成型等工序製成的乾燥劑,經200℃左右烘幹活化即成。與通常使用的硅膠乾燥劑相比較,在同一吸濕環境下,硅膠的吸濕率為25.90%;而海泡石乾燥劑為48.94%,且反復再生後吸濕率仍可達25%;原料價格低廉,加工工藝簡單。其缺點是吸濕後機械強度降低。
5.塗料填料及增稠劑
在水性塗料中加入海泡石,能增加塗料的懸浮性而不至於沉澱,塗料具有耐洗刷性、耐水浸泡性、耐鹼、黏結強度高、塗層堅韌緻密、光澤柔和等特點,是良好的防水防潮塗料填料。海泡石也可用做製造膏狀塗料及聚醋酸乙烯乳膠漆的添加劑。
6.海泡石保溫塗料
利用纖維海泡石做主要原料,可生產出新型保溫塗料,使用溫度可達600℃,保溫效果好,施工方便,無毒無害。
7.在復寫紙(CNR紙)中的應用
海泡石是理想的催化載體,在紙的正面塗海泡石,反面塗一層無色的中間顏料,如CVL(晶體紫羅蘭甲醇)或三色BLMB(n-無色亞甲基苯甲醛)的薄膜。經書寫或打字等加壓,使顏料薄膜破裂而滲入到海泡石塗層中,由於海泡石四面體中的Al3+取代Si4+,而出現Lewis酸中心,因而是很好的顯色物質,在顏色顯現後,海泡石的表面能使得顏料分子吸附其上,固定並能保持顏色不變。
8.橡膠填料及補強劑
以海泡石精礦為橡膠補強填料,可代替白炭黑(沉澱二氧化硅)作橡膠補強劑,它特別適用於扯斷伸長率要求較高的橡膠製品。有人通過實驗驗證,用海泡石全部代替白炭黑生產的藍色鞋大底,各項強度指標超過一級品規定指標,耐磨性還得到了改善,且成本比白炭黑降低,是實用的補強填料。
9.作飼料添加劑
利用海泡石具有吸附性、自由流動性、抗膠凝性、化學惰性及無毒性等性能,可生產海泡石飼料添加劑,經牲畜飼養結果表明,可降低飼料消耗6.1%,縮短飼養期15~20天。
10.作電焊條葯皮配料
焊條原料主要由人造金紅石、碳酸鹽、錳鐵及Al2O3構成。應用海泡石粘土和天然鈦鐵礦作為葯皮配方的主體材料,加入適量的有機質(木粉、澱粉等)作還原劑,並輔以其他材料,可形成「鈦鐵礦-海泡石粘土有機物」為主體材料的新型電焊葯皮配方體系,製成的電焊條美觀,可減少電火花,降低還原鈦鐵礦用量,減少成本等。
11.海泡石復合肥料
海泡石復合肥料由氮、磷、鉀三種養分加海泡石粉混合而成。對土壤具有保水保肥等性能。
12.納米反應器
海泡石晶體結構中具有的納米級通道,就像「納米試管」一樣,具有同樣的大小和形態,為形成尺寸一定、分布均勻及有特定空間構型的半導體團簇的合成提供了很好的場所(模板)。因此,國外利用此類礦物的納米通道結構組裝量子線的研究非常活躍,把這些礦物的納米通道結構作為「微型的納米反應器」。國外正在進行海泡石的納米通道結構中組裝CdAs半導體和發光體量子線的研究,並發現了特殊的納米效應和性能,為量子納米器件的組裝奠定了基礎。
13.催化劑載體
工業用催化劑,要求具有一定的強度、良好的熱穩定性及大的比表面積。在pH值為7時,用金屬鹽處理海泡石時,催化劑能浸滿海泡石表面,也能置換海泡石結構中八面體片的部分Mg2+。因此,海泡石可作為Zn,Cu,Mo,W,Fe,Co和Ni等金屬離子的載體做催化劑。
負載了Mn,Mg,Cu或Zn的海泡石催化劑,可用於從乙醇中生產丁二烯。負載了Al和Mg的海泡石催化劑,可用於從甲醇中提取烴。負載了Ni或Co的海泡石催化劑,可用於氫催化裂解含10個或10個以上碳原子的n-鏈烷。
⑽ 海泡石的主要用途
海泡石用途多達130多種,成為當今世界用途最廣的礦物原料之一。
煙斗海泡石質輕,散熱性好,而且由於石質細膩、柔軟,故能在外壁雕刻出十分精巧細致的浮雕圖案(一般取材自古希臘、古羅馬的神話故事,也有動植物、人物等造型),具有很高的藝術價值。
這也是其優於石楠根的地方之一。海泡石煙斗用久了,在煙油和手汗的內外共同作用下,會散發出自然、深邃和高貴的棕金色(石楠根亦具相似特點,但由於海泡石本身呈乳白色,所以變色比前者更明顯)。
最優質的海泡石,產自土耳其中部的Eskishehir。另外,東非的坦尚尼亞亦有出產。
煙嘴一般用天然/合成的琥珀,或者動物的角、骨製造。海泡石因其特殊性質,較適合作為造煙斗的材料;另一方面,亦由於質地脆弱、易碎,所以只適合資深煙斗客考慮。