探讨重金屬廢水治理技術工(gōng)程

發布時間：2017-05-08 15:05:10             文章來源：朗銳環境            浏覽次數：3309次          

探讨重金屬廢水治理技術工(gōng)程

摘要：本文主要探讨了重金屬廢水治理技術工(gōng)程的處理方法，基因工(gōng)程技術在微生(shēng)物(wù)治理重金屬廢水中(zhōng)的應用及工(gōng)藝流程的改造。

關鍵詞：重金屬廢水;微生(shēng)物(wù);工(gōng)程改造

有色金屬工(gōng)業在采礦、選礦和冶煉生(shēng)産過程中(zhōng)，都産生(shēng)廢水，根據其來源可分(fēn)爲采礦廢水、選礦廢水、冶煉廢水、加工(gōng)廢水有色金屬廢水成分(fēn)較複雜(zá)，常含有CuCrbPzn、CdAs等多種重金屬，并且具有水質水量波動大(dà)的特點。含重金屬廢水具有較高的毒性，如果不對其進行有效處理，其進入環境會危害人體(tǐ)健康，污染土壤，存在一(yī)定的環境風險，具有污染範圍廣、危害程度大(dà)的特點。

傳統的重金屬廢水處理技術包括化學沉澱法、碳吸收法、離(lí)子交換法、蒸發法以及膜處理法等等，但普遍具有難處理低濃度廢水，易造成二次污染等缺點。相比于傳統的治理技術，生(shēng)物(wù)治理技術具有成本低、适于處理低濃度廢水、無二次污染等優點。

一(yī)、微生(shēng)物(wù)治理法

利用細菌、真菌的生(shēng)化代謝作用，将重金屬元素與水體(tǐ)分(fēn)離(lí)或降低其毒性，從而達到廢水治理的目的。特别适用于重金屬含量不高，有機物(wù)含量較高的污水處理。

(一(yī))吸附法

菌體(tǐ)細胞壁富含的多糖類和糖蛋白(bái)具有羟基、巯基、羧基、氨基等官能團，使其具有良好的金屬離(lí)子吸附性能。因此，用菌體(tǐ)細胞做吸附劑，可獲得理想的處理效果。Puranik 等通過Pb2+、Zn2+的真菌吸附試驗，得出離(lí)子等量代換的試驗結果，指出離(lí)子交換是微生(shēng)物(wù)吸附重金屬的主要機制。

微生(shēng)物(wù)吸附法依細胞活性可分(fēn)爲活細胞吸附法和死細胞吸附法，活細胞吸附過程包括胞外(wài)吸附和胞内轉移;死細胞吸附隻有胞外(wài)吸附過程，這裏的吸附法主要指死細胞的胞外(wài)吸附。死細胞吸附法具有不受離(lí)子濃度及營養物(wù)質等生(shēng)長條件限制、無需進行代謝産物(wù)處理等優點，由發酵工(gōng)業産生(shēng)的藻類、海草、微生(shēng)物(wù)殘體(tǐ)等都是應用前景廣闊的生(shēng)物(wù)吸附劑。死細胞吸附作用按生(shēng)物(wù)種類不同又(yòu)可分(fēn)爲真菌吸附、藻類吸附、細菌吸附、植物(wù)共生(shēng)菌吸附等。Ozdemir 等從活性污泥中(zhōng)提取出人蒼白(bái)杆菌(Oobactrumanthropi)的死細胞菌體(tǐ)，并用其進行含鉻(VI)、镉(II)、銅(II)的廢水處理研究，取得較好的處理效果。

回收廢水中(zhōng)的貴重金屬時，傳統吸附法所用微生(shēng)物(wù)不易與水體(tǐ)分(fēn)離(lí)，成爲其應用瓶頸。趨磁細菌(MTB)細胞體(tǐ)内含有呈鏈狀排布的鐵磁性顆粒(即磁小(xiǎo)體(tǐ))，使細胞具有永磁偶極矩和磁定向性，在外(wài)加磁場作用下(xià)，MTB 能定向運動，易于通過磁分(fēn)離(lí)器與溶液分(fēn)離(lí)。因此，以MTB 作爲吸附載體(tǐ)的研究逐漸成爲熱點問題。宋慧平等研究了單元體(tǐ)系和三元體(tǐ)系中(zhōng)MTB 對Au3+，Cu2+和Ni2+的吸附特性，結果表明，MTB 對三元體(tǐ)系中(zhōng)的Au3+具有很高的吸附選擇性，且吸附速率很大(dà)，在短時間内達到完全吸附。MTB 對Au3+的吸附選擇性和自身的趨磁特性爲從含金廢液中(zhōng)回收金提供了一(yī)種全新高效的方法。

