超濾技術在工業廢水處理中的應用
簡介:超濾是迅速崛起的一門分離技術,它在環境保護的水處理中有著廣泛的應用。文章簡要介紹了超濾技術的發展現狀,並對超濾分離法在電泳漆、化學纖維、紡織、造紙、印鈔、釀造、製革、石油和食品工業廢水處理中的應用進行了綜述。
早在1861年Schmidt用牛心包膜截留阿拉伯膠,可作為世界上第一次超濾試驗,到1960年,在Loeb和Sourirajan試驗成功不對稱反滲透醋酸纖維素膜的影響下,1963年Michaels開發了不同孔徑的不對稱CA超濾膜。基於CA膜物化性質的限制,1965年開始,不斷有新品種的高聚物超濾膜問世,並很快商品化,1965-1975年是超濾工藝大發展的階段,膜材料從初期的不對稱CA膜擴大到現在的聚碸(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚醚碸(PES)以及各種高分子合金膜等,膜組件有板式、卷式和中空纖維等,在不同的生產過程中都已成功的應用[1]。目前所用超濾膜較多由高分子材料製成,隨著工業上超濾技術的應用和發展,以金屬、陶瓷、多孔硅鋁等材料製成的無機膜,在20世紀80年代初期至90年代獲得了重要發展。如1980-1985年期間,美國UCC公司開發的載體為多孔炭、外塗一層陶瓷氧化鋯的無機膜可用作超濾膜管,美國Alcoa/SCT公司開發的商品名為Membralox的陶瓷膜管,能承受反沖,可採用錯流(CrossFlow)操作[2]。用無機膜進行超濾,比常規的分離技術更加經濟有效。目前工業所用的無機膜幾乎全部是多孔陶瓷膜或以多孔陶瓷為支撐體的復合膜。隨著粉末技術的發展,很多優質價廉的燒結金屬微孔管投入市場,它具有易於和金屬構件組合、加工等優點。近年來,國外還有人燒結不銹鋼微孔管內壁燒結孔徑為0.1納米的TiO2薄層,構成Scepter不銹鋼膜[3]。
近30年是超濾技術迅速發展的時期,超濾技術被廣泛地應用於飲用水制備、食品工業、制葯工業、工業廢水處理、金屬加工塗料、生物產品加工、石油加工等。
1 工業廢水處理中的應用
目前膜法水處理技術在環境過程中的應用,主要是超濾、反滲透、滲析和電滲析等方法用於處理各工業廢水。超濾技術因其操作壓力低、能耗低、通量大、分離效率高,可以回收和回用有用物質和水,特別是通量大的特點,使得超濾成為廢水處理工程採用的主要膜分離技術。
1.1 電泳漆廢水
國外超濾技術的較大規模應用開始於70年代,當時就是主要用於電泳塗漆工業。廢水中的漆料是使用漆料總量的10%~50%,採用超濾技術處理電泳漆廢水不僅可以減少漆的損失和回用廢水,而且可以使有害無機鹽透過超濾膜從而提高了電泳漆的比電阻,調節和控制、漆液的組成,保證電泳塗漆的正常運行。70 年代初期主要用CA膜管式超濾器處理陽極電泳漆廢水,70年代後期,改用框式、卷式、中空纖維式超濾器處理陰極電泳漆廢水。國內一些汽車廠、電泳漆行業也採用超濾技術,如長春汽車轎車廠從Aomicon公司引進中空纖維式陰極電泳漆專用超濾器,由30根直徑7.62cm的膜組件並聯而成,總膜面積約75 cm2,處理能力為1.5 t/h,裝有循環液定時自動換向系統,以減少膜污染,延長膜清洗周期。北京某汽車廠原排放電泳漆廢水量為200 m3/d,工件帶出漆液量19.13 L/h,經用超濾法處理後,保證了電泳槽漆液的電阻率大於500 Ω/cm,維持了電泳漆的固體含量穩定,對電泳漆的截留率為97%~98%,排水量降到5 m3/d,節省了大量補充的去離子水[4]。中國科學院生態環境研究中心研製出荷正離子的中空纖維膜組件,對比實驗表明結果良好,與進口膜性能相近,可以用於生產。無錫超濾設備廠對有關的超濾膜進行開發,以共聚丙烯腈為膜材料,二甲基乙醯胺為溶劑,添加適量致孔劑製取的荷正電荷超濾膜透液量大,性能穩定,油漆截留率高,抗污染性能好,也已用於生產。我國許多廠家引進國外超濾裝置,所以用性能優良的國產荷電超濾膜裝置取代進口裝置成為現在的新目標。
1.2 化纖、紡織工業廢水
化纖工業中有多種廢水可用超濾法處理與回收。如回收聚乙烯醇(PVA),國外不少工廠已用於生產。日本某工廠採用8 cm2的管式超濾器將PVA原液由0.1%濃縮到10~15倍,進口壓力為3.92×105 Pa,出口壓力為1.96×105 Pa,進料溫度55~66℃,膜的水通量為100~140 L/ (cm2·h),對PVA的分離率為98.2%,每天回收PVA 20 kg,運行良好[5]。
染料廢水種類繁多,組成復雜,主要包括含鹽、有機物的有色廢水;氯化及溴化廢水;含有微酸和微鹼的有機廢水;含有銅、鉛、鉻、錳、汞等陽離子的有色廢水;含硫的有機物廢水。廢水量大,濃度高,色度高,毒性大,是治理難度最大的工業廢水之一。上海印染廠最早採用醋酸纖維外壓管式超濾裝置處理還原染料廢水並回收染料獲得成功,中科院環境化學所也完成了用聚碸超濾膜管式和中空纖維式裝置處理染料廢水的現場實驗,脫色率為95%~98%,COD去除率60%~90%,濃縮液含染料15~20 g/L,並被印染廠引用於生產[6]。
洗毛廢水是紡織工業污染最嚴重的廢水之一,洗毛廢水中含有大量的懸浮物、油脂和合成洗滌劑,其中主要污染物是羊毛脂。羊毛脂是日用化工、醫葯工業的原料,也是很好的防腐劑和潤滑劑,具有較高的經濟價值。傳統回收羊毛脂的方法回收率較低,而採用超濾技術處理洗毛廢水取得了好的效果。國內的許多毛紡廠和洗毛廠採用超濾法處理洗毛廢水工藝,該工藝包括預處理、超濾濃縮、離心分離和水回用四個系統,比傳統的離心工藝羊毛脂回收率提高1~2倍。具體操作工藝條件為[7]:料液溫度50 ℃,操作壓力0.12~0.35 MPa,膜表面流速3 m/s,膜平均水通量40 L/(cm2·h),濃縮倍數為3~6倍,結果油脂截留率為98%~99%,COD截留率為90%~98%。
1.3 造紙工業廢水
造紙工業耗水量極大,造紙廢水主要來源於去皮、漿化、洗凈、漂白、抄紙等工序。用超濾技術處理造紙廢水既可以對廢水中某些有用成分進行濃縮回收,又可將透過水回用。開山屯化纖漿廠是國內制漿造紙行業中第一家引進了具有國際80年代先進水平的大型超濾設備,並成功地用於亞硫酸鹽制漿廢液的處理,在此基礎上又用自製聚碸膜代替進口膜而取得成功,實驗證明達到了DDS公司生產的FSN61PP超濾膜的水平。工藝為:將廢液預熱升溫到50~70℃,打開進料閥,廢液經過過濾器進入儲罐內,超濾始終控制入口壓力0.6 MPa,出口壓力0.3 MPa,膜的工作溫度60~65 ℃,膜工作面積2.25 cm2。結果成品的木質素磺酸濃度大於95%,還原物去除率大於85%,固形物的率大於30%,達到了對廢液中高分子木質素磺酸的有效分離、純化以及濃縮的目的。日本於1981年採用NTU-3508超濾組件建成了日處理4000 m3的管式膜裝置,是世界上最大規模的裝置。我國目前已具備生產此類超濾和反滲透膜組件的能力,並迅速推廣[8]。
1.4 印鈔廢水
我國印鈔業擦板廢液的處理一直是困擾印鈔行業的老大難問題。中科院上海原子核研究所與上海印鈔廠、南昌印鈔廠、西安印鈔廠等合作,從1993年開始進行了用板式超濾器處理擦板廢液的工作,並對原有的HPL-Ⅱ(A)型超濾器進行了改進,研製成功適用於處理印鈔擦板廢液的HPL-Ⅱ(B)型板式超濾器。經超濾處理後,透過膜的清液不含油墨,鹼的含量不變,對COD的去除率為99%以上,對固含量為3%的擦板廢液可濃縮至12%,廢液的回收率為75%,且比採用中和法處理廢液省力省大量資金。
1.5 釀造工業廢水
味精廢液是含大量菌體等有機物、氯化物的粘性液體,COD高達70 000 mg/L,廢液的排放對環境造成嚴重的污染,同時廢液中還含有一些價值很高的代謝副產物。味精廠用CA、PS、PVC等超濾膜對味精廢液進行處理,其操作條件為:操作壓力0.25MPa,操作溫度25℃,超濾濃縮倍數5~6倍,處理結果表明:透過液清澈透明,菌體去除率達98%以上。透過液經管道輸入醬油廠用來生產味精醬油;對濃縮液進行超濾可得到含蛋白質和脂肪及核酸的價值很高的代謝副產物;超濾谷氨酸發酵液,透過液清澈透明,用來提取谷氨酸可提高純度和提取率[9]。
1.6含油廢水的處理
乳化油廢水是一種常見的工業廢水,超濾法處理乳化油廢水應用已有20多年。在1979年,西德已有超過250個超濾設備被用於濃縮乳化油,所用膜組件為管式、卷式和板式,1989年膜生產單位提高為能處理乳化油廢水的系列膜設備。採用荷電中空纖維膜處理含有氫氧化鈉、磷酸鹽、碳酸鈉、硼酸鈉、亞硝酸鈉和非離子或陰離子表面活性劑的乳化油廢水時,在溫度50℃,進口壓力0.12 MPa,出口壓力0.10 MPa時,透過液通量達25~33 L/(cm2·h),透過液含油量僅十幾mg/L。對於含有氫氧化鈉、鹽等水溶液和部分表面活性劑的透過液稍加調整即可回用脫脂。濃縮液進入油-水分離器,分離出來的油品可回收形成無排放體系。目前,上海寶鋼採用Abcor公司管狀膜的大型超濾設備來處理乳化油廢水。中科院上海原子核研究所選用PSF100型超濾膜採用3塊HPM型隔板並聯成板式超濾器,在料液流速1.6 m/s,平均壓力0.3 MPa,自然升溫等運行條件下,先後進行2次連續濃縮運行,結果表明:油分截留率大於99%,COD的去除率達到95%,體積濃縮比高,超濾平均通量為30 L/(cm2·h),處理乳化油廢液效果很好[10]。
含原油廢水中含油量通常為100~1000 mg/L,超過國家排放標准(10 mg/L),故排放前必須進行除油處理。可採用中空纖維超濾膜組件和超濾設備,在操作壓力為0.10 MPa,廢水溫度40℃,膜的透水速度可達60~120 L/(cm2·h),可以把含原油100~1000 mg/L的廢水處理達到環境排放標准10 mg/L以下,也使處理後的水質達到了低滲透油田的注水標准[11]。
金屬加工過程中產生大量的含有切削油、懸浮物和洗滌劑的廢水,必須進行處理才能排放。超濾處理可把廢水分離成兩部分:濃縮液中含有油和懸浮顆粒,透過液中幾乎不含油。用超濾與微濾聯合進行處理,先用微濾把油濃縮至10%,其中微濾膜的透水能力為250 L/(cm2·h),在進行超濾處理,可回收85%的清洗劑。用超濾處理鋼廠冷壓車間的壓延油廢水時,先用80目篩網過濾後,含油廢水進入循環槽,再經60目篩網過濾後進入超濾膜,超濾濃縮液進入油-水分離器,分離出的油含油量大於90%,可進行燃燒處理,分離出的水返回循環槽進行超濾處理。超濾透過液可循環使用,超濾過程中的透水量和透過液的油分濃度都很穩定,不受供給水中油分濃度的影響。
處理石油開采產生的含油廢水,可在油田用膜分離器中進行超濾與反滲透(或納濾)的組合操作。先使分離出的水進入中空纖維超濾膜,透過液再進入反滲透膜(或納濾膜),不但去除了懸浮物,還去除了溶解鹽和溶解油,以滿足特殊水質的要求。
用超濾處理各種乳化油廢水的開發還在進行,分離效率已基本解決,而要攻克的難關是膜的污染與清洗問題[12]。
1.7 製革工業廢水
製革工業脫毛用的原料主要是Na2S和石灰,其廢水產生量約占皮革污水總量的10%,且毒性大,硫化物含量達2 000~4 000 mg/L,懸浮物和濁度值都很大,是皮革工業中污染最為嚴重的廢水。在對廢水進行處理時,用超濾法分離其中蛋白質,採用磺化聚碸類膜進行超濾,把浸灰廢液的濃度提高5~10倍,膜不會出現堵塞現象,其處理效果優於一般凈化技術。
超濾可回收40%的Na2S、20%的石灰和68%~70%的液體,回收大量的蛋白質,據估算,每噸鹽腌皮可獲得30~40 kg的角蛋白,因而具有較好的經濟效益[13]。
1.8食品工業廢水
生產大豆分離蛋白質會產生大量的高濃度有機廢水,用超濾法處理起廢水,既可回收經濟價值很高的可溶性蛋白和低聚糖,又解決了環保問題,並且與傳統的處理方法相比,運行費用低,產出效益高,回收產品質量穩定,操作簡便。
