[发明专利]一种处理重金属废水的一体化工艺

说明书

技术领域

本发明属于重金属废水处理技术领域，具体涉及一种处理重金属废水的一体化工艺。

背景技术

重金属污染具有难降解、易富集、难去除等特点，不但毒性大，同时具有隐蔽性、不可逆性和长期性，它可以在生物体内蓄积，并通过食物链的生物富集作用使毒性放大，因此重金属污染已经成为目前危害最大的水污染问题之一。重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成重金属进入大气、水、土壤中。含重金属工业废水主要来源于机械加工废水、矿山开采业废水、钢铁及有色金属的冶炼废水、电镀厂镀件洗涤水以及电解、农药、医药、油漆、染料等行业废水。废水中重金属的种类、含量及存在形态与生产工艺有关，主要包括镉、镍、汞、锌、铜、铬、铅等，其含量在几个到上千毫克/升之间。研究表明我国大部分水域都已受到重金属的严重污染，21个沿江主要城市中，攀枝花、宜昌、南京、武汉、上海、重庆6个城市的重金属累积污染率已达到65%；黄河、珠江、海河等也受到重金属不同程度的污染。此外，在污水生物处理中，重金属离子存在将影响活性污泥微生物的生理生化活性，进而引起生物群落结构变化，并最终导致污水生物处理效率降低乃至出现事故。另一方面，重金属也是不可缺少的工业资源。我国金属资源尤其是有色金属资源相对匮乏，若将含重金属工业废水作为资源载体，探索废水处理过程中重金属的“减排化”和“资源化”，可相应减轻其对环境的污染负荷。

目前, 国内外对含重金属工业废水的处理方法主要有三类：第一类是废水中的重金属离子经化学反应去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法、电化学还原法等；第二类是在不改变废水中重金属化学形态的条件下进行吸附、浓缩、分离的方法，包括离子交换、吸附和膜分离等；第三类是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属，包括生物絮凝法、生物化学法和植物生态修复等。这些方法中有的用到有毒有害试剂，有的成本高，有的稳定性差，有的操作繁琐，有的富集因子低。例如：中和沉淀法可以有效去除水中重金属离子，但是该法需要投加大量化学药剂，且产生大量的含重金属化学污泥，极易造成二次污染；硫化物沉淀法是使用硫化剂使重金属离子转化为不溶的硫化物沉淀，但是硫化剂本身具有一定毒性，而且价格较高；电化学法只适合处理高浓度的重金属废水，电耗大、投资成本高；离子交换法中离子交换装置价格昂贵，且不易再生；膜分离法不适用于处理高浓度重金属废水，且存在重金属浓缩液的处置问题。因此，传统的重金属去除工艺各有利弊和局限性。

新兴技术也给重金属的处理提供了更为广阔的发展前景。铁类氧化物或氢氧化物对于重金属迁移有关键作用，铁氧化物表面在水中发生羟基化反应，形成的≡OH基团可将重金属螯合于固体表面；此外金属铁（零价铁）具有良好的还原性能，与水反应可有效控制环境 pH和氧化还原条件，从而控制重金属固液界面迁移，可有效分离多种重金属。应用的零价铁材料中，主要有铁屑，铁粉，纳米铁粉和海绵铁。有些研究小组通过超声波协同作用，杂化重金属离子如钯，镍，用酸将零价铁表面钝化层进行蚀刻等提高零价铁的活性，但这些方法在实际工业化过程中受到限制，因此，如何高效控制含重金属工业废水污染，如何实现重金属的资源化利用是当前我国亟待解决的问题。

纳米零价铁是具备还原性能零价铁与吸附性能铁氧化物两种纳米材料的复合体，在水环境中有丰富的表面化学反应。纳米零价铁(nZV1)是指粒径在1-100 nm之间、比表面积为30-70 m²/g的Fe粒子。纳米零价铁结构清晰且兼具吸附/氧化/还原多种功能，其存在形式分为分散型和负载型，该材料由于其比表面积大，反应速率高，所需时间短，对重金属污染物的处理效果远优于普通零价铁材料，因此，纳米零价铁被认为是治理重金属废水的理想材料。