污水处理技术工艺

探讨重金属废水治理技术工程

本文主要论述了重金属废水的处理方法、基因工程技术在重金属废水处理中的应用以及工艺流程的改造。

有色金属工业在采矿,矿物加工和冶炼生产过程中产生废水。根据其来源,可分为采矿废水,选矿废水,冶炼废水和加工废水。有色金属废水是复杂的,通常含有许多重金属,如CuCrbPzn和CdAs。它具有水质和水量大幅波动的特点。含重金属废水具有高毒性。如果没有得到有效治疗,它进入环境将危害人类健康并污染土壤。它具有一定的环境风险,污染范围广,破坏程度高。

传统的重金属废水处理技术包括化学沉淀法、碳吸收法、离子交换法、蒸发法、膜处理法等,但处理低浓度废水普遍困难,易造成二次污染。与传统处理技术相比,生物处理技术具有成本低、适用于低浓度废水处理、无二次污染等优点。

一、微生物治理法

利用细菌和真菌的生化代谢,从水体中分离出重金属元素,降低其毒性,达到废水处理的目的。特别适用于重金属含量不高、有机物含量高的污水处理。

(一)吸附法

细胞壁富含含有羟基、巯基、羧基和氨基等官能团的多糖和糖蛋白,使其对金属离子具有良好的吸附性能。因此,以细菌体细胞作为吸附剂,可获得较理想的处理效果。Puranik等人获得了Pb2和Zn2离子交换实验结果,指出离子交换是微生物吸附重金属的主要机理。

微生物吸附法根据细胞活性可分为活细胞吸附法和死细胞吸附法。活细胞吸附过程包括细胞外吸附和细胞内转移;死细胞吸附只有细胞外吸附过程,这里的吸附方法主要是指死细胞。细胞外吸附。死细胞吸附方法的优点是不受离子浓度和营养物质的生长条件的影响,并且不需要代谢物处理。发酵工业产生的藻类,海藻和微生物残留物都是有前途的生物吸附剂。死细胞的吸附可分为真菌吸附,藻类吸附,细菌吸附,植物共生菌根据不同物种吸附。 Ozdemir等。从活性污泥中提取Oobactrumanthropi的死细胞,并用它对铬(VI),镉(II)和铜(II)进行废水处理研究,取得了良好的处理效果。 。

从废水中回收贵金属时,传统吸附法中的微生物不易与水分离,成为其应用的瓶颈。趋磁细菌(MTB)细胞含有铁磁粒子链(即磁小体),使细胞具有永久的磁偶极矩和磁取向。在外磁场作用下,MTB可以向一个方向运动,并且易于通过磁选机与溶液分离。因此,MTB作为吸附剂的研究逐渐成为一个热点问题。用宋慧法研究了MTB在单位体系和三元体系中对Au3+、Cu2+和Ni2+的吸附特性。结果表明,MTB对三元体系中的Au3+具有很高的吸附选择性,吸附速率很高,可以在短时间内实现完全吸附。MTB对Au3+的吸附选择性和磁向性为从含金废液中回收金提供了一种新的高效方法。

(二)代谢法

微生物可以通过还原反应沉淀或降低重金属离子的毒性。对于SO 42-含量高的重金属废水,厌氧微生物(SRB)主要用于厌氧条件下还原重金属离子的高价态。通过与硫酸盐还原菌产生的S2配合物形成金属硫化物沉淀,分离重金属离子。

随着研究的不断深入,越来越多的菌株被发现用于重金属处理。例如,硅酸盐细菌不仅对COD和BOD有明显的处理能力,而且对铜、铬等元素也有明显的处理能力。研究了硅酸盐细菌重金属废水的处理机理。从微生物细胞表面的生物吸附、胞外聚合物的絮凝以及絮凝作用的影响三个方面对其作用机理进行了探讨。有机酸和氨基酸与重金属离子络合,降低其毒性。

Sadettin等。研究了Phorium sp合成合成染料和Cr6 +的生物富集。实验结果表明,在pH8.5和温度45℃下,Cr6 +对该菌株的初始耐受性为5.8mg / pH。 L~19.9mg / L,当染料浓度为12.5mg / L时,Cr6 +的生物浓度最大。 Cr6 +的去除过程可分为为三阶段:价键结合到微生物细胞表面,转移到细胞内部,Cr6 +细胞内还原为Cr3 +,毒性降低。其中,细胞内还原是毒性降低机制的主要过程。这些细菌的使用可以同时去除对常规生物处理方法有抵抗力的重金属离子和活性染料,效果显着,因此在印染等化学废水处理方面具有良好的应用前景。