馬鈴薯生產澱粉的廢液有機物含量高,COD通常在10 000 mg/L左右,國外應用超濾技術去除馬鈴薯澱粉排放廢水中的COD並濃縮回收可溶性蛋白質,國內也用膜裝置為聚碸(PS)和聚丙烯腈(PAN)中空纖維超濾膜組件進行實驗,工藝條件為:操作壓力0.10 MPa,進料流量70 L/h,室溫,超濾前調整料液pH 3.5左右(接近蛋白質等電點,截留率高)。實驗結果表明超濾效果較好,廢水的COD值由8 175 mg/L降為3 610mg/L,COD去除率為55.8%。膜污染後用40 ℃、0.1 mol/L的NaOH溶液來清洗,恢復率在90%左右[14]。
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『貳』 中號沖洗器能裝多少毫升水一百毫升水中號沖洗器裝到哪怎麼計量容器水多少是否一百毫升
蛋白質是含氮的有機化合物。食品與硫酸和催化劑一同加熱消化,使蛋白質分解,分解的氨與硫酸結合生成硫酸銨。然後鹼化蒸餾使氨游離,用硼酸吸收後再以硫酸或鹽酸標准溶液滴定,根據酸的消耗量乘以換算系數,即為蛋白質含量。 1.有機物中的胺根在強熱和CuSO4,濃H2SO4 作用下,硝化生成(NH4)2SO4 反應式為: CuSO4 +2NH2-+H2S04+2H+=(NH4)2S04 2.在凱氏定氮器中與鹼作用,通過蒸餾釋放出NH3 ,收集於H3BO3 溶液中 反應式為: (NH4)2SO4+2NaOH=2NH3+2H2O+Na2SO4 2NH3+4H3BO3=(NH4)2B4O7+5H2O 3. 用已知濃度的H2SO4(或HCI)標准溶液滴定,根據HCI消耗的量計算出氮的含量,然後乘以相應的換算因子,既得蛋白質的含量 反應式為: (NH4)2B4O7+H2SO4+5H2O=(NH4)2SO4+4H3BO3 (NH4)2B4O7+2HCl+5H2O=2NH4Cl+4H3BO3 [編輯本段]2 試劑 所有試劑均用不含氨的蒸餾水配製。 2.1 硫酸銅。 2.2 硫酸鉀。 2.3 硫酸。 2.4 2%硼酸溶液。 2.5 混合指示液:1份0.1%甲基紅乙醇溶液與5份0.1%溴甲酚綠乙醇溶液臨用時混合。也可用2份0.1%甲基紅乙醇溶液與1份0.1%次甲基藍乙醇溶液臨用時混合。 2.6 40%氫氧化鈉溶液。 2.7 0.025mol/L硫酸標准溶液或0.05mol/L鹽酸標准溶液。 [編輯本段]3 儀器 定氮蒸餾裝置:如圖所示。 凱氏定氮法儀器1.安全管 2.導管 3.汽水分離管 4.樣品入口 5.塞子 6.冷凝管 7.吸收瓶 8.隔熱液套 9.反應管 10.蒸汽發生瓶 [編輯本段]4 操作方法 1、 樣品處理:精密稱取0.2-2.0g固體樣品或2-5g半固體樣品或吸取10-20ml液體樣品(約相當氮30-40mg),移入乾燥的100ml或500ml定氮瓶中,加入0.2g硫酸銅,3g硫酸鉀及20毫升硫酸,稍搖勻後於瓶口放一小漏斗,將瓶以45度角斜支於有小孔的石棉網上,小火加熱,待內容物全部炭化,泡沫完全停止後,加強火力,並保持瓶內液體微沸,至液體呈藍綠色澄清透明後,再繼續加熱0.5小時。取下放冷,小心加20ml水,放冷後,移入100ml容量瓶中,並用少量水洗定氮瓶,洗液並入容量瓶中,再加水至刻度,混勻備用。取與處理樣品相同量的硫酸銅、硫酸鉀、硫酸銨同一方法做試劑空白試驗。 2、 按圖裝好定氮裝置,於水蒸氣發生器內裝水約2/3處加甲基紅指示劑數滴及數毫升硫酸,以保持水呈酸性,加入數粒玻璃珠以防暴沸,用調壓器控制,加熱煮沸水蒸氣發生瓶內的水。 3、 想接收瓶內加入10ml 2%硼酸溶液及混合指示劑1滴,並使冷凝管的下端插入液面下,吸取10.0ml樣品消化液由小玻璃杯流入反應室,並以10ml水洗滌小燒杯使流入反應室內,塞緊小玻璃杯的棒狀玻璃塞。將10ml 40%氫氧化鈉溶液倒入小玻璃杯,提起玻璃塞使其緩慢流入反應室,立即將玻璃蓋塞緊,並加水於小玻璃杯以防漏氣。夾緊螺旋夾,開始蒸餾,蒸氣通入反應室使氨通過冷凝管而進入接收瓶內,蒸餾5min。移動接收瓶,使冷凝管下端離開液皿,再蒸餾1min,然後用少量水沖洗冷凝管下端外部。取下接收瓶,以0.01N硫酸或0.01N鹽酸標准溶液定至灰色或藍紫色為終點。 同時吸取10.0ml試劑空白消化液按3操作。 計算: X =((V1-V2)*N*0.014)/( m*(10/100)) +F*100 X:樣品中蛋白質的含量,g; V1:樣品消耗硫酸或鹽酸標准液的體積,ml; V2:試劑空白消耗硫酸或鹽酸標准溶液的體積,ml; N:硫酸或鹽酸標准溶液的當量濃度; 0.014:1N硫酸或鹽酸標准溶液1ml相當於氮克數; m:樣品的質量(體積),g(ml); F:氮換算為蛋白質的系數。蛋白質中的氮含量一般為15~17.6%,按16%計算乘以6.25即為蛋白質,乳製品為6.38,麵粉為5.70,玉米、高粱為6.24,花生為5.46,米為5.95,大豆及其製品為5.71,肉與肉製品為6.25,大麥、小米、燕麥、裸麥為5.83,芝麻、向日葵為 5.30。 [編輯本段]注意事項 (1) 樣品應是均勻的。固體樣品應預先研細混勻,液體樣品應振搖或攪拌均勻。 (2) 樣品放入定氮瓶內時,不要沾附頸上。萬一沾附可用少量水沖下,以免被檢樣消化不完全,結果偏低。 (3) 消化時如不容易呈透明溶液,可將定氮瓶放冷後,慢慢加入30%過氧化氫(H2O2)2-3ml,促使氧化。 (4) 在整個消化過程中,不要用強火。保持和緩的沸騰,使火力集中在凱氏瓶底部,以免附在壁上的蛋白質在無硫酸存在的情況下,使氮有損失。 (5) 如硫酸缺少,過多的硫酸鉀會引起氨的損失,這樣會形成硫酸氫鉀,而不與氨作用。因此,當硫酸過多的被消耗或樣品中脂肪含量過高時,要增加硫酸的量。 (6) 加入硫酸鉀的作用為增加溶液的沸點,硫酸銅為催化劑,硫酸銅在蒸餾時作鹼性反應的指示劑。 (7) 混合指示劑在鹼性溶液中呈綠色,在中性溶液中呈灰色,在酸性溶液中呈紅色。如果沒有溴甲酚綠,可單獨使用0.1%甲基紅乙醇溶液。 (8) 氨是否完全蒸餾出來,可用PH試紙試餾出液是否為鹼性。 (9) 吸收液也可以用0.01當量的酸代表硼酸,過剩的酸液用0.01N鹼液滴定,計算時,A為試劑空白消耗鹼液數,B為樣品消耗鹼液數,N為鹼液濃度,其餘均相同。 (10) 以硼酸為氨的吸收液,可省去標定鹼液的操作,且硼酸的體積要求並不嚴格,亦可免去用移液管,操作比較簡便。 (11) 向蒸餾瓶中加入濃鹼時,往往出現褐色沉澱物,這是由於分解促進鹼與加入的硫酸銅反應,生成氫氧化銅,經加熱後又分解生成氧化銅的沉澱。有時銅離子與氨作用,生成深蘭色的結合物[Cu(NH3)4]2+ (12) 這種測算方法本質是測出氮的含量,再作蛋白質含量的估算。只有在被測物的組成是蛋白質時才能用此方法來估算蛋白質含量。 管道直飲水,採用納濾膜特有的選擇透過性性能,可脫除自來水中有機物、細菌和病毒,保留水中有益於人體的微量元素,是對「自來水飲用水的深度處理」,經臭氧、紫外線、變頻恆壓輸出至用戶可直接生飲的水。 分質供水是指根據生活中人們對水的不同需要,由市政提供的自來水為生活飲用水,採用特殊工藝將自來水進行深度加工處理成可直接飲用的純凈水,然後由食品衛生級的管道輸送到戶,並單獨計量。這種直接飲用的純凈水分純水或凈水,即按照中華人民共和國GB 17323《瓶裝飲用純凈水》,以符合生活飲用水衛生標準的水為原料,通過反滲透膜(Revvrse Osmosis Element/RO)凈化處理後,稱為純水。按照建設部CJ 94《飲用凈水水質標准》[3],用同樣符合生活用水衛生標準的水為原料,通過納濾膜(Nanofiltration Element/NF)或法國卡提斯(CARTIS)載銀活性炭凈化處理後,稱為凈水。 國家《生活飲用水管道分質直飲水衛生規范(討論稿)》[2]要求管道直飲水用戶龍頭出水任何時間必須符合《飲用凈水水質標准(CJ 94-1999)》[3]規定要求。管道分質直飲水系統的設計生產必須符合《管道直飲水系統技術規程(討論稿)》[4],在法規上給予了嚴格的行業規范和強有力的衛生行政執法依據,真正確保每一個小區管道分質直飲水用戶的飲水衛生安全與飲用健康,這便是新一代的高效、綠色環保、節能型水質處理供水裝置。 1.2直飲水 以上純水或凈水經臭氧氣液混合後密封於容器中且不含任何添加物,再通過紫外線照射,經電子(場)水處理器(微電解殺菌器)流經的水在微弱的電場中產生大量具有極強和廣譜殺生能力的活性水,由食品衛生級管道供每家每戶直接飲用,可供直接飲用的水叫直飲水。 1.3直飲機 管道直飲機,是在飲水機的基礎功能上增加進水自動控制器,使用時只需將管道直飲機與飲用水管道直接聯接,實現自動進水,可直接飲用的飲水機。是現代住宅小區、寫字樓供水的終端飲水設備。 1.4管道分質供水系統 管道分質直飲水及直飲機是將水處理裝置與供水管網、管道直飲機有機的結合,在處理工藝上都有嚴格要求和衛生規范,工藝中除沉澱、吸附、過濾常規方式外,採用新的水處理材料及工藝,用銅鋅濾料(KDF)替代石英砂;用臭氧(Ozone/Q3)與顆粒活性炭(Grancule Activated Carbon/GAC)結合成生物-活性炭法(Biological Activated Carbon/BAC)消毒方式替代普通活性炭(Activated Carbon/AC);用鈦金屬濾芯(HDF)替代聚丙烯(PPF);用超濾膜(Ultrafiltration Element/UF)作為預處理;用納濾膜(Nanofiltration Element/NF)或卡提斯(CARTIS)替代通常的逆滲透膜(Revvrse Osmosis Element/RO),將水的利用率提高;將電量的消耗減少,產品水主要採用臭氧加紫外線殺菌器的最佳組合,增加電子(場)水處理器(微電解殺菌器),是管道分質供水系統管網循環殺菌的理想產品。對管網進行定期循環,經卡提斯(CARTIS)處理過的水溶氧量大,增加了水的活性,能抑制細菌生長,可持續保鮮,有效保證管網內水的新鮮與飲用衛生安全。系統的供水量嚴格遵守每天的按用水需求量設計,再加上管道直飲機內儲存水容量不會大於3升(家用型)、30升(單位型),保持隨時飲用隨時補充新鮮水。國家《生活飲用水管道分質直飲水衛生規范(2002)》[2]標准(討論稿)要求管道直飲水用戶龍頭出水任何時間必須符合《飲用凈水水質標准(CJ94-1999)》[3]。由於直飲水水質純凈,口感甜潤,每天的產水每天飲用完,管網系統每天定時用臭氧、紫外線殺菌、電子(場)水處理器消毒保鮮,水中含氧量的提高能預防直飲水的二次污染,使每天的直飲水新鮮可口。給水採用恆壓變頻水泵輸送,滿足高層建築要求。分質供水非常適應於現代城市住宅小區管道直接飲用水的需求,從而提高人民生活質量。 1.5預處理裝置 預處理裝置是將自來水經臭氧氧化、活性炭吸附、5μm精度多級過濾,使原水達到初級凈化的裝置。其由臭氧水處理儀、原水罐、增壓泵、銅鋅沉澱過濾、活性炭吸附過濾、金屬鈦棒微孔精密過濾,經預處理後的水滿足超濾膜凈化處理,提供給予後置反滲透膜或納濾膜進水要求。 1.6水質深度處理裝置 水質深度處理裝置是將經預處理後的水,由高壓泵加壓作用於反滲透膜(簡稱RO)或反滲透膜納濾膜(簡稱NF)的反滲透功能達到純凈水的目的[9],電導率檢測儀、臭氧裝置、紫外線消毒殺菌器、和微電腦控制電器組合而成。通過去除水中有機物(如三鹵甲烷中間體、膠體、懸浮物、微生物、細菌、藻類、霉類等)、熱源、病毒、異色異味等,經處理的水質符合衛生部《生活飲用水衛生規范》[1]的有關規定和建設部《飲用凈水水質標准(CJ 94-1999)》[3]。 1.5凈水的製造方法:納濾膜滲透法(簡稱NF) 納濾滲透膜技術是介於反滲透膜與超濾膜性能之間的承前啟後膜技術,作為一種新型分離技術,納濾膜在其分離應用中表現出下列三個顯著特徵[7]:一是其截留分子量介於反滲透膜和超濾膜之間,為150~2000 Å;二是納濾膜對無機鹽有一定的截留率,因為它的表面分離層是由聚電解質所構成,對離子有靜電相互作用。