重金属污染废水处理技术研究-北极星水处理网

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随着我国工业化的发展,人们对矿产资源的需求越来越高,而对铅锌矿山开采与加工过程中所产生的矿山酸性废水(acid mine drainage,AMD)的治理也不容忽视。废水中的锌离子远远高于我国含锌废水的排放标准,摄入过量的锌也会对人体造成严重的伤害。传统的重金属污染废水处理技术包括化学沉淀、离子交换、共沉淀吸附、电解、氧化还原、反渗析、膜分离技术等;但这些方法投资成本高,操作管理麻烦,而且存在二次污染,不能很好的解决金属和水资源再利用等问题。近年来,国内外都开始关注使用生物吸附法处理含重金属废水,其中根据藻类富集重金属的特性对废水进行生物吸附已经成为一种趋势。

大多数大型海藻会采用灭活、粉碎等方法进行重金属进行吸附。细胞壁的破碎,使更多的内部官能团裸露在表面对重金属进行吸附作用,但回收难、成本高等问题阻碍了大型海藻在重金属吸附上的应用。固定化处理能很好的解决回收再利用的问题,目前国内外对于活性微藻固定化方法研究报道较多 ,但对大型海藻的固定化处理研究较少。载体及包埋条件的选择是降低固定化成本并提高固定化颗粒使用寿命的关键。目前应用最多的载体是海藻酸钠和聚乙烯醇。活性炭粉具有较强的吸附能力,并且其较高的强度能为固定化颗粒提供支撑作用。相对于其他材料,活性炭原料充足,价格便宜,已经在废水处理中得到广泛应用。

本研究采用藻类联合固定化技术对水中重金属锌进行吸附处理,以鼠尾藻、活性炭为包埋对象,海藻酸钠和聚乙烯醇为包埋载体,氯化钙溶液为交联剂,制备固定化鼠尾藻小球;系统考察了固定化材料配比对锌的吸附率影响,确定最佳固定化条件;考察了不同环境条件下固定化小球的吸附性能;最后,将固定化小球投加到流化床生物反应器中对废水进行模拟处理,并进行吸附与解吸研究,为该技术的实际应用提供科学依据。

1实验部分

1. 1实验材料

实验藻种:鼠尾藻采自浙江舟山群岛东极岛,是一种常见的野生海藻,对Zn2 + 具有较强的富集能力。先用自来水冲洗去除藻类表面含有的少量泥沙和杂质,再依次用蒸馏水和超纯水各淋洗3 次。将洗净的鼠尾藻放置烘箱中烘干至恒重后放入粉样机中粉碎后过100 目筛,储存在干燥器中备用。

固定化材料:海藻酸钠(SA),聚乙烯醇(PVA),粉末活性炭(PAC),CaCl2 ,硼酸。

固定化小球的制备:将在100 ℃ 恒温水浴中溶解所得PVA 和SA 混合,混合液冷却至室温(25 ± 3)℃ :然后将其与藻粉和活性炭粉混合搅拌;搅拌均匀后将其用注射器滴入调至中性的混合溶液(CaCl2 和饱和硼酸)。滴完后再4 ℃ 下凝胶8 h. 取出颗粒用蒸馏水冲洗3 次,然后蒸馏水冲洗备用。

模拟废水水质指标(质量浓度):Zn2 + 100 mg˙L - 1 。

1. 2实验方法

1. 2. 1固定化小球吸附空白对照实验

称取同样质量分数的固定化材料,分别制作SA-PVA 空白小球(a)、单独固定鼠尾藻小球(b)、单独固定活性炭小球(c)以及固定活性炭加鼠尾藻小球(d),再称取同样质量的固定化小球放置到废水中进行吸附对比。

1. 2. 2固定化小球制备最佳配比

本研究选取海藻酸钠浓度为2% ,以聚乙烯醇、活性炭和包埋藻量为正交实验因素,选用L9 (33 )正交表进行正交实验。以处理后废水中锌离子的残留量考察颗粒吸附锌离子的性能。运行条件:温度25 ℃ 、pH 为7、转速200 r˙min - 1 振荡吸附2 h。取上清液过滤,然后测定锌离子浓度。每个处理重复3 次。实验各因素和水平设计见表1。

1. 2. 3固定化小球在不同环境条件下对锌的吸附的影响研究

在相同浓度100 mg˙L - 1 的100 mL 锌离子溶液条件下,分别研究固定化鼠尾藻颗粒在不同温度(15、20、25、30、35 ℃);不同pH(1、2、3、4、5、6、7);固定化颗粒投放量(2、4、6、8、10 g);振荡吸附时间(5、10、15、30、45、60、90、120 min);共存离子(Cd2 + 、Cu2 + )等条件下对锌离子吸附能力的影响。每个处理重复3 次。