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有色重金属废水处理与循环利用研究

罗胜联  
【摘要】: 我国存在严重的水资源危机,尤其是重金属质量型缺水。重金属废水排放一方面造成资源浪费,另一方面影响居民的饮用水安全,其治理一直是世界环保领域的重大课题。目前,有色行业重金属废水的排放已成为饮用水源最大的安全隐患之一,开展有色重金属废水处理与循环利用技术研究对解决水资源危机、促进有色行业的可持续发展具有重要意义。 基于有色行业重金属废水的特点与重复利用,结合实际生产过程,提出了“石灰中和—配合—回流”新工艺。采用该工艺技术处理有色重金属废水可解决传统石灰法处理在高pH值时才能达标排放的技术瓶颈,实现控制pH值为8.5左右达标排放的目标,且净化水中钙离子浓度下降到400mg/L左右。开发了具有很强絮凝作用的新型水处理活性因子PMB,中和渣的回流比控制在5%以下即可满足水处理过程对回流渣量的要求,浓缩后渣的含水率平均为77.29%,比传统石灰中和渣的含水率(97.98%)下降了20.69%。新工艺得到的渣中金属含量由原来的25%-27%提高到31%-33%,有利于重金属的回收。新工艺经4个月的稳定运行,出水重金属锌、铅、铜、镉、砷离子及pH值均达到了国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)。 依据构效关系、协同效应设计开发了阻垢缓蚀性能达到相关优级标准的YJ水质稳定剂。采用静态快速阻垢实验、动态阻垢实验研究了所开发的水质稳定剂的阻垢性能,采用SEM、XRD等现代测试手段对垢层进行物相结构及显微分析,以探讨水质稳定剂阻止或延缓碳酸钙、硫酸钙垢生成的机理。水质稳定剂吸附在生成的碳酸钙、硫酸钙等晶体的晶面或晶格点上,使晶体在生长过程中受到阻碍或产生畸变,破坏其成垢过程而达到阻垢缓蚀的目的。现场中试研究表明,向系统中投加YJ水质稳定剂后循环水的结垢与腐蚀趋势明显减弱,回用水的动态污垢热阻小于1×10~(-4) m~2·h·c/kcal,污垢附着速度小于15mg/cm~2·mon,废水的各项指标可满足循环用水指标的要求。 采用电化学极化、Tafel曲线及交流阻抗法、恒电势法等研究了净化水回用对电解锌的影响。水质稳定剂吸附在电极/溶液界面从而增大金属锌离子还原过程的电化学极化,起到了细化晶粒,平滑锌沉积层的作用。水质稳定剂在一定程度上抑制了阴极副反应(析氢)的进行,有利于提高电解锌的电流效率。 针对石灰中和净化水的深度净化问题研制了新型生物制剂B,提出并开发了“生物吸附—脱钙”深度处理新工艺。以城市生活污水厂的剩余活性污泥为主体,根据石灰中和净化水中金属离子的特性,通过添加调整因子H对其进行改性、调整,使其富含高效特异功能菌群,制得生物制剂B。优化了生物制剂B处理重金属废水的工艺条件,复配了深度净化-可控脱钙的生物制剂B和碳酸钠体系。生物制剂B对低浓度的铜、锌、镉离子具有较好的吸附能力,去除率分别达到96.47%,80%,90%,对铜离子表现出优先吸附。优化了生物制剂B脱除低浓度重金属离子及K_2CO_3废液和Na_2CO_3废液深度脱钙的扩试工艺条件,并进行了连续试验,深度净化水后出水重金属铜、铅、锌、镉、砷、镉离子浓度完全达到了《生活饮用水水源水质标准》(CJ3020—93),可实现100%回用或“零排放”。32m~3/h石灰中和净化水深度处理的运行费用0.84元/m~3,1000m~3/h石灰中和净化水深度处理的运行费用0.53元/m~3。 建立了生物制剂B对重金属离子的吸附模型。在单一重金属体系中,生物制剂B对铜、锌、镉三种重金属离子的吸附符合Freundlich模型。采用Zeta电势表征了渣的沉降过程,生物制剂B和K_2CO_3废液体系处理石灰中和净化水时,加入PAM有助于渣的沉降,而生物制剂B和Na_2CO_3废液体系则无需加入PAM亦具同样好的沉降效果。采用XRD、m等现代测试手段分析了生物制剂B处理重金属离子及深度脱钙的机理。在废水中分别投加两种废液后沉降的主要晶体物质都是CaCO_3,生物制剂B中存在有—C=O、—NH_2、C=C或苯环双健,CH_3—、CH_2—及-C-O-键,由于吸附重金属离子以及废水碱性环境的作用,吸收峰强度和峰的位置发生了变化,表明生物制剂自身或其代谢产物可能与废水中的金属离子、钙离子发生了吸附、配合、沉淀或离子交换等作用。


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