三是超低壓大通量,即在超低壓下(0.1MPa)仍能工作,並有較大的通量。也是最先進、最節能、效率最高的膜分離技術。其原理是在高於溶液滲透壓的壓力下,藉助於只允許水分子透過納濾滲透膜的選擇截留作用,將溶液中的溶質與溶濟分離,從而達到凈化水的目的。納濾滲透膜是由具有高度有序矩陣結構的聚洗胺合成納米纖維素組成的。它的孔徑為0.001微米(相當於大腸肝菌大小的百分之一,病毒的十分之一)。利用納濾滲透膜的分離特性,可以有效的去除水中的溶解鹽、膠體、有機物、細菌和病毒等,納濾膜比反滲透膜優異之處,在於除去有害物質相同之下,納濾膜保留了水分子中人體所需生命元素。有純凈水的口感,礦泉水的微量元素。 2 工藝流程與處理單元 自來水 高頻臭氧 活性炭 銅鋅濾料 鈦金屬 增壓水泵 超濾膜 直飲水 紫外線 恆壓水泵 卡提斯 納濾膜 高頻臭氧 高壓泵 電子水處理儀 電腦控制 鈦金屬 循環水泵 管網用戶 2.1生物活性碳(Biological Activated Carbon) 臭氧活性碳技術是目前國際上最先進的水處理工藝,在日、美、歐等發達國家已廣泛採用,目前我國採用臭氧消毒處理是水處理消毒的發展趨勢。臭氧與顆粒活性炭相結合的臭氧生物活性炭凈水處理工藝(BAC法),包括三個過程:臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解。BAC法能高效去除水中的有機物,延長活性炭使用壽命。 活性炭(Carbon)是一種經特殊處理的炭,每克活性炭的表面積為500~1500平方米。活性炭有很強的「物理吸附」和「化學吸附」功能,解毒作用就是利用了其巨大的面積,將毒物吸附在活性炭的微孔中,從而阻止毒物的吸收。同時,活性炭能與多種化學物質結合,從而阻止這些物質的吸收。 活性炭能夠濾除水中化學有機物、重金屬、色度、異味、氯離子等,主要功能改善口感。 生物活性炭[8],臭氧和活性炭處理的結合,一種電解自由基氧化、生物活性炭水處理技術,將需要處理的原水進入處理單元的電解部分,首先經過陽極產生的羥基自由基的氧化和陰極產生的氫自由基在陰極表面的催化加成,使有機物降解脫毒;同時陽極產生的分子態氧供給下一步生物活性炭利用,經降解脫毒後的處理水再經過生物活性炭處理後,有機污染物進一步去除,達到深度處理的目的。使用該技術處理水源水,可以使原水中的揮發性有機物由原來的11種降解至7種,TOC減少85%以上。可以使生活污水的COD減少75%以上。是一種新型的給水或有機廢水深度處理的技術,在飲用水深度處理與難降解有機廢水處理領域有著廣闊的應用前景。生物活性炭的運行周期一般都達3至4年(使用壽命與水源水質有關); 2.2銅鋅介質沉澱過濾器(KDF) 銅鋅KDF濾料[5]是一種顆粒狀高純度合金,表面有著極強的抗氧化能力,近幾年來流行的新型水處理過濾材料[3]。KDF濾料通過離子的氧化還原反應來工作。這種離子交換使許多有害物質成為無害物質,如使氯成為氯化物,重金屬等附著在凱得菲KDF濾料上,從而降低了有害物質的含量,用KDF濾料進行水處理是一種簡單、低消耗的方法,對於微濾、超濾、納濾、反滲透膜、離子交換樹指、顆粒活性碳等,KDF濾料介質能夠保護這些昂貴的水處理組件不受氯、微生物、礦物質結垢的影響,提高系統的使用壽命。此外,KDF濾料能去除水中高達98%的可溶性重金屬,如鉛、汞、銅、鎳、鎘、砷,銻、鋁等,因此可用於飲用水或其他水處理中重金屬的超出的治理。另外,藉助沉澱在KDF濾料上發生的氧化還原反應還可以降低水中的碳酸鹽,硝酸鹽、硫酸鹽等。約10年內不用更換濾料(使用壽命與水源水質有關); 2.3鈦金屬微過濾器(HD) 鈦棒過濾芯是以粉沫鈦燒結而成,具有抗化學腐蝕,耐高溫、耐氧化、壽命長,易清洗, 可再生的特點,最近兩年廣泛地應用在水處理領域,是一種水的過濾中 比較理想的濾芯,鈦棒過濾器操作簡單,拆卸方便,可在線完成清洗。採用5微米HD鈦棒芯過濾,攔截大於5微米的物體,耐臭氧,主要功能延長膜的壽命,約2年內不用更換濾料(使用壽命與水源水質有關)。《循環管網回水用鈦金屬微過濾器,採用0.45微米HD鈦棒芯過孔徑大小濾,攔截大於0.45微米的物體,耐臭氧,約3年內不用更換濾料》。 2.4超濾(UF)膜凈化處理器[6] 超濾膜是一種具有超級「篩分」分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米,也就是說只有一根頭發絲的1‰!就能篩出大於孔徑的溶質分子,以分離分子量大於500道爾頓、粒徑大於2~20納米的顆粒。超濾以膜兩側的壓力差為驅動力,以超濾膜為過濾介質,在一定的壓力下,當原液流過膜表面時,超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及與孔徑大小的小分子物質通過而成為透過液,而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側,成為濃縮液,因而實現對原液的的凈化、分離和濃縮的目的,可有效去除水中的微粒、膠體、細菌墊層及高分子有機物質,達到保護納濾膜的功效。 2.5納濾(NF)膜深度處理器[5] 高壓水泵(單泵,也可備一用),提供納濾膜透過水的工作壓力。促進水的滲透,保持產水率。 膜的分離孔徑在10-6cm-10-7cm,能除去水中有機物(如三鹵甲烷中間體、膠體、懸浮物、微生物、細菌、藻類、霉類等)、熱源、病毒等物質,流體經前五級預處理後的水經反滲透RO膜或納濾NF膜主機深層分離處理後,使有益於人體健康的水通過,不利於人體健康的水排除,脫鹽率60-98%。,納濾膜在產水過程中會截留大量的小於5微米的微粒,如不及時沖洗,在壓力的作用下附著在膜表面形成污垢,嚴重影響膜的滲透。通過電腦定時對電磁閥的控制能及時沖洗膜表面附著的微粒,阻止膜表面污垢的形成,延緩膜的衰減,延長膜的壽命,約3年內不用更換膜元件(使用壽命與水源水質有關)。納濾膜是超低壓,大通量膜,較反滲透膜節電50%,節水10%,。 2.6卡提斯(CARTIS TM)載銀活性炭技術 卡提斯粉末中共價鍵的銀對活性碳起到保護和防止污染物腐蝕作用及抑制溶解化合物的毒性析出;粉末吸附余氯和溶解的化合物、重金屬,細菌;每克卡提斯粉末面積相當於1500一2000㎡的足球場,卡提斯粉末使吸附的細菌不再變化,卡提斯粉末中共價鍵的銀對於活性碳中細菌起到抑制其滋生作用,就是使其不在繁殖或增加細菌。卡提斯處理後的水在封閉管道里含有相似天然的催化能力;此時的滅菌功效靠卡提斯水中數以千計的微電磁場與水中礦物質相互作用和卡提斯粉末產生的其它方面等等的相關作用對水進行滅菌;同時強大的微電磁場可對輸水管道進行清洗和減少結垢現象。因此卡提斯水在封閉管道和容器中的持續滅菌時間會更長。 經過大量的測試顯示:卡提斯設備處理後的水,溶解氧可提高30%左右。卡提斯設備處理後的水,將對其水中的致病病菌(厭氧菌)非常有效地進行滅菌並抑制其繁殖。因此在一定的時間內,卡提斯粉末處理後的水口感和衛生指標都是最好的,充分發揮了卡提斯技術的功效。簡單試驗可以看出:卡提斯處理後的水會產生氧化作用,廣泛應用於家庭和社區團體的直飲水、管道分質供水,滿足所有對高質量用水的需求。 3 電導率顯示儀 在線隨時動態顯示凈水生產的水質狀態。 4 高頻臭氧水處理儀 4.1臭氧的殺菌特點[12] 臭氧處理生活飲用水,其主要的目的為消毒並降低生物耗氧量(BOD)和化學耗氧量(COD),去除亞硝酸鹽、懸浮固體及脫色,已達到全面生產應用的水平。飲用水的處理在使用臭氧設備時,臭氧的投加量一般在1-3mg/L,接觸時間10-15分鍾即可,可作為選型時根據用水量計算參考。化學耗氧量(錳法)(COD-Mn),溶解性有機物(DOC),紫外消光值(SAC-254nm)。臭氧的投加量的單位為PPm=mg/L。臭氧主要功能是能氧化微生物細胞的有機物或破壞有機體鏈狀結構而導致細胞死亡。因此,臭氧對頑強的微生物如病毒、芽孢等有強大的殺傷力。此外,臭氧在殺傷微生物的同時,還能氧化水中的各種有機物,去除水中的色、嗅、味和酚等能抑制微生物的繁殖起到凈化水的作用;延長CD活性炭、HD鈦棒芯、UF膜、NF膜的使用壽命。 當臭氧水中的臭氧濃度達到滅菌濃度0.3mg/L時,消毒和滅菌作用瞬間發生,水中剩餘臭氧濃度達0.3mg/L時,在0.5~1分鍾內就可以100%的致死細菌,剩餘臭氧濃度達到0.4mg/L時,1分鍾內對病毒的滅活率達100%[10]。 臭氧氧化其它物質和有機質,最終生成無害的氧氣、水和二氧化碳,剩餘臭氧在常溫下半衰期為20~50分鍾,數小時後全部分解,還原為氧氣。因而臭氧發生器也成為所有礦泉水、純凈水生產企業必選的先進殺菌消毒設備。純氧氣經電解生成臭氧氣,經氣液混合泵混合於水箱水中, 臭氧氣溶水效率達98%,增加了水中的活性氧。臭氧裝置由制氧機、臭氧發生器、氣液混合泵、儲水罐組成。供水系統為了防止純凈水的二次污染,延長純凈水的存放時間,由微電腦通過氣液混合泵自動完成臭氧氣與凈化水的混合,臭氧投加量為1-5mg / L , 接觸時間為4-10min,維持臭氧氣在水中濃度0.5-1mg / L剩餘臭氧濃度。僅30秒起到最佳殺菌功效,殺菌率可達100%。臭氧殺菌不產生有害氣體物質、無污染、無殘留物,環保節能等優點;臭氧溶於水中,臭氧在水中分解時,所產生氫氧基具有強大的氧化力,可將水中的雜質如鐵、錳、臭味、細菌、病毒等迅速清除,並將水分子變小,使水的味道甘甜。且自來水中的氯或鹵代有機物也可完全消除。(詳情請參照《臭氧對水質處理之特性》專欄)。並產生負離子。臭氧在水中約20分鍾至30分鍾會分解一半,因此臭氧在水中靜止1小時後很快就會還原成氧氣。 臭氧是無毒物質安全氣體,在濃度高於1.5mg/L以上時,人員須離開現場,原因是臭氧刺激人的呼吸系統,嚴重會造成傷害,為此,臭氧工業協會制定衛生標准: 國際臭氧協會:0.1mg/L,接觸10小時 美 國:0.1mg/L,接觸8小時 德、法、日等國:0.1mg/L,接觸10小時 中 國:0.15mg/L,接觸8小時 以上是人在臭氧化氣體環境下的安全衛生標准,其濃度與接觸時間的乘積可視為基準點。「應用臭氧一百多年來,世界沒有發生一起臭氧中毒事件」。 臭氧濃度以重量百分比表示,分別取0~2.0之間八個數值,通過接觸裝置反應五分鍾後的數據。 表1 臭氧水濃度與臭氧濃度對照表為: 臭氧濃度 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0 臭氧水濃度 0.35 0.55 0.75 0.85 1.15 1.65 2.15 以上結果表明,臭氧水的濃度與臭氧濃度成線性正比關系,制備高濃度的臭氧水必須先產生出高濃度的臭氧。因此,在現場使用過程中,很多單位採用了氧氣作為氣源來產生臭氧。在實驗中當臭氧濃度(重量百分比)達到3.0時,臭氧水的濃度可達到15mg/L以上。 表2 國內外公認的臭氧滅菌消毒的實驗數據 臭氧消毒 投放濃度 投放時間 病毒、病原體種類 殺滅效率 10mg/m³ 20分鍾 乙型肝炎表面抗原 (HbsAg) 99.99% 0.5mg/L 5分鍾 甲型流感病毒 99% 0.13mg/L 30秒 脊髓灰質炎病毒I型 (PVI) 100% 40µg/L 20秒 大腸桿菌噬菌體 ms2 98% 0.25mg/L 1分鍾 猿輪狀病毒SA-H 和人輪狀病毒2型 99.60% 4mg/L 3分鍾 艾滋病毒 (HIV) 100% 8mg/m³ 10分鍾 支原體(Mycoplasma)、 衣原體(Chlamydia)等 病原體 99.85% 5 恆壓變頻裝置(單泵,也可一備一用或二備一用) 由微處理器、壓力感測器、運算放大器、變頻器、斷路器、液位感測器、可編程序控制器、觸摸顯示屏人機操作界面組成。水泵按設定的壓力變頻運行,保證管網壓力恆定不變,不用水時自動停機,用水時自動補水,維持管網流量恆定。變頻器電子保護功能:過載保護、高低電壓保護、瞬間跳電保護、逆轉保護、過熱保護、漏電保護、欠相保護、無水停機保護等, 均可達到運動功能的顯示, 查找故障原因,並能達到自動復位的功能。恆壓變頻裝置控制器應用的最大優勢是,恆壓、節電。 6 紫外線殺菌器[10] 利用紫外線C波段《T253.7nm (240 - 260nm)》對細菌、病毒等致病微生物具有高效、廣譜殺滅的能力,就是以紫外線破壞及改變微生物的組織結構(DNA-核酸),使其喪失復制、繁殖的能力。抑制微生物活動力以達到殺菌作用的殺菌力取決於紫外線輸出量的大小,紫外線輸出量不低於300000μW/cm2時(在此強度下消毒時間不超過0.8秒),在額定水流量內瞬間殺菌滅各種細菌、病毒。殺菌率可達99%~99.99%。具有保鮮效果的富氧水再經紫外線殺菌器輸出,不改變水的性狀、原色、原味,不產生任何消毒副產物,能確保飲用水原汁原味,衛生安全,燈管壽命約10000小時,實際裝置的設計照射量相當於D10×4,即50mw.s/cm2以上。 紫外消毒的殺菌原理是利用紫外線光子的能量破壞水體中各種病毒、細菌以及其它致病體的DNA結構,使各種病毒、細菌以及其它致病體喪失復制繁殖能力,達到滅菌的效果。 通常,水消毒用的紫外線燈的中心輻射波長是253.7nm。顯然,紫外線的殺菌效果取決於紫外線的輻射強度和照射時間的乘積,即輻照劑量。表1列出了微生物不同殺滅率需要的紫外線輻照劑量值,試驗水樣染菌1×105cfj/L,水深2cm