(二)代謝法

微生(shēng)物(wù)通過還原反應可使重金屬離(lí)子沉澱或降低其毒性。對于SO42-含量較高的重金屬污水，常利用以硫酸還原菌(SRB)爲主的厭(yàn)氧微生(shēng)物(wù)在厭(yàn)氧狀态下(xià)還原高價态的重金屬離(lí)子，并與硫酸鹽還原菌産生(shēng)的S2-化合生(shēng)成金屬硫化物(wù)沉澱，從而達到分(fēn)離(lí)重金屬離(lí)子的目的。

随着研究的不斷深入，人們發現了越來越多的可用于重金屬處理的菌種。例如，矽酸鹽細菌除對COD和BOD 有明顯處理能力外(wài)，對銅、鉻等元素也有明顯的處理效果。對矽酸鹽細菌的重金屬廢水處理機理進行了研究，對作用機理做出三種假設：微生(shēng)物(wù)細胞表面的生(shēng)物(wù)吸附作用;胞外(wài)多聚物(wù)的絮凝作用;有機酸和氨基酸與重金屬離(lí)子絡合降低其毒性。

Sadettin 等研究了Phorium sp.對人工(gōng)合成活性染料及Cr6+的生(shēng)物(wù)富集作用，試驗結果表明，在pH爲8.5、溫度45℃時，該種菌系對Cr6+的初始耐受濃度分(fēn)别爲5.8mg/L~19.9mg/L，當染料濃度爲12.5mg/L時Cr6+的生(shēng)物(wù)富集量最大(dà)。Cr6+的去(qù)除過程可分(fēn)爲三個階段：價鍵作用結合到微生(shēng)物(wù)細胞表面、轉移到細胞内部、Cr6+胞内還原爲Cr3+進而毒性降低。其中(zhōng)胞内還原爲毒性降低機理的主要過程。利用這種細菌，可同時去(qù)除重金屬離(lí)子及對傳統生(shēng)物(wù)處理方法有抗性的活性染料，效果顯著，因此在印染等化工(gōng)廢水處理方面有較好的應用前景。

(三)絮凝法

生(shēng)物(wù)絮凝法是利用微生(shēng)物(wù)或微生(shēng)物(wù)産生(shēng)的具有絮凝能力的代謝物(wù)進行絮凝沉澱的一(yī)種除污方法。生(shēng)物(wù)絮凝劑又(yòu)稱第三代絮凝劑，是帶電(diàn)荷的生(shēng)物(wù)大(dà)分(fēn)子，主要有蛋白(bái)質、黏多糖、纖維素和核糖等。

目前普遍接受的絮凝機理是離(lí)子鍵、氫鍵結合學說。

期刊文章分(fēn)類查詢,盡在期刊圖書(shū)館前述矽酸鹽細菌處理重金屬廢水可能的機理之一(yī)就是生(shēng)物(wù)絮凝作用。目前對于矽酸鹽細菌絮凝法的應用研究已有很多[10-11]，有些已取得顯著成果。運用基因工(gōng)程技術，在菌體(tǐ)中(zhōng)表達金屬結合蛋白(bái)分(fēn)離(lí)後，再固定到某些惰性載體(tǐ)表面，可獲得高富集容量絮凝劑。Masaaki Terashima 等利用轉基因技術使E.coli表達麥芽糖結合蛋白(bái)(pmal)與人金屬硫蛋白(bái)(MT)的融合蛋白(bái)(pmal-MT)并将純化的pmal-MT 固定在Chitopeara 樹(shù)脂上，研究其對Ca2+和Ga2+的吸附特性，該固定了融合蛋白(bái)的樹(shù)脂具有較強的穩定性，并且其吸附能力較純樹(shù)脂提高十倍以上。

二、基因工(gōng)程技術在微生(shēng)物(wù)治理重金屬廢水中(zhōng)的應用

運用基因工(gōng)程技術構建具有高效降解能力的菌株是目前的研究熱點，國内外(wài)學者均進行了大(dà)量研究，主要緻力于應用基因工(gōng)程技術，在微生(shēng)物(wù)表面表達特異性金屬結合蛋白(bái)或金屬結合肽進而提高富集容量，或在微生(shēng)物(wù)細胞膜處表達特異性金屬轉運系統的同時，在細胞内表達金屬結合蛋白(bái)或金屬結合肽，從而獲得具有高富集容量和高選擇性的高效菌株。構建出的菌株處理能力均顯著提高，高選擇性重組菌的構建使得廢水中(zhōng)重金屬的再資(zī)源化成爲可能。

