废水中镉的去除办法

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  水体重金属污染成为当今世界普遍关注的环境问题之一.重金属由于难以被微生物降解,并可通过食物链富集,给动物和人类带来极大危害.Cd2+是工业废水中极为常见的重金属离子,是“痛痛病”的病因。怎么去除废水中的镉是一个值得深思的问题。

  一、镉的危害

  (一)镉可以引起急性中毒

  镉为有毒元素,其化合物毒性更大。它原本以化合物形式存在,与人类生活并不交会,但工业革命释放了这个魔鬼。国外有研究推算,全球每年有2.2万吨镉进入土壤。自然界中,镉的化合物具有不同的毒性。硫化镉、硒磺酸镉的毒性较低,氧化镉、氯化镉、硫酸镉毒性较高。镉引起人中毒的剂量平均为100mg。急性中毒症状主要表现为恶心、流涎、呕吐、腹痛、腹泻,继而引起中枢神经中毒症状。严重者可因虚脱而死亡。

  (二)长期食用含镉食品可以引起慢性中毒

  当环境受到镉污染后,镉可在生物体内富集,通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉的生物半衰期

为10~30年,且生物富集作用显著,即使停止接触,大部分以往蓄积的镉仍会继续停留在人体内。长期摄入含镉食品,可使肾脏发生慢性中毒,主要是损害肾小管和肾小球

,导致蛋白尿、氨基酸尿和糖尿。同时,由于个镉离子取代了骨骼中的钙离子,从而妨碍钙在骨质上的正常沉积,也妨碍骨胶原的正常固化成熟,导致软骨病。

  二、废水中镉的去除办法

  (一)沉淀法

  1.1.1 碳酸镉沉淀法

  碳酸镉的溶度积为5.2×10-12,为难溶于水的化合物。分析颜料工业废水中镉的含量为40mg·L-1, 其利用工艺过程漂洗水中的Na2CO3和NaOH为沉淀剂,不加其它的沉淀剂,控制pH为8~9,自然沉降6~8h,出水Cd2+的浓度<0.1mg·L-1, 实现了镉的沉淀,达到固液分离的目的。

  1.1.2 氢氧化物沉淀法

  氢氧根离子与镉离子结合可产生氢氧化镉沉淀。含镉废水的氢氧化物沉淀法大多是采用价廉高效的石灰中和沉淀法,该法pH的控制非常关键。采用调节-混凝-沉淀-过滤工艺处理了电池生产过程产生的高pH镍、镉废水。采用强阴离子型聚丙烯酰胺作混凝剂、氢氧化钠或氢氧化钙作pH调节剂,当pH>10时,可直接从废水中沉淀除去镍、镉,具有较高的经济性和可操作性。

  1.1.3 磷酸镉沉淀法

  Ksp[Cd3(PO4)2]=3.6×10-32, 比CdS的溶度积还要小,理论上讲Cd3(PO4)2 的沉淀效果要比CdS好。用Na3PO4、Na2S 和NaOH作沉淀剂对电镀镉废水的处理进行工艺对比实验,结果表明,用Na3PO4沉淀法处理电镀镉废水效果最明显,处理后废水中镉的质量浓度低于0.008 mg·L-1,达到国家排放标准。目前该法处理含镉废水还没有得到广泛应用,磷酸盐化学沉淀法处理含镉废水值得进一步探索和研究。

  1.1.4 硫化镉沉淀法

  硫化镉溶度积为3.6×10-29,属难溶硫化物。根据溶度积原理,向含镉废水中加入硫化钠等,使硫离子与游离态的镉离子反应结合,生成难溶的硫化镉沉淀,镉的去除率一般可到99%以上。

  1.1.5 综合沉淀法

  综合沉淀法就是将几种化学沉淀法结合起来,分步除去废水中的镉。利用综合沉淀法处理了锌、镉废水,用硫化物沉淀法作废水的一级处理,石灰乳沉淀法作二级处理,处理后的废水达到国家排放标准。化学沉淀法虽然具有工艺简单、操作方便、经济实用等诸多优点,但其沉淀渣难以处理,会造成二次污染,很难达到绿色环保的要求。