『叄』 電鍍廢水中含氰廢水的處理方法有哪些
1·各種處理方法簡述
國內含氰廢水處理方法比較多[3,4],但應用哪一種工藝主要決定於含氰廢水的質量濃度、性質以及實際處理的效果。廢水中氰的質量濃度可粗略分為高、中、低3種。一般情況下,成分復雜的高質量濃度廢水CN>800 mg/L,也有多種廢水氰的質量濃度在(1-10)×103 mg/L之間,可先採用酸化法回收氰化物,殘液再繼續氧化處理。中質量濃度含氰廢水一般在200 mg/L~800 mg/L之間,根據廢水成分的復雜程度選擇處理工藝;廢水成分簡單、回收氰化物有經濟效益的,適合先採用酸化法,殘液再繼續採用二次處理;酸化回收無經濟效益的廢水,可直接採用氧化法進行破壞。在國內實際生產時,高、中質量濃度(接近800 mg/L)含氰廢水一般根據成分復雜程度而決定採用的工藝方法;有些成分簡單的廢水,也可以先回收氰化物,回收後殘液再直接進行氧化破壞CN-,中、低質量濃度的廢水均採用直接氧化處理工藝。近些年,回收氰化物的方法較多,如酸化揮發-鹼吸收法、萃取法、酸沉澱-中和法(兩步沉澱法)、三步沉澱法等。目前,廠礦企業實際採用單一處理工藝的較少,因單一工藝處理很難達到國家排放標准,大部分企業均採用多種組合的工藝進行處理。主要組合處理工藝是酸化回收與直接氧化的技術結合,另一種組合是直接氧化、自然凈化[5]與活性炭吸附工藝[6]的技術組合,許多新的廢水全循環技術組合工藝也是主要發展趨勢之一。含氰廢水處理方法的選擇主要根據廢水的來源、性質及水量來決定。其中包括化學法、物理化學法、物理法及生化法,但是運用最多的是採用化學法來處理含氰廢水。以下主要對幾種常用的物理、化學法處理含氰廢水進行介紹。
2·常用處理技術
2.1加酸曝氣法
這是已進入實用化階段的方法,在美國等一些國家中正在興建一定規模的設施。最初試驗室在中性液中利用曝氣來把氰排除到大氣中去,以後改進為先加酸使污水最大限度地酸化,然後進行曝氣,這樣可以更有效地去除氰。所使用的酸通常是硫酸。雖然也有利用煙氣來進行酸性化的建議,但尚未到成熟階段,所以沒有普及。此法的效果受曝氣程度和酸性化程度的支配,按照實例來看,當pH為2.8時,對含氰濃度達500 mg/L的污水進行曝氣,可以獲得含氰濃度為0.09 mg/L~0.14 mg/L的處理水。因為在實施此法以後,氰仍保持原有狀態,作為有毒氣體而被排放到大氣中,既要有利的廠址條件,又必須具備高煙囪,因而只有在極有限的地區,才有採用此法的可能。如用液鹼來捕集已氣化的氰,這樣既可彌補上述缺點,還可回收氰。
2.2絡鹽法
20世紀70年代,國內企業有的曾經採用該方法,但現在均不採用。從環境安全防範的觀點出發,這種方法可以作為氰化物產生突發性污染事故時而採用快速補救的方法之一,硫酸亞鐵溶液投入水中可以迅速降低水中含氰污染物所造成的危害程度,減小對環境的危害,特別是對水生生物的傷害。廢水中CN-質量濃度很低時,該方法處理效果不好。可以使用的葯品雖多種多樣,但最廣泛使用的是硫酸亞鐵。該法利用硫酸亞鐵與氰形成絡鹽,然後使絡鹽沉澱並加以除去。硫酸亞鐵法將氰化物轉化為鐵的亞鐵氰化物,再轉化成普魯士藍型不溶性化合物[7],然後傾析或過濾出來。
其特點是操作簡單,處理費用低,且可回收普魯士藍沉澱作顏料。缺點是處理效果差,淤渣很多,分離出不溶物後的廢水呈藍色,濃度超過一定限度,就不能被去除。從反應的平衡來看,上述濃度過高,去除率下降是難以避免的問題,按一般情況來說,用石灰等使水的pH值保持在7.5~10.5之間,這樣就使沉澱生成處於最佳狀態。但即使採用上述措施,因為含氰量在一定數值以下,就不再降低,在處理含氰濃度低的污水時,其效果是微小的。如改用鎳做處理劑,其效果雖比鐵有利,但價格昂貴。熊正為[8]對硫酸亞鐵法處理電鍍含氰廢水進行了試驗研究,探討了硫酸亞鐵除氰的原理及其去除效果。試驗結果表明:硫酸亞鐵法處理電鍍含氰廢水,硫酸亞鐵加入量為理論值的1.69倍,0.1%PAM絮凝劑用量為1 mg/L時,氰化物的去除率可達98%,同時還可去除部分重金屬污染物和COD,COD可去除約59%;pH值對除氰效果的影響較大,CN-與硫酸亞鐵絡合成亞鐵氰化物時pH值控制在9.50~10.50,生成的亞鐵氰化物再轉化成較穩定的普魯士藍型不溶性化合物須將pH值反調控制在7.00~8.00時,除氰效果較好。
2.3臭氧處理法
近年來,用臭氧處理氰化物方法的研究,開展得相當普遍,但由於電力費用高昂的缺點,所以還沒達到一般性的實用化階段
O3+KCN→KCNO+O2
KCNO+O3+H2O→KHCO3+N2+O2
臭氧在水溶液中可釋放出原子氧參加反應,表現出很強的氧化性,能徹底氧化游離狀態的氰化物。銅離子對氰離子和氰根離子的氧化分解有觸媒作用,添加10 mg/L左右的硫酸銅能促進氰的分解反應。
臭氧法的突出特點是在整個過程中不增加其他污染物質,污泥量少,且因增加了水中的溶解氧而使出水不易發臭。採用臭氧氧化法處理廢水中的氰化物,只需臭氧發生設備,無需葯劑購置和運輸,而且工藝簡單、方便,處理後廢水總氰化物質量濃度可以達到國家污水綜合排放標准,處理廢液中不增加其它有害物質,無二次污染,不需要進一步處理。但是,由於臭氧發生器產生臭氧的成本高、設備維修困難,工業應用受到了一定限制。只要臭氧發生器能突破產生臭氧的瓶頸,工業應用前景非常廣闊。臭氧氧化法要消耗大量的電能[9],在缺少電力的地方難以應用。我國已有臭氧發生裝置成品出售,一些工廠目前正在使用這種處理技術。應該指出的是目前的臭氧發生器能耗很大,生產1 kg O3耗電12 kW·h~15 kW·h,處理費用較高。除個別地方外,一般難以達到廢水處理的經濟要求。另外,單獨使用臭氧不能使絡合狀態存在的氰化物徹底氧化。顏海波[10]等採用臭氧技術對電鍍含氰廢水進行處理,電鍍含氰廢水中的CN-濃度在30 mg/L~36 mg/L之間,採用以臭氧為氧化劑的活性炭催化氧化技術處理後,CN-的出口濃度<0.5 mg/L,去除率在97.7%以上。該處理系統實現了廢水處理自動化,具有投資省、效果好、成本低、運行穩定等優點,且不會產生二次污染,值得推廣應用。
2.4過氧化氫法
2.4.1鹼性條件
在常溫、鹼性(pH=9.5~11)、有Cu2+作催化劑的條件下,H2O2能使游離氰化物及其金屬絡合物(但不能使鐵氰化物)氧化成氰酸鹽,以金屬氰絡合物形式存在的銅、鎳和鋅等金屬,一旦氰化物被氧化除去後,他們就會生成氫氧化物沉澱。那些過量的過氧化氫也能迅速分解成水和氧氣。污水中亞鐵氰化物被銅沉澱而除去。其反應方程式如下。游離氰化物與過氧化氫反應的方程式:
上述反應中生成的氰酸鹽水解生成銨離子和碳酸鹽離子或碳酸氫鹽離子,水解速度取決於pH值。一般情況下,硫氰酸鹽不會或很少被氧化。污水處理過程中,含氰絡合物的反應順序如下:
2.4.2酸性條件
一般將廢水加熱至40℃,在不斷攪拌條件下加入含有少量金屬離子作催化劑的H2O2和37%甲醛的混合溶液,再攪拌1 h左右完成反應。反應在酸性條件下分兩步進行:
此法適用於濃度波動較大的含氰廢水的處理,整個過程無HCN氣體產生,操作安全,但所需試劑費用較高。山東黃金集團有限公司三山島金礦採用過氧化氫對含氰污水酸化回收後尾液進行二次處理[11]。
近1 a的生產應用情況表明,該法具有工藝操作簡單、投資省、成本低等優點,能容易地將含氰(CN)-5 mg/L~50 mg/L的酸化回收尾液處理到<0.5 mg/L,葯劑費用為7.56元/m3。
2.5鹼性氯化處理法
目前處理含氰廢水比較成熟的技術是採用鹼性氯化法處理,必須注意含氰廢水要與其它廢水嚴格分流,避免混入鎳、鐵等金屬離子,否則處理困難。
通過氯處理來分解氰化物的可能性,早已肯定,可是在初期氯處理是在酸性溶液中進行,因而有濃度相當大的氯化氫有毒氣體產生,操作也很不安全。但如果在鹼性條件下進行氯處理,中間產物氯化氫幾乎在一剎那間都轉化為氰酸鹽,於是此法在氰化物處理方面已成為實際的而且安全的方法。該法的原理是廢水在鹼性條件下,採用氯系氧化劑將氰化物破壞而除去的方法,處理過程分為兩個階段,第一階段是將氰氧化為氰酸鹽,對氰破壞不徹底,叫做不完全氧化階段,該工藝的原理是在鹼性條件下(一般pH≥10),用次氯酸鹽將氰化物氧化成氰酸鹽。
CN-+ClO-+H2O→CNCl+2OHCNCl+2OH-→
CNO-+Cl-+H2O
將兩式合並,得
CN-+ClO-→CNO-+Cl-
CNO-+2H2O→CO2+NH3+OH-
局部氧化法破氰反應生成的氰酸根的毒性是CN-的1/1 000,所以有的廠在廢水濃度比較低時,廢水經局部破氰處理後就排入後續的處理金屬離子的處理設施。但是,CNO-畢竟是有毒物質,在酸性條件下極易水解生成氨(NH)3。pH反應條件控制:一級氧化破氰:值10~11;理論投葯量:簡單氰化物CN-:Cl2=1:2.73,復合氰化物CN-:Cl2=1:3.42。用ORP儀控制反應終點為300 mv~350 mv,反應時間10 min~15 min。
第二階段是將氰酸鹽進一步氧化分解成二氧化碳和水,叫完全氧化階段。在局部氧化處理的基礎上,調節廢水的pH(一般pH≥8.5),再投加一定量的氧化劑,經攪拌使CNO-完全氧化為N2和CO2。
pH反應條件控制:二級氧化破氰:pH值7-8(用H2SO4回調);理論投葯量:簡單氰化物CN-:Cl2=1:4.09,復合氰化物CN-:Cl2=1:4.09。用ORP儀控制反應終點為600mv~700mv;反應時間10min~30min。反應出水余氯濃度控制在3 mg/L~5 mg/L。
滕華妹[12]等採用兩級鹼性氯化法處理工藝對杭州西爾靈鍾廠含氰廢水進行處理,間隙法操作,手工控制投葯量,原廢水含氰濃度59.8 mg/L~141.1 mg/L,平均為84.6 mg/L,分段調節pH,採用自製的機械攪拌器攪拌,根據在實驗室測得的氰化物濃度,分段計算投葯量,廢水處理取得很好的效果,排放廢水中氰化物濃度均小於國家排放標准0.5 mg/L。另有採用次氯酸鈉、亞氯酸鈉、漂粉等替代氯氣的方法,其原理和方法與通氯氣相同,而類似加氯器的特殊裝置卻不再需要,而且可以避免氯氣泄露的危險,它適用於小規模的污水處理。在已決定採用這種處理法的場合,必須考慮到殘存的氯在放流目的地所發生的影響。
2.6食鹽電解法