(三)絮凝法

生物絮凝是一种通过絮凝和沉淀微生物或微生物产生的代谢产物的方法。生物絮凝剂,又称第三代絮凝剂,是一种带电的生物大分子,包括蛋白质、粘多糖、纤维素和核糖。

目前公认的絮凝机理是离子键和氢键结合理论。

生物絮凝是硅酸盐细菌处理重金属废水的可能机理之一。目前,对硅酸盐细菌絮凝的研究较多,其中一些研究已经取得了显著的效果。利用基因工程技术,分离了金属结合蛋白在细菌中的表达,并将其固定在惰性载体表面。获得了高浓度絮凝剂。Masaaki Terashima使大肠杆菌表达麦芽糖结合蛋白(Pmal)和人金属硫蛋白(MT)的融合蛋白(pmal-MT),并将纯化的pmal-MT固定在壳聚糖树脂上。研究了Ca~(2+)和Ga_2的吸附性能。固定化融合蛋白的树脂具有较强的稳定性,其吸附能力是纯树脂的10倍以上。

二,基因工程技术在微生物处理重金属废水中的应用

利用基因工程技术构建高降解菌株是目前的研究热点。国内外学者做了大量的研究。它们主要致力于利用基因工程技术在微生物表面表达特定的金属结合蛋白或金属结合肽,以提高富集能力,或在微生物细胞膜上同时表达特定的金属转运系统,同时,在精细水平上。在细胞中表达金属结合蛋白或金属结合肽,获得了富集能力高、选择性高的高效菌株。构建的菌株处理能力显著提高,高选择性重组菌的构建使重金属在废水中的循环利用成为可能。

由于对大肠杆菌的认识较深,致病性较弱,对生长环境的要求较低,易于检测和培养,适用于污水处理细菌。目前,研究中以大肠杆菌为受体菌,利用基因重组技术构建了多种高效菌株。在处理含镍废水时,大肠杆菌JM 10对Ni2+的富集能力是原菌株的6倍以上。赵等人的结果表明,大肠杆菌JM 109对Hg2+的耐受性较强,Hg2+富集率高于寄主菌株,去除率达96%以上。

利用Sousa构建了表达酵母金属硫蛋白(CUP 1)、哺乳动物金属硫蛋白(HMT21A)和外膜蛋羔羊的融合蛋白大肠杆菌。该菌株对Cd2的富集能力是原寄主菌株的15~20倍。研究了衣藻MT样基因对不同重金属离子的抗性及对Cd2的富集作用。结果表明,转基因衣藻(Chlamydomonassp.)Zn2和Cd2对三种重金属离子的抗性明显增强,对Zn2的抗性最强。MT-like蛋白表达的转基因藻类对CD2的富集能力明显高于野生藻细胞,最大浓度为144.48μ/g,是野生藻类的8.3倍。

研究了曾文炉和其他转基因mMT-I Synechococcus 7002在含Cd2 +,Pb2 +和Hg2 +的培养基中的生长特性及其对重金属的纯化特性。结果表明,无论生长速度如何,或者考虑到重金属的耐受特性,转基因mMT-I Synechococcus 7002明显优于野生藻类。

三、工艺流程的改造

为便于管理,减少改造投资,铅冶炼厂对原有污水处理工艺进行了技术改造,包括化学中和处理系统、电絮凝处理系统(电化学反应器)、化学沉淀微滤系统。(高效气浮池、碳过滤器、锰砂过滤器)及污水经分选、收集、储存后的先进处理系统(膜)。处理系统包括纳滤系统、反渗透系统和高压反渗透系统。中和系统产生的废物集中在综合渣场(钙渣危险废物库)。

该工艺采用电化学处理技术,可以更好地实现废水的净化和重金属的回收。采用催化复合碳板和铁板作为极板。当含重金属废水通过电化学反应区时,在外加电流的作用下,重金属在阳极和阴极中分别发生氧化和还原。将游离态或结合态的重金属沉淀到阴极中,回收重金属元素。

膜处理是一种新的分离技术。深度处理系统采用纳滤反渗透工艺,目的是进一步去除重金属,分离出溶解的固体盐。纳滤膜处理低浓度重金属废水具有操作压力低、水通量大等优点。它不仅可以净化90%以上的废水,而且可以同时富集10倍的重金属离子。富集的重金属具有回收利用价值。反渗透膜能保证废水的盐度去除,出水水质良好,地表水Ⅲ类标准完全满足,出水可完全回收再利用。为了保证系统的正常运行,对项目的各个膜处理部分建立了清洗系统。

总结

有色金属行业重金属废水的深化处理是“十二五”节能减排的要求,也是未来重金属废水处理的发展趋势。通过适当的先进处理工艺处理含重金属废水,可以在回收重金属,减少重金属排放和减少淡水消耗方面获得更好的环境效益。有色金属工业中含重金属废水的深化处理仍存在成本高,技术要求高等瓶颈。未来的研究应该发展更成熟和低成本的深化处理过程,同时满足经济和环境需求,以进一步推广。

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