  (二)电解法

  电解法作为一种强的氧化技术,一般适用于镉含量大的废水处理。电镀废水中一般均含有大量的CN-,用电解法处理氰化镀镉废水时,可采用铂族氧化物或PbO2作阳极,以破坏氰化物,然后将镉离子在pH=11的条件下絮凝、沉淀、过滤。处理后废水中镉离子含量<0.02 mg·L-1,CN-含量<0.01 mg·L-1,镉的回收率可达99.9%。由于该法能耗大,在含镉废水的处理上未能得到普遍应用。

  (三)漂白粉氧化法

  该法适用于处理氰法镀镉工厂的含氰、镉的废水。这种废水的主要成分是[Cd(CN)4]2-、Cd2+和CN-,这些离子都有很大的毒性。用漂白粉氧化法既可除去Cd2+,同时也可以将CN-氧化除去。该法处理废水的主要反应过程为:首先漂白粉水解生成Ca(OH)2和HOCl,OH-与Cd2+结合生成Cd(OH)2沉淀,同时由于生成的HOCl具有强的氧化性,可以将CN-氧化成CO32-和N2,从而一定程度上促进[Cd(CN)4]2-的离解,最后CO32-与Ca2+在碱性条件下生成CaCO3沉淀。该法处理效果好,但适用范围比较窄,仅适用于含氰、镉的电镀废水。

  (四)铁氧体共沉淀法

  铁氧体法分为氧化法和中和法两种。将FeSO4加入到含镉废水中,用NaOH调节溶液的pH到9~10,加热并通入压缩空气进行氧化,从而形成铁氧体晶体,此为氧化法;将二价和三价的铁盐加入到待处理的废水中,用碱中和到适宜的条件而形成铁氧体晶体,此为中和法。镉离子进入铁氧体晶格中,在共沉淀作用下从溶液相进入固相。对铁氧体法净化镉废水进行研究,并对其进行了化学和电化学分析,这种方法与其他净化废水的方法相比最大的优点是无废渣产生,避免了二次污染,且能在常温下进行。该法面临的最主要的问题是含镉铁氧体固体如何解决。

  (五)吸附法

  吸附法是利用多孔性固体物质,使废水中的Cd2+吸附在固体吸附剂表面而除去的一种方法。根据资料表明用1 mol·L-1 HCl处理3 h后烘干,再在150 ℃焙烧,对铅、镉、汞有较好的吸附性。吸附法处理含镉废水适用范围广,不会造成二次污染,但吸附剂往往对镉离子的吸附选择性不高。

  (六)离子交换法

  离子交换法选择性的去除废水中的镉离子,以其操作工艺简单、易于再生、除杂效果好已广泛应用于工业废水处理。镉离子选择性树脂种类繁多,用其处理后的废水中镉离子的含量可达ug·L-1级。近年来人们围绕寻找高效低廉的树脂开展的研究也较多。该法受树脂的吸附容量限制,适用于处理含镉浓度低的废水,且树脂易于中毒,处理成本偏高。

  (七)金属粉还原法

  利用比镉活泼的金属如:铁、锌、镁、铝等作还原剂将镉从废水体系中还原出来,从而达到分离去除镉的目的。该法处理含单一成分的高浓度含镉废水效果好,但脱镉不完全且原材料成本相对过高。

  (八)膜分离法

  膜分离技术是一项新兴的流体处理工艺,具有高效、节能、无二次污染等优点,被誉为20世纪最具有发展前途的十大高新技术之一。膜分离法作为一种新型隔膜分离技术在废水深度处理、饮用水精制和海水淡化等领域受到重视和研究,并已在工程实践中使用。在处理含重金属离子的废水时,可选用不同的载体,一般处理含镉废水时,需要在液膜中加入氯化甲基三辛胺。经过膜分离技术处理的废水,可以实现重金属的零排放或微排放,使生产成本大大降低。膜分离法处理含镉废水具有污染物去除率高、工艺简单等优点,但膜组件的设计困难,且膜易以污染堵塞,投资高,这些都影响了膜法的应用。具体联系瑞兹科技或参见http://www.ryzekj.com更多相关技术文档。

  (九)浮选法

  浮选法是一种废水处理新技术,分为溶气浮选法、电解浮选法、离子浮选法等多种浮选技术,它在废水处理领域有着广泛的应用。向含镉废水中加入硫化钠,将镉转化为硫化镉沉淀,然后加入捕捉剂十二烷胺醋酸酯,采用气泡上浮方法分离,对含镉为5 mg·L-1的废水能够达到99%的去除率。该法具有处理量大,成本低及操作方便等优点,但合适捕捉剂的优选较难。(何豫川)

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