通過食鹽水電解同時生成氯氣和強鹼,把他們使用於氰的分解。以電鍍廠而言,因為容易獲得電力供應,所以操作方便,處理葯品費用非常低廉。尤其在分批操作時,能夠在夜間空閑時間,充分利用原來供電鍍操作用的整流器,因而設備費用也可以降低。此法的缺點是電解陽極用的碳極的使用壽命較短。它適用於較小規模的工廠。
(1)隔膜電解法:這是在食鹽電解法中使用隔膜的方法,其原理是鹼性氯化處理法。食鹽中如有很多雜質,隔膜所用的石棉就容易發生間隙堵塞的缺點。在連續運轉的場合,使用飽和食鹽水,如管理不善,容易發生食鹽補充不足的情況,因而分解反應不能繼續進行,所以必須經常注意。
(2)無隔膜電解法:進行食鹽水的無隔膜電解時,在陽極上有氯氣發生,它與陰極上生成的鹼反應後,即生成次氯酸鹽。
Cl2+2NaOH→NaOCl+NaCl+H2O
如把生成的此氯酸鹽加註在含氰污水中,氰就被氧化而生成氰酸鹽。
NaCN+NaOCl→NaCNO+NaCl
並且進一步分解為碳酸氣和氮氣。
2NaCNO+3NaOCl+H2O→2CO2+N2+NaOH+3NaCl
3·含氰廢水生物處理方法的應用進展
有學者[13]採用BOD5/COD比值法和好氧呼吸曲線法在國內外首次針對高濃度有機氰廢水及其污染物進行了全面的好氧可生化性研究,結果表明,低濃度氰工藝含氰廢水在低濃度下,可生化性較好,在高濃度下,可生化性較差,濃度過高的甚至無法被好氧生物降解;肖敏[14]等在30℃條件下,採用血清瓶液體置換系統,撒氣厭氧水化反應設備條件,測定了丙烯腈、腈綸生產過程廢水等各種高濃度有機氰廢水的厭氧生物可降解性及廢水中丙烯腈、乙腈和氰化物等主要污染物對產甲烷菌的毒性。結果表明,丙烯腈在低質量濃度下為代謝毒素,厭氧菌產甲烷活性在恢復試驗中得到恢復,在高質量濃度(>120 mg/L)為生理毒素,毒性引起的產甲烷活性受抑制,但在短時期內得到恢復;氰化物在低質量濃度下為生理毒;較高質量濃度下(25 mg/L)為殺菌性毒素,厭氧菌細胞已遭受嚴重破壞,無法修復;乙腈始終為代謝毒素;張力等[15]採用膜分離技術處理丙烯晴含氰廢水,處理後外排氰根離子濃度CN-<0.0005%,COD<1 500 mg/L,表明了使用超濾膜對原水能有效的凈化,並在一定程度上能降低原水的COD含量。
『肆』 電泳漆超濾膜使用參數是多少
流速
流速是指原液在膜表面上流動的線速度,是超濾膜系統中一項重要操作參數。流速較大時,不但造成能量浪費和產生過大壓力降,還會加速超濾膜系統膜分裂性能的衰退。反之,如果流速較小,截留物在膜表面形成的邊界層厚度增大,引起濃度極化現象,既影響了透水速率,又影響了透水質量。最佳流速是根據實驗來確定的。在允許壓力范圍內,提高供給水量,選擇最高流速,有利於中空纖維超濾膜系統膜性能的保證。
壓力和壓力降
中空纖維超濾膜系統膜的工作壓力范圍為0.1至0.6MPa,是泛指在超濾膜系統的定義域內,處理溶液通常所使用的工作壓力。分離不同分子量的物質,需要選用相應截留分子量的超濾膜系統膜,則操作壓力也有所不同
回收比和濃縮水排放量
在超濾膜系統中,回收比與濃縮水排放量是一對相互制約的因素。回收比是指透過水量與供給量之比率,濃縮水排放量是指未透過膜而排出的水量。因為供給水量等於濃縮水與透過水量之和,所以如果濃縮水排放量大,回收就比較小。為了保證超濾膜系統正常運行,應規定組件最小濃縮水排放量及最大回收比。
工作溫度
超濾膜系統膜的透水能力隨著溫度升高而增大,一般水溶液其粘度隨著溫度而降低,從而降低了流動的阻力,相應提高了透水速率。在工程設計中應考慮工作現場供給液的實際溫度。特別是季節的變化,當溫度過低時應考慮溫度的調節,否則隨著溫度的變化其透水率有可能變化幅度在50%左右,此外過高的溫度將影響膜的性能。通常情況下超濾膜系統膜的工作溫度應在25±5℃,需要在較高溫度狀態下工作則可選用耐高溫膜材料及外殼材料。
『伍』 染料廢水處理方法的研究進展
紡織染料工業近年來快速發展,目前我國各種染料產量已達90萬T,染料廢水已成為環境重點污染源之一。染料行業品種繁多,工藝復雜。其廢水中含有大量的有機物和鹽份,具有CODCR高,色澤深,酸鹼性強等特點,一直是廢水處理中的難題。本文主要介紹了染纖困料廢水處理技術中的物理法、化學法、電化學法、生化法,以及這些技術的特點原理及其近年來研究進展和應用。
1物理法
1.1吸附法
吸附法是利用多孔性固體(如活性炭、吸附樹脂等)與染料廢水接觸,利用吸附劑表面活性,將染料廢水中的有機物和金屬離子吸附並濃集於其表面,達到凈化水的目的。
活性炭具有較強的吸附能力,對陽離子染料,直接染料,酸性染料、活性染料等水溶性染料具有較好的吸附功能,但活性炭價格昂貴,不易再生。由殼聚糖與活性炭及纖維素混合製成的染料吸附劑對活性染料和酸慧豎李性染料有優異的吸附能力,其吸附容量分別為264和421MG/G(椰子活性炭吸附容量少於80MG/G)。該吸附劑在水中具有優良的分散性,可採用簡單而廉價的接觸過濾法處理。
大孔吸附樹脂是內部呈交聯網路結構的高分子珠狀體,具有優良的孔結構和很高的比表面積。吸附樹脂可用於去除難以生物處理的芳香族磺酸鹽,萘酚類物質。它易再生,且物理化學穩定性好,樹脂吸附法已成為處理染料廢水的有效方法之一。
1.2膜分離
膜分離技術應用於染料廢水處理方面主要是超濾和反滲透。據報道,用管式和中空纖維式聚碸超濾膜處理還原染料廢水脫色率在95%~98%之間,CODCR去除率60%~90%,染料回收率大於95%。近年來,用殼聚糖超濾膜和多孔炭膜的新型膜材料來處理印染廢水,取得較好的效果。夏之寧等研究了染料廢水在超聲作用下,通過醋酸纖維素膜的透水率與透鹽率,發現超聲波在膜分離中有明顯的加速傳質和去「濃差極化」作用,有超聲波作用時其滲透率是無超聲波時的1.5倍,對透鹽率影響更大,其截留率分別為94%和67%。
2化學法
2.1化學混凝法
化學混凝法主要有沉澱法和氣浮法,此法經濟有效,但產生化學的污泥需進一步處理。常用的有無機鐵復合鹽類。近年來國內外採用高分子混凝劑日益增多。天然高分子絮凝劑主要有澱粉及澱粉衍生物、甲殼質衍生物和木質素衍生物3大類。曾淑蘭等用NAOH作催化劑將玉米澱粉和醚化劑M反應製得的陽離子澱粉CST,用量為7~15MG/L時,對酸性染料、活性染料的脫色率達90%以上。吳冰艷等用接枝聚合製得的木質素季胺鹽絮凝劑處理J酸染料廢水,絮凝劑中的季胺離子與廢水中的磺酸基團生成不溶於水的物質,投量20MG/L,色度去除率達90%。
方忻蘭利用海蝦、蟹殼為原料製得的殼聚糖用來處理印染廢水,CODCR去除率達85%以上。天然高分子絮凝劑電荷密度小,分子量低,易發生生物降解而失去絮凝活性。人工合成的有機高分子絮凝劑分子量大,分子鏈中所帶的官能團多,絮凝性能好,用量少,PH范圍廣。代表性的人工有機高分子絮凝劑有PAN-DCD(二氰二胺改性聚丙烯腈聚電解質)、WX系列高分子脫色絮凝劑、PDADMA-A(二甲基二烯丙基氯化銨聚合物)M。 2.2化學氧化法
化學氧化是利用臭氧、氯、及其含氧化物將染料的發色基團破壞而脫色。臭氧氧化法對多數染料能獲得良好的脫色效果。但對硫化、還原等不溶於水的染料效果較差。FENTON試劑氧化法,其脫色的實質是H2O2與FE2+反應所產生的羥基自由基使染料有機物斷鏈。FENTON試劑除氧化作用外,還兼有混凝作用。研究表明,用此法處理2-萘磺酸鈉生產廢水,先用FECL3混凝沉澱後,然後在PH1.5~2.5條件下以H2O22G/GCODCR,FE2+4G/L水,氧化60MIN可去除CODCR99.6%、色度95.3%[19]。
2.3濕式空氣氧化法
濕式空氣氧化法(WAO)是在高溫(125~320℃)、高壓(0.5~20MPA)條件下通入空氣,使廢水中的有機物直接氧化[20]。超臨前遲界水氧化(SCWO)是指當溫度、壓力高於水的臨界溫度(374℃)和臨界壓力(22.05MPA)條件下的水中有機物的氧化。它實質上是濕式氧化法的強化和改進。超臨界態水的物理化學性質發生較大的變化,水汽相界面消失,形成均相氧化體系,有機物的氧化反應速度極快。MODEL等[21]對有機碳含量27.33G/L的有機廢水,在550℃,60S內,有機氯和有機碳的去除率分別為99.99%和99.97%。超臨界水氧化法與傳統的方法相比,效率高,反應速度快,適用范圍廣,可用於各種難降解有機物;在有機物的含量低於2%時;可通過自身熱交換,無須外界供熱,反應器結構簡單,處理量大。
2.4光催化氧化法
光催化氧化法常用H2O2或光敏化半導體(如TIO2、CDS、FE2O3、WO3作催化劑),在紫外線高能輻射下,電子從價帶躍遷進入導帶,在價帶產生空穴,從而引發氧化反應。此法對染料廢水的脫色效率高,缺點是投資和能耗高。張桂蘭等用新型的旋轉式光催化反應器,在優化條件下採用懸浮態TIO2時,偶氮染料脫色率達98%。程滄滄等[23,24]分別採用固定床型光反應器和斜板式光反應器對有機染料直接耐翠藍GL進行了光催化降解研究,經60MIN光照,其降解率分別為83%和81.4%。
3生化法
生化法具有運行成本低,對環境污染少的特點。但染料廢水水質波動大,種類多,毒性高,對溫度和PH條件要求較苛刻的微生物很難適應。
好氧處理法運行簡單,對CODCR、BOD5的去除率較高,對色度的去除率卻不太理想。而厭氧處理法對染料廢水的色度去除率較高。厭氧處理法污泥生成量少,產生的氣體是甲烷,可利用作為能源。但單獨使用,效果不理想。黃天寅等在處理酞菁藍廢水過程中,採用氣提、吹脫和氣浮等物化手段去除原水中大部分NH3-N和CU2+,提高其生化性。
經厭氧處理後,各項指標均可達到污水綜合排放標準的一級標准,CODCR去除率90.0%,BOD5去除率88.9%,NH3-N去除率99.1%,CU2+去除率99.7%。由於近年來染料向抗分解,抗生物降解的方向發展,單獨一種工藝很難取得滿意的效果。現在處理工藝正朝向厭氧—好氧聯合處理工藝發展。閆慶松等[26]對染料廢水採用了厭氧—好氧工藝。厭氧段採用UASB工藝,中溫消化,停留時間48H,CODCR去除率可達55%,出水BOD5/CODCR值由0.1提高到0.42,系統內形成顆粒污泥,其沉降性能良好。好氧段採用接觸氧化法,經馴化後,污泥對廢水的降解能力逐步提高。 高效菌群(HIGHSOLUTIONBACTERIA)是利用復合的微生物群來處理染料廢水的方法,菌種現已發展到100多種,如反硝化產鹼菌、脫氮硫桿菌、氧化硫硫桿菌等。它可以針對不同的廢水配成不同的菌群去分解不同的污染物,具有較高的針對性。高效微生物群將有機物分解成SO2、H2O以及許多對水質沒有影響的有機小分子。運用H.S.B技術處理無錫某染料廠生產的分散染料、酸性染料(CODCR濃度達2000~2500MG/L)的廢水,出水CODCR小於100MG/L,平均去除率為92.68%。苯胺去除率94%,酚為93%,氨氮為92%,色度均在50倍以下[27]。為了增加優勢菌種在生物處理裝置中的濃度,提高對染料廢水的處理效率,通常將游離的細菌通過化學或物理的手段加以固定,使其保持生物活性和提高使用率。研究表明,高效脫色菌群固定在活性污泥上,脫色酶活力提高70%。
4電化學法
電化學法治理廢水,實質是間接或直接利用電解作用,把染料廢水中的有毒物質轉化為無毒物質。近年來由於電力工業的發展,電力供應充足並使處理成本大幅降低,電化學法已逐漸成為一種非常有競爭力的廢水處理方法。染料廢水的電化學凈化根據電極反應發生的方式不同,可分為內電解法、電凝聚電氣浮、電催化氧化等。
應用最廣泛的內電解法是鐵屑炭法。靳建永用鐵屑內電解法對5大類11種染料廢水進行脫色處理。研究表明,對中等色度和濃度的廢水,脫色率在96%以上;加入助劑可使廢水CODCR去除率在70%以上。內電解法的優點是利用廢物在不消耗能源的前提下去除多種污染成分和色度,缺點是反應速度慢、反應柱易堵塞、對高濃度廢水處理效果差。