由于人們對大(dà)腸杆菌的認識較深入，且其具有緻病性弱，對生(shēng)長環境要求不高，易于檢查和培養的優點，适于作污水處理菌。目前研究中(zhōng)多以大(dà)腸杆菌爲受體(tǐ)菌，運用基因重組技術構建出多種高效菌株。Deng 等構建的基因重組菌E.coli JM10，在含鎳廢水的處理試驗中(zhōng)，對Ni2+富集能力比原始菌株增加了6倍多。Zhao 等的研究表明，基因工(gōng)程菌E.coli JM109較宿主菌具有更強的Hg2+耐受性和更高的Hg2+富集量，去(qù)除率達96%以上。

Sousa 等構建了表達酵母金屬硫蛋白(bái)(CUP1)、哺乳動物(wù)金屬硫蛋白(bái)(HMT21A)和外(wài)膜蛋LamB 的融合蛋白(bái)的基因工(gōng)程菌E.coli，該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。鄧旭等研究了轉MT-like 基因衣藻對不同重金屬離(lí)子的抗性和對Cd2+的富集行爲，結果表明，轉基因衣藻對Pb2+、Zn2+和Cd2+三種重金屬離(lí)子的抗性得到明顯增強，其中(zhōng)以對Zn2+的抗性增強最爲顯著。轉基因藻對Cd2+的富集能力經MT-like 蛋白(bái)表達後較野生(shēng)藻細胞有較大(dà)增加，最大(dà)達到144.48μmol/g，爲野生(shēng)藻的8.3 倍。

曾文爐等以轉mMT-Ⅰ聚球藻7002 爲對象，研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培養基中(zhōng)的生(shēng)長特性及其對重金屬的淨化性能，結果表明，無論從生(shēng)長速率還是對重金屬的耐受特性來看，轉mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明顯優于野生(shēng)藻。

三、工(gōng)藝流程的改造

爲了便于管理和減少改建的投資(zī)，鉛冶煉廠對原有的污酸和酸性污水處理工(gōng)藝進行了技術改造，污酸和酸性污水分(fēn)類收集儲存後進行化學中(zhōng)和處理系統、電(diàn)絮凝處理系統(電(diàn)化學反應器)、化學沉澱微濾系統(高效氣浮池、碳濾池和錳砂濾池)、深度處理系統(膜處理系統包括納濾系統、反滲透系統、高壓反滲透系統)集中(zhōng)處理，中(zhōng)和系統産生(shēng)的廢渣集中(zhōng)存放(fàng)在綜合渣庫(鈣渣危廢處置庫)。

工(gōng)藝當中(zhōng)采用的電(diàn)化學處理技術能較好的實現廢水的淨化以及重金屬的回收，采用催化複合碳闆和鐵闆作爲極闆。當含重金屬廢水流經電(diàn)化學反應區時，在外(wài)加電(diàn)流作用下(xià)，重金屬在陽極和陰極分(fēn)别發生(shēng)氧化、還原反應，将自由态或是結合态的重金屬在陰極析出，回收重金屬元素。

膜處理技術是一(yī)種新型分(fēn)離(lí)技術。深度處理系統部分(fēn)的工(gōng)藝爲納濾+ 反滲透，目的是進一(yī)步去(qù)除重金屬和分(fēn)離(lí)出溶解固體(tǐ)鹽的有效方法。納濾膜應用于本項目處理含低濃度重金屬廢水具有操作壓力低、水通量大(dà)等優勢，不僅可以使90% 以上的廢水純化，而且可同時使重金屬離(lí)子含量濃縮10倍，濃縮後的重金屬具有回收利用價值。反滲透膜可确保廢水中(zhōng)的鹽度被去(qù)除，處理後的水質優良，能确保完全達到地表水Ⅲ類标準，使出水能完全循環再利用。針對本工(gōng)程中(zhōng)的各個膜處理部分(fēn)分(fēn)别設置了清洗系統，以保持系統的正常運行。

總結

有色金屬工(gōng)業含重金屬廢水的深化處理是“ 十二五” 節能減排的要求，也是未來重金屬廢水處理的發展趨勢。采用合适的深度處理工(gōng)藝對含重金屬廢水的處理，能夠在回收重金屬、削減重金屬排放(fàng)量，減少新鮮用水量上取得較好的環境效益。有色金屬工(gōng)業含重金屬廢水的深化處理仍存在造價較爲高昂，管理技術要求高等瓶頸，未來的研究應開(kāi)發較爲成熟低廉的深化處理工(gōng)藝，同時滿足經濟和環保的需求，以便進一(yī)步推廣。

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