在外電壓作用下,利用可溶性陽極(鐵或鋁)產生大量陽離子,對膠體廢水進行凝聚,同時在陰極上析出大量氫氣微氣泡,與絮粒粘附一起上浮。這種方法稱為電凝聚電氣浮。與化學凝聚法相比,其材料損耗少一半左右,污泥量較少,且無笨重的加葯措施。其缺點是電能消耗和材料消耗過大。
電催化氧化是通過陽極反應直接降解有機物,或通過陽極反應產生的羥基自由基、臭氧等氧化劑降解有機物。電催化氧化法的優點是有機物氧化完全,無二次污染。但該法真正應用於廢水工業化處理則取決於具有高析氧電位的廉價高效催化電極。同時電極與電解槽的結構對降低能耗也起重要的作用。賈金平等研究了活性炭纖維電極與鐵的復合電極降解多種模擬印染廢水,有較好的效果。
5結語
染料生產工藝復雜,廢水量大且難以處理,污染治理的費用很高。硫化鹼還原時排出的含硫廢水除使用昂貴的濕式氧化法處理外,其他方法難以達到排放標准。近年來採用加氫還原法,徹底消除了硫化物的污染。汞催化磺化法生產氨基蒽醌改為硝化還原法,徹底消除汞污染。各種新技術的研究和應用大大提高了染料廢水處理的效率,降低了處理成本。但治標更要治本,研究發展經濟合理的清潔生產工藝與發展高效經濟的廢水治理工藝同等重要。從根本上降低排污,才是長久之計。
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『陸』 電泳漆超濾膜組件使用陶氏超濾膜可以嗎
可以的,陶來氏超濾可以去除工自業廢水和市政污水中的懸浮物、膠體、有機物等雜質,為實現廢水與污水的深度處理回用提供預處理保障。DowTM SFP系列超濾產品,直徑8英寸的元件納污量大,堅韌的PVDF膜絲耐受更頻繁的水、氣、化學清洗,同時保障高通量的過濾效率。適合工業廢水,市政污水回用等。
『柒』 純凈水處理設備
純凈水設備工藝流程:
1.原水 → 原水箱 → 原水泵 →多介質過濾器 (石英砂過濾器)→活性炭過濾器 →軟水處理器 → 精密過濾器 → 高壓泵 → 一級反滲透(RO)裝置 → 純凈水箱 → 高壓泵→二級反滲透→紫外線殺菌裝置 → 用水點
2.原水→原水箱→原水加壓泵→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→高壓泵→一級反滲透設備→純水箱→純水泵→用水點(出水電導率:≦10us/cm)
3.原水→原水加壓泵→多介質過濾器→活性炭過濾器→軟水器→精密過濾器→一級高壓泵→第一級反滲透→二級高壓泵→第二級反滲透(反滲透膜表面帶正電荷)→純水箱→純水泵→用水點(出水電導率:≦2us/cm)
純凈水設備主要工藝流程說明
1、原水罐(可選)
儲存原水,用於沉澱水中的大泥沙顆粒及其它可沉澱物質。同時緩沖原水管中水壓不穩定對水處理系統造成的沖擊。(如水壓過低或過高引起的壓力感測的反應)。
2、原水泵
恆定系統供水壓力,穩定供水量。
3、多介質過濾器
採用多次過濾層的過濾器,主要目的是去除原水中含有的泥沙、鐵銹、膠體物質、懸浮物等顆粒在20um以上的物質,可選用手動閥門控制或者全自動控制器進行反沖洗、正沖洗等一系列操作。保證設備的產水質量,延長設備的使用壽命。
4、活性炭過濾器
系統採用果殼活性炭過濾器,活性炭不但可吸附電解質離子,還可進行離子交換吸附。經活性炭吸附還可使高錳酸鉀耗氧量(COD)由15mg/L(O2)降至2~7mg/L(O2),此外,由於吸附作用使表面被吸附復制的濃度增加,因而還起到催化作用、去除水中的色素、異味、大量生化有機物、降低水的余氯值及農葯污染物和除去水中的三鹵化物(THM)以及其它的污染物。富淶純凈水設備。可選用手動閥門控制或者全自動控制器進行反沖洗、正沖洗等一系列操作。保證設備的產水質量,延長設備的使用壽命。同時,設備具有自我維護系統,運行費用很低。
5、離子軟化系統/加葯系統
RO裝置為了溶解固體形物的濃縮排放和淡水的利用,為防止濃水端特別是RO裝置最後一根膜組件濃水側出現CaCO3,MgCO3,MgSO4,CaSO4,BaSO4,SrSO4,SiSO4的濃度積大於其平衡溶解度常數而結晶析出,損壞膜原件的應有特性,富淶單級反滲透純凈水生產設備。在進入反滲透膜組件之前,應使用離子軟化裝置或投放適量的阻垢劑阻止碳酸鹽,SiO2,硫酸鹽的晶體析出。
6、精密過濾器
採用精密過濾器對進水中殘留的懸浮物、非曲直粒物及膠體等物質去除,使RO系統等後續設備運行更安全、更可靠。濾芯為5um熔噴濾芯、目的防止上級過濾單元,漏掉的大於5um的雜質除去。防止進入反滲透裝置損壞膜的表面,從而損壞膜的脫鹽性能。
7、反滲透系統
反滲透裝置是用足夠的壓力使溶液中的溶劑(一般是水)通過反滲透膜(或稱半透膜)而分離出來,因為這個過程和自然滲透的方向相反,因此稱為反滲透。
反滲透法能適應各類含鹽量的原水,尤其是在高含鹽量的水處理工程中,能獲得很好的技術經濟效益。沈陽富淶純凈水灌裝生產線。反滲透法的脫鹽率提高,回收率高,運行穩定,佔地面積小,操作簡便,反滲透設備在除鹽的同時,也將大部分細菌、膠體及大分子量的有機物去除。
8、臭氧殺菌器(可選)
殺滅由二次污染產生的細菌徹底保證成品水的衛生指標。
『捌』 重慶印染廢水處理的基本方法有哪些
印染廢水的處理方法及工藝流程目前,國內的印染廢水處理手段以生物法為主,輔以物理法與化學法。由於近年來化纖織物的發展和印染後整理技術的進步,使新型染料、PAV漿料、新型助劑等難生化降解有機物大量進入印染廢水,給處理增加了難度。原有的生物處理系統COD去除率大都由原來的70%下降到50%左右,甚至更低。色度的去除是印染廢水處理的一大難題,舊的生化法在脫色方面一直不能令人滿意。此外,PAV等化學漿料造成的COD佔印染廢水總COD的比例相當大,但由於它們很難被普通微生物所利用而使其去除率只有20%~30%。針對上述問題,國內外都開展了一些研究工作,主要是新的生物處理工藝和高效專門細菌以及新型化學葯劑的探索和應用研究。其中具有代表性的有:厭氧-好氧生物處理工藝、高效脫色菌和PVA降解菌的篩選與應用研究、光降解技術研究、高效脫色混凝劑的研製等。
1、印染廢水常用處理技術
印染廢水的常用處理方法可分為物理法、化學法與生物法三類。物理法主要有格柵與篩網、調節、沉澱、氣浮、過濾、膜技術等,化學法有中和、混凝、電解、氧化、吸附、消毒等,生物法有厭氧生物法、好氧生物法、兼氧生物法。
2、印染廢水處理單元的選擇系列
(1)調節:對水質水量變化大的廢水,調節池應考慮停留時間長些。一般情況下後續處理單元為水解酸化或厭氧處理時,調節時不應採用曝氣方式攪拌混合。
(2)混凝反應:廢水中含疏水性染料較多時,混凝反應工藝放在生化前面,以去除不溶性染料物質,減輕後續生物處理的負荷。混凝葯劑可根據染料性質選用鹼式氯化鋁(PAC)、硫酸亞鐵(FeSO4)等,混凝反應方式採用機械攪拌易於調整水力條件,保證反應充分,反應時間應在25~30min之間。考慮脫色效應時,應把反應時間再適當延長。
(3)中和:原水pH值高時通常用H2S04或HCl中和,為節省葯劑用量,可在調節以後。如採用煙道氣中和,應考慮脫硫及除灰。
(4)沉澱(氣浮):分離物化投葯反應由於污泥量大,應優先考慮沉澱〔斜管沉澱易堵不宜採用),通常的輻流沉澱池適用於大水量、豎流沉澱池適用於小水量,當有地皮可利用時,平流沉澱池採用吸泥方式時也可採用。投葯量大時泥量也大,輻流池可能會引起異重流,新穎的周邊進出水沉澱池可克服這一缺點。如廢水中表面活性劑含量高,應選擇氣浮法,氣浮法中壓力溶氣氣浮技術成熟,可考慮選用。
(5)過濾:當出水要求澄清或回用時,應採用砂濾或煤砂兩層過濾。
(6)電解法:鈦鍍釕惰性電極電解法處理酸性染料印染廢水脫色效果好,去除COD時,對硫化染料、還原染料、酸性染料、活性染料等均有很高的去除率。金屬陽極電解法因泥量較多採用較少。
(7)厭氧水解:印染廢水有機物含量COD高,且B/C低,應考慮水解酸化,並增加填料掛膜,池底應設水力攪拌機,保證懸浮活性污泥與水中有機物廣泛接觸。池體較大時,應設串聯系統,以免短路。印染廢水較少採用純厭氧技術,只有當退漿廢水等高濃度廢水單獨分出時可考慮純厭氧處理。
(8)好氧生物降解:對水量大、濃度高的印染廢水優先採用活性污泥法,如氧化溝、間歇式活性污泥法(SBR)、循環式活性污泥法(CSTR)等。對水量小、濃度低的廢水可考慮生物接觸氧化法,但填料應保證密集度和體積率,並以多級串聯方法為宜。曝氣方式如採用鼓風曝氣,應選用膜片式微孔曝氣頭或微孔曝氣管等,保證充氧效率。
(9)脫色:採用Cl2需保證脫色氧化時間不少於1h,Cl2脫色兼有回調pH值的功能。小規模可選用ClO2、NaClO漂白粉【Ca(ClO)2】、紫外線等。脫色反應池可採用回轉隔板或折板,不宜採用機械攪拌或壓縮空氣反應。
(10)活性炭吸附:活性炭對陽離子染料、直接染料、酸性染料、活性染料等水溶性染料的廢水具有良好的吸附性能(對硫化染料、還原染料等不溶性染料的廢水效果較差)。生物活性炭(BAC)法是活性炭吸附的衍生技術,利用加入的微生物所分泌的外酶滲入到炭的微孔結構,使活性炭所吸附的有機物不斷分解成CO2、H2O或合成新的細胞,最後滲出炭的結構而被去除。BAC技術需保證進水有一定溶解氧,炭床微生物需接種培育,BAC運行周期遠高於活性炭吸附。
(11)硅藻土吸附:硅藻土在印染廢水中既有混凝作用,又有吸附作用,起到良好的脫色效果。通常,活化硅藻土對親水性染料脫色效果不一,對疏水性染料效果較好。當廢水中表面活性劑和勻染劑較多時,效果將顯著下降。
(12)氧化:臭氧氧化對直接染料、酸性染料、鹼性染料、活性染料等親水性染料脫色速度快,效果好;對於還原染料、冰染染料(納夫妥)、氧化染料、硫化染料、分散染料等疏水性染料,則脫色效果較差,臭氧用量也大。臭氧脫色不會產生「三致物」,可保證廢水出水的安全指標。Fenton催化氧化法在去除殘余COD方面效率顯著,可用於較小水量。TiO2催化氧化法可去除出水的殘余色度,是有前景的光催化氧化技術。
(13)膜分離技術
①超濾法:由於超濾膜具有精密的精細孔,可截留水中的大分子等微粒,且操作壓力低,設備簡單,可用於染料的回收或出水的深度處理。採用醋酸纖維半透膜超濾法回收染料已有成果。
②納濾法:是用納濾膜截留污染物的一種新技術,分離壓力一般為0.5~2.0MPa,處理水溶性(親水性)染料廢水,可回收有用染料。採用納濾膜回收直接黑、活性艷紅、酸性橙Ⅱ和酸性大紅染料廢水,已取得成果。
廈門威士邦一直以來專注於印染廢水冶理與回用的相關技術研發及應用。2008年4月,基於「Flow Split?SMFTM+HAP ROTM」雙膜法技術的盛虹集團印染廢水萬噸回用系統率先在環太湖流域建成並通過相關部分驗收。該工程的建成一舉改變了印染企業以往耗水大戶、排水大戶、污染大戶的負面名聲,為環太湖流域及至全國其他印染企業起到至關重要的示範作用,並正式宣告印染行業全面進入節水減排、資源回用的新時代。
3、印染廢水處理工藝流程
總結印染廢水的處理工藝,充分的調節時間是必要的,物化、生化相結合的處理工藝是目前採用的合理工藝。物化法主要用於去除懸浮物、色度及部分COD,投葯混凝反應是物化處理的重要環節,分離工藝氣浮法具有突出的優點,生化法主要採用厭氧水解-好氧氧化串聯工藝,厭氧水解工藝是解決印染廢水COD值高、可生化性差及色度高的難題的有效前置技術,經厭氧水解後大部分難降解有機物已被分解為易生物降解小分子有機物,可以提高廢水可生化性,保障廢水好氧生物處理的效率和出水水質。好氧氧化工藝有多種方式,如氧化溝、間歇式活性污泥法、生物接觸氧化等,後者由於易於管理、產泥量少、污泥不易發生膨脹現象及運行成本低等特點,是目前小型印染廢水常用的好氧生物處理方法之一,但各個印染企業選用好氧方法時應根據本身廢水的特點做出優選,必要時盡可能採取綜合治理技術。下面列舉幾種典型流程。
3.1 水解酸化-生物接觸氧化-生物炭印染廢水處理工藝
處理印染廢水通常採用水解酸化-生物接觸氧化-生物炭為主的處理工藝,見圖3-1。該處理工藝是近幾年來在印染廢水處理中採用較多、較成熟的工藝流程。水解酸化的目的是對印染廢水中可生化性很差的某些高分子物質和不溶性物質通過水解酸化,降解為小分子物質和可溶性物質,提高可生化性和B/C。值,為後續好氧生化處理創造條件。同時好氧生化處理產生的剩餘污泥經沉澱池全部迴流到厭氧生化段,進行厭氧消化,減少整個系統剩餘污泥排放,即達到自身的污泥平衡。厭氧水解酸化池和生物接觸氧化池中均安裝填料,屬生物膜法處理;生物炭池裝活性炭並供氧,兼有懸浮生長和附著生長法特點;脈沖進水的作用是對厭氧水解酸化池進行攪拌。
各部分的水力停留時間一般如下。調節池:8~12h;厭氧水解酸化池:8~10h;生物接觸氧化池:6~8h;生物炭池:1~2h;脈沖發生器間隔時間:5~10min。
該處理工藝系統,對於CODcr≤1000mg/L的印染廢水,處理後的出水可達到國家排放標准,如進一步深度處理則可回用。
3.2 缺氧水解-生物好氧-混凝組合工藝處理印染污水
廢水水量26000m3/d。廢水水質為:BOD 200~250mg/L,COD 750~850mg/L,pH值9~11,色度850倍。廢水水質要求為:BOD≤30mg/L,COD≤100mg/L,pH值為6~9,色度≤100倍。
組合工藝處理節染廢水工藝流程見圖3-2。
該組合工藝流程的特點是;①好氧生物處理構築物前採用缺氧水解池以提高廢水的可生化性(如以機織混紡織物或化纖織物為主的降解性較差的印染污水);②沉澱池後設置混凝沉澱池和氧化池,作為三級處理,可獲得較好的出水水質,達到處理要求;③廢水SS較低,不設置初沉池;④缺氧水解池內設置填料。
該組合工藝的運行數據見表3-6。
3.3 電化學+氣浮+水解酸化+兩級接觸氧化+二級生物炭塔+過濾處理印染廢水
該工藝以生化、物化、深度處理相結合,工藝流程見圖3-3。
該工藝設計水量5000m3/d。主要水質指標為:COD 1000~1500mg/L,BOD 300~500mg/L,S2-≤35mg/L,色度≤1000倍。要求處理後出水為:COD≤100mg/L,BOD≤30mg/L,色度≤50倍,S2-≤0.5mg/L。
其主要參數為:加酸中和至pH=6~9;水解酸化池水力停留時間4.3h,表面負荷率1m3/(m2.h),設YDT彈性立體填料;—、二級生物接觸氧化池水力停留時間分別為4.8h和2.3h,氣水比分別為20:1和15:1,中間沉澱池上清液按1:1迴流到一級生物接觸氧化池始端;中間沉澱池表面負荷率4m3/(m2.h),二沉池表面負荷率3m3/(m2.h);普通化濾池(清水池設在濾池下面,有效容積95m3),流速10m/h,反沖洗強度15L、(m2.s),沖洗時間5min;生物炭池為二級串聯,前級為升流式,後級為降流式,過濾速度為3m/h,氣水比為5:1,反沖洗強度9L/(m2.s),反沖洗時間5min,3~5d沖洗一次;總調節池水力停留時間11.5h,底部設7條排泥溝,每條溝內設1根DN300mm的穿孔排泥管』污泥排入集泥井後用潛污泵抽至污泥濃縮池。
『玖』 關於電鍍含鎳廢水處理
電鍍廢水的處理與回用對節約水資源以及保護環境起著至關重要的作用。本文綜述了各種電鍍廢水處理技術的優缺點,以及一些新材料在電鍍廢水處理上的應用。
01 化學沉澱法
化學沉澱法是通過向廢水中投入葯劑,使溶解態的重金屬轉化成不溶於水的化合物沉澱,再將其從水中分離出來,從而達到去除重金屬的目的。
化學沉澱法因為操作簡單,技術成熟,成本低,可以同時去除廢水中的多種重金屬等優點,在電鍍廢水處理中得到廣泛應用。
1.鹼性沉澱法
鹼性沉澱法是向廢水中投加NaOH、石灰、碳酸鈉等鹼性物質,使重金屬形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉澱而被去除。該法具有成本低、操作簡單等優點,目前被廣泛使用。
但是鹼性沉澱法的污泥產量大,會產生二次污染,而且出水pH偏高,需要回調pH。NaOH由於產生污泥量相對較少且易回收利用,在工程上得到廣泛應用。
2.硫化物沉澱法
硫化物沉澱法是通過投加硫化物(如Na2S、NariS等)使廢水中的重金屬形成溶度積比氫氧化物更小的沉澱,出水pH在7~9,無需回調pH即可排放。
但是硫化物沉澱顆粒細小,需要添加絮凝劑輔助沉澱,使處理費用增大。硫化物在酸性溶液中還會產生有毒的HS氣體,實際操作起來存在局限性。
3.鐵氧體法
鐵氧體法是根據生產鐵氧體的原理發展起來的,令廢水中的各種重金屬離子形成鐵氧體晶體一起沉澱析出,從而凈化廢水。該法主要是通過向廢水中投加硫酸亞鐵,經過還原、沉澱絮凝,最終生成鐵氧體,因其設備簡單、成本低、沉降快、處理效果好等特點而被廣泛應用。
pH和硫酸亞鐵投加量對鐵氧體法去除重金屬離子的影響,確定鎳、鋅、銅離子的最佳絮凝pH分別為8.00~9.80、8.00~10.50和10.00,投加的亞鐵離子與它們摩爾比均為2~8,而六價鉻的最佳還原pH為4.00~5.50,最佳絮凝pH則為8.00~10.50,最佳投料比為20。出水的鎳含量小於0.5mg/L,總鉻含量小於1.0mg/L,鋅含量小於1.0mg/L,銅含量小於0.5mg/L,達到《電鍍污染物排放標准》(GB21900—2008)中「表2」的要求。
化學沉澱法的局限性
隨著污水排放標準的提高,傳統單一的化學沉澱法很難經濟有效地處理電鍍廢水,常常與其他工藝組合使用。
採用鐵氧體-CARBONITE(一種具有物理吸附與離子交換功能的材料)聯合工藝處理Ni含量約為4000mg/L的高濃度含鎳電鍍廢水:先以鐵氧體法控制pH為11.0,在Fe/Fe。摩爾比O.55,FeSO4·7H2O/Ni質量比21,反應溫度35℃的條件下攪拌反應15min,出水Ni平均濃度從4212.5mg/L降至6.8mg/L,去除率達99.84%;然後採用CARBONITE處理,在CARBONITE投加量1.5g/L,pH=6.5,溫度35℃的條件下反應6h,Ni去除率可達96.48%,出水Ni濃度為0.24mg/L,達到GB21900-2008中的「表2」標准。
採用高級Fenton一化學沉澱法處理含螯合重金屬的廢水,使用零價鐵和過氧化氫降解螯合物,然後加鹼沉澱重金屬離子,不僅可以去除鎳離子(去除率最高達98.4%),而且可以降低COD化學需氧量。
02 氧化還原法
1.化學氧化法
化學氧化法在處理含氰電鍍廢水上的效果尤為明顯。該方法把廢水中的氰根離子(CN一)氧化成氰酸鹽(CNO-),再將氰酸鹽(CNO-)氧化成二氧化碳和氮氣,可以徹底解決氰化物污染問題。
常用的氧化劑包括氯系氧化劑、氧氣、臭氧、過氧化氫等,其中鹼性氯化法應用最廣。採用Fenton法處理初始總氰濃度為2.0mg/L的低濃度含氰電鍍廢水,在反應初始pH為3.5,H202/FeSO4摩爾比為3.5:1,H202投加量5.0g/L,反應時間60min的最佳條件下,氰化物的去除率可達93%,總氰濃度可降至0_3mg/L。
2.化學還原法
化學還原法在電鍍廢水處理中主要針對含六價鉻廢水。該方法是在廢水中加入還原劑(如FeSO、NaHSO3、Na2SO3、SO2、鐵粉等)把六價鉻還原為三價鉻,再加入石灰或氫氧化鈉進行沉澱分離。上述鐵氧體法也可歸為化學還原法。
該方法的主要優點是技術成熟,操作簡單,處理量大,投資少,在工程應用中有良好的效果,但是污泥量大,會產生二次污染。採用硫酸亞鐵作為還原劑,處理80t/d的含總鉻7O~80mg/L的電鍍廢水,出水總鉻小於1.5mg/L,處理費用為3.1元/t,具有很高的經濟效益。
以焦亞硫酸鈉為還原劑處理含80mg/L六價鉻、pH為6~7的電鍍廢水,出水六價鉻濃度小於0.2mg/L。
03 電化學法
電化學法是指在電流的作用下,廢水中的重金屬離子和有機污染物經過氧化還原、分解、沉澱、氣浮等一系列反應而得到去除。
該方法的主要優點是去除速率快,可以完全打斷配合態金屬鏈接,易於回收利用重金屬,佔地面積小,污泥量少,但是其極板消耗快,耗電量大,對低濃度電鍍廢水的去除效果不佳,只適合中小規模的電鍍廢水處理。
電化學法主要有電凝聚法、磁電解法、內電解法等。
電凝聚法是通過鐵板或者鋁板作為陽極,電解時產生Fe2+、Fe或Al,隨著電解的進行,溶液鹼性增大,形成Fe(OH)2、Fe(OH)3或AI(OH)3,通過絮凝沉澱去除污染物。
由於傳統的電凝聚法經過長時間的操作,會使電極板發生鈍化,近年來高壓脈沖電凝聚法逐漸替代傳統的電混凝法,它不僅克服了極板鈍化的問題,而且電流效率提高20%~30%,電解時間縮短30%~40%,節省電能30%~40%,污泥產生量少,對重金屬的去除率可達96%~99%。
採用高壓脈沖電絮凝技術處理某電鍍廠的電鍍廢水,Cu2十、Ni2、CN一和COD的去除率分別達到99.80%、99.70%、99.68%和67.45%。
電混凝法通常也與其他方法結合使用,利用電凝聚法和臭氧氧化法聯合處理電鍍廢水,以鐵和鋁做極板,出水六價鉻、鐵、鎳、銅、鋅、鉛、TOC(總有機碳)、COD的去除率分別為99.94%、100.00%、95.86%、98.66%、99.97%、96.81%、93.24%和93.43%。
近年來內電解法受到廣泛關注。內電解法利用了原電池原理,一般向廢水中投加鐵粉和炭粒,以廢水作為電解質媒介,通過氧化還原、置換、絮凝、吸附、共沉澱等多種反應的綜合作用,可以一次性去除多種重金屬離子。
該方法不需要電能,處理成本低,污泥量少。通過靜態試驗研究了鐵碳微電解法對模擬電鍍廢水的COD及銅離子的去除效果,去除率分別達到了59.01%和95.49%。然而,採用微電解反應柱研究連續流的運行結果顯示,14d後微電解出水的COD去除率僅為10%~15%,銅的去除率降低至45%~50%之間,可見需要定期更換填料或對填料進行再生。
04 膜分離技術
膜分離技術主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、液膜(Lv)等,利用膜的選擇透過性來對污染物進行分離去除。
該方法去除效果好,可實現重金屬回收利用和出水回用,佔地面積小,無二次污染,是一種很有發展前景的技術,但是膜的造價高,易受污染。
對膜技術在電鍍廢水處理中的應用和效果進行了分析,結果表明:結合常規廢水處理工藝與膜生物反應器(MBR)組合工藝,電鍍廢水被處理後的水質達到排放標准;電鍍綜合廢水經UF凈化、RO和NF兩段脫鹽膜的集成工藝處理後,水質達到回用水標准,RO和NF產水的電導率分別低於100gS/cm和1000gS/cm,COD分別約為5mg/L和10mg/L;鍍鎳漂洗廢水通過RO膜後,鎳的濃縮高達25倍以上,實現了鎳的回收,RO產水水質達到回用標准。
投資與運行費用分析表明:工程運行1年多即可收回RO濃縮鎳的設備費用。
液膜法並不是採用傳統的固相膜,而是懸浮於液體中很薄的一層乳液顆粒,是一種類似溶劑萃取的新型分離技術,包括制膜、分離、凈化及破乳過程。
美籍華人黎念之(NormanN.Li)博士發明了乳狀液膜分離技術,該技術同時具有萃取和滲透的優點,把萃取和反萃取兩個步驟結合在一起。乳化液膜法還具有傳質效率高、選擇性好、二次污染小、節約能源和基建投資少的特點,對電鍍廢水中重金屬的處理及回收利用有著良好的效果。
05 離子交換法
離子交換法是利用離子交換劑對廢水中的有害物質進行交換分離,常用的離子交換劑有腐殖酸物質、沸石、離子交換樹脂、離子交換纖維等。離子交換的運行操作包括交換、反洗、再生、清洗四個步驟。
此方法具有操作簡單、可回收利用重金屬、二次污染小等特點,但離子交換劑成本高,再生劑耗量大。
研究強酸性離子交換樹脂對含鎳廢水的處理工藝條件及鎳回收方法。結果表明:pH為6~7有利於強酸性陽離子交換樹脂對鎳離子的去除。離子交換除鎳的適宜溫度為30℃,適宜流速為15BV/h(即每小時l5倍樹脂床體積)。適宜的脫附劑為10%鹽酸,脫附液流速為2BV/h。前4.6BV脫附液可回用於配製電鍍槽液,平均鎳離子質量濃度達18.8g/L。
Mei.1ingKong等研究了CHS—l樹脂對cr(VI)的吸附能力,發現Cr(VI)在低濃度時,樹脂的交換吸附率是由液膜擴散和化學反應控制的。CHS一1樹脂對Cr(VI)的最佳吸附pH為2~3,在298K下其飽和吸附能力為347.22mg/g。CHS一1樹脂可以用5%的氫氧化鈉溶液和5%氯化鈉溶液來洗脫,再生後吸附能力沒有明顯的下降。
使用鈦酸酯偶聯劑將1一Fe203與丙烯酸甲酯共聚,在鹼性條件下進行水解,制備出磁性弱酸陽離子交換樹脂NDMC一1。
通過對重金屬Cu的吸附研究發現,NDMC—l樹脂粒徑較小、外表面積大,因而具有較快的動力學性能。具體聯系污水寶或參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。
06 蒸發濃縮法
蒸發濃縮法是通過加熱對電鍍廢水進行蒸發,使液體濃縮達到回用的效果。一般適用於處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬濃度高的廢水,用其處理濃度低的重金屬廢水時耗能大,不經濟。
在處理電鍍廢水中,蒸發濃縮法常常與其他方法一起使用,可實現閉路循環,效果不錯,比如常壓蒸發器與逆流漂洗系統聯合使用。蒸發濃縮法操作簡單,技術成熟,可實現循環利用,但是濃縮後的干固體處置費用大,制約了它的應用,目前一般只作為輔助處理手段。
07 生物處理技術
生物處理法是利用微生物或者植物對污染物進行凈化,該方法運行成本低,污泥量少,無二次污染,對於水量大的低濃度電鍍廢水來說是不二之選。生物法主要包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化學法和植物修復法。
1.生物絮凝法
生物絮凝法是一種利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉澱來凈化水質的方法。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,能使水中膠體懸浮物相互凝聚、沉澱。
生物絮凝劑與無機絮凝劑和合成有機絮凝劑相比,具有處理廢水安全無毒、絮凝效果好、不產生二次污染等優點,但其存在活體生物絮凝劑不易保存,生產成本高等問題,限制了它的實際應用。目前大部分生物絮凝劑還處在探索研究階段。
生物絮凝劑可以分為以下三類:
(1) 直接利用微生物細胞作為絮凝劑,如一些細菌、放線菌、真菌、酵母等。
(2) 利用微生物細胞壁提取物作為絮凝劑。微生物產生的絮凝物質為糖蛋白、黏多糖、蛋白質等高分子物質,如酵母細胞壁的葡聚糖、Ⅳ-乙醯葡萄糖胺、絲狀真菌細胞壁多糖等都可作為良好的生物絮凝劑。
(3) 利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑。代謝產物主要有多糖、蛋白質、脂類及其復合物等。
近年來報道的生物絮凝劑主要為多糖類和蛋白質類,前者有ZS一7、ZL—P、H12、DP。152等,後者有MBF—W6、NOC—l等。陶穎等]利用假單胞菌Gx4—1胞外高聚物製得的絮凝劑對cr(Ⅳ)進行了絮凝吸附研究。
其研究結果表明,在適宜條件下Or(Ⅳ)的去除率可達51%。研究枯草芽孢桿菌NX一2制備的生物絮凝劑v一聚谷氨酸(T-PGA)對電鍍廢水的處理效果,實驗證明,T-PGA能有效地去除Cr3+、Ni等重金屬離子。
2.生物吸附法
生物吸附法是利用生物體自身的化學結構或成分特性來吸附水中的重金屬,然後通過固液分離,從水中分離出重金屬。
可以從溶液中分離出重金屬的生物體及其衍生物都叫做生物吸附劑。生物吸附劑主要有生物質、細菌、酵母、黴菌、藻類等。該方法成本低,吸附和解析速率快,易於回收重金屬,具有選擇性,前景廣闊。
研究各種因素對枯草芽胞桿菌吸附電鍍廢水中Cd效果的影響,結果表明:pH為8、吸附劑用量為10g/L(濕重)、攪拌轉數為800r/min、吸附時間為10min的條件下,廢水中鎘的去除率達93%以上。
吸附鎘後的枯草芽胞桿菌細胞膨大,色澤變亮,細胞之間相互粘連。Cd2+與細胞表面的鈉進行了離子交換吸附。
殼聚糖是一種鹼性天然高分子多糖,由海洋生物中甲殼動物提取的甲殼素經過脫乙醯基處理而得到,可以有效地去除電鍍廢水中的重金屬離子。
通過乳化交聯法制備了磁性二氧化硅納米顆粒組成的殼聚糖微球,然後用乙二胺和縮水甘油基三甲基氯化反應的季銨基團改性,所得生物吸附劑具有很高的耐酸性和磁響應。
用它來去除酸性廢水中的cr(VI),在pH為2.5、溫度為25℃的條件下,最大吸附能力為233.1mg/g,平衡時間為40~120min[取決於初始Cr(VI)的濃度。使用0.3mol/LNaOH和0.3mol/LNaC1的混合液進行吸附劑再生,解吸率達到95.6%,因此該生物吸附劑具有很高的重復使用性。
3.生物化學法
生物化學法是指微生物直接與廢水中的重金屬進行化學反應,使重金屬離子轉化為不溶性的物質而被去除。
從電鍍廢水中篩選分離出3株可以高效降解自由氰根的菌種,在最佳條件下可以將80mg/L的CN一去除到0.22mg/L。研究發現,有許多可以將cr(VI)還原成低毒cr(III)的微生物,如無色桿菌、土壤細菌、芽孢桿菌、脫硫弧菌、腸桿菌、微球菌、硫桿菌、假單胞菌等,其中除了大腸桿菌、芽孢桿菌、硫桿菌、假單胞菌等可以在好氧條件下還原Cr(VI),其餘大部分菌種只能在厭氧條件下還原cr(VI)。
R.S.Laxman等發現灰色鏈黴菌能在24~48h內把cr(VI)還原成cr(III),並能夠將cr(III)顯著地吸收去除。中科院成都生物研究所的李福、吳乾菁等從電鍍污泥、廢水及下水道鐵管內分離篩選出35株菌種,並獲得了SR系列復合功能菌,該功能菌具有高效去除Cr(VI)和其他重金屬的功效,並在此基礎上進行了工程應用,取得較好的效果。
4.植物修復法
植物修復法是利用植物的吸收、沉澱、富集等作用來處理電鍍廢水中的重金屬和有機物,達到治理污水、修復生態的目的。
該方法對環境的擾動較少,有利於環境的改善,而且處理成本低。人工濕地在這方面起著重要的作用,是一種發展前景廣闊的處理方法。
李氏禾是一種可富集金屬的水生植物,在去除水中重金屬方面具有很大的潛力。在人工濕地種植了李氏禾,用以處理含鉻、銅、鎳的電鍍廢水,使它們的含量分別降低了84.4%、97.1%和94_3%。當水力負荷小於0.3m/(m2·d1時,出水中的重金屬濃度符合電鍍污染物排放標準的要求;當進水鉻、銅和鎳的濃度為5、10和8mg/L時,仍能達標排放。
可見用李氏禾處理中低濃度的電鍍廢水是可行的。質量平衡表明,鉻、銅和鎳大部分保留在人工濕地系統的沉積物中。
08 吸附法
吸附法是利用比表面積大的多孔性材料來吸附電鍍廢水中的重金屬和有機污染物,從而達到污水處理的效果。
活性炭是使用最早、最廣的吸附劑,可以吸附多種重金屬,吸附容量大,但是活性炭價格昂貴,使用壽命短,需要再生且再生費用不低。一些天然廉價材料,如沸石、橄欖石、高嶺土、硅藻土等,也具有較好的吸附能力,但由於各種原因,幾乎沒有得到工程應用。
以沸石作為吸附劑處理電鍍廢水,發現在靜態條件下,沸石對鎳、銅和鋅的吸附容量分別達到5.9、4.8和2.7mg/g.先以磁性生物炭去除電鍍廢水中的Cr(vI),
然後通過外部磁場分離,使得cr(VI)的去除率達到97.11%。而在10rain的磁選後,濁度由4075NTU降至21.8NTU。其研究還證實了吸附過程後,磁性生物炭仍保留原來的磁分離性能。近年來又研製開發了一些新型吸附材料,如文中提到的生物吸附劑以及納米材料吸附劑。
納米技術是指在1~100nm尺度上研究和應用原子、分子現象,由此發展起來的多學科交叉、基礎研究與應用緊密聯系的科學技術。納米顆粒由於具有常規顆粒所不具備的納米效應,因而具有更高的催化活性。
納米材料的表面效應使其具有高的表面活性、高表面能和高的比表面積,所以納米材料在制備高性能吸附劑方面表現出巨大的潛力。雷立等l採用溫和水熱法一步快速合成了鈦酸鹽納米管(TNTs),並應用於對水中重金屬離子Pb(II)、cd(II)和Cr(III)的吸附。
結果表明:pH=5時,初始濃度分別為200、100和50mg/L的Pb(II)、Cd(II)和Cr(III)在TNTs上的平衡吸附量分別為513.04、212.46和66.35mg/L,吸附性能優於傳統吸附材料。納米技術作為一種高效、節能環保的新型處理技術,得到人們的廣泛認同,具有很大的發展潛力。
09 光催化技術
光催化處理技術具有選擇性小、處理效率高、降解產物徹底、無二次污染等特點。
光催化的核心是光催化劑,常用的有TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2和Fe2O3。其中TiO2具有化學穩定性好、無毒、兼具氧化和還原作用等諸多特點。TiO:在受到一定能量的光照時會發生電子躍遷,產生電子一空穴對。
光生電子可以直接還原電鍍廢水中的金屬離子,而空穴能將水分子氧化成具有強氧化性的OH自由基,從而把很多難降解的有機物氧化成為COz、H:0等無機物,被認為是最有前途、最有效的水處理方法之一。
以懸浮態的TiO2為催化劑,在紫外光的作用下對絡合銅廢水進行光催化反應。結果表明:當TiO2投加量為2g/L,廢水pH=4時,在300W高壓汞燈照射下,載入60mL/min的空氣反應40rain,對120mg/LEDTA絡合銅廢水中Cu(II)與COD的去除率分別達到96.56%和57.67%。實施了「物化一光催化一膜」處理電鍍廢水的工程實例,出水COD去除率達到70%以上,同時TiO2光催化劑可重復使用。
膜法的引入可大大提高水質,使處理後水質達到中水回用標准,提高了電鍍廢水的資源化利用率,回用率達到85%以上,大大節約了成本。然而光催化技術在實際應用中受到了很多的限制,如重金屬離子在光催化劑表面的吸附率低,催化劑的載體不成熟,遇到色度大的廢水時處理效果大幅下降,等等。不過光催化技術作為高效、節能、清潔的處理技術,將會有很大的應用前景。
10 重金屬捕集劑
重金屬捕集劑又叫重金屬螯合劑,它能與廢水中的絕大部分重金屬離子產生強烈的螯合作用,生成的高分子螯合鹽不溶於水,通過分離就可以去除廢水中的重金屬離子。
重金屬捕集劑處理後的重金屬廢水中剩餘的重金屬離子濃度大部分都能達到國家排放標准。以二硫代氨基甲酸鹽重金屬離子捕集劑XMT探討了不同因素對Cu的捕集效果,對Cu去除率在99%以上,出水Cu濃度小於0.05mg/L,出水遠低於GB21900-2008的「表3」標准。
選取3種市售重金屬捕集劑對實際電鍍廢水中的Cu2+、Zn2+、Ni進行同步深度處理,發現三聚硫氰酸三鈉(簡稱TMT)對Cu的去除效果最為顯著,投加量少且效果穩定,但對Ni的去除效果較差。甲基取代的二硫代氨基甲酸鈉(以Me2DTC表示)的適用性最強,對3種重金屬離子均具有良好的去除效果,可達到GB21900-2008中的「表3」排放標准,且在DH=9.70時處理效果最佳。至於乙基取代的二硫代氨基甲酸鈉(Et2DTC),對Ni的去除效果不佳。
重金屬捕集劑因高效、低能、處理費用相對較低等特點而有很大的實用性。
結語
電鍍廢水成分復雜,應盡量分工段處理。在選擇處理方法時,應充分考慮各種方法的優缺點,加強各種水處理技術的綜合應用,形成組合工藝,揚長避短。
重金屬具有很大的回收價值且毒性大,在電鍍廢水處理過程中應多使用重金屬回收利用的工藝,盡可能地減少排放。
基於化學沉澱法污泥產量大,電化學法能耗高,膜分離技術的膜組件造價高且易受污染等諸多問題,就現有電鍍廢水處理技術而言,應向著節能、高效、無二次污染的方向改進。
同時可與計算機技術相結合,實現智能化控制。還可結合材料學、生物學等學科,開發出更適合處理電鍍廢水的新型材料。