探討(tǎo)重金(jīn)屬廢水治理(lǐ)技術工程

發布時(shí)間(jiān)：2017-05-08 15:05:10             文章來(lái)源：朗銳環境            浏覽次數：3318次          

探討(tǎo)重金(jīn)屬廢水治理(lǐ)技術工程

摘要：本文主要探討(tǎo)了(le)重金(jīn)屬廢水治理(lǐ)技術工程的處理(lǐ)方法，基因工程技術在微生(shēng)物治理(lǐ)重金(jīn)屬廢水中的應用及工藝流程的改造。

關(guān)鍵詞：重金(jīn)屬廢水;微生(shēng)物;工程改造

有色金(jīn)屬工業在采礦、選礦和冶煉生(shēng)産過程中，都産生(shēng)廢水，根據其來(lái)源可分(fēn)為(wèi)采礦廢水、選礦廢水、冶煉廢水、加工廢水有色金(jīn)屬廢水成分(fēn)較複雜，常含有CuCrbPzn、CdAs等多種重金(jīn)屬，并且具有水質水量波動大的特點。含重金(jīn)屬廢水具有較高的毒性，如(rú)果不對其進行有效處理(lǐ)，其進入環境會危害人(rén)體(tǐ)健康，污染土(tǔ)壤，存在一(yī)定的環境風(fēng)險，具有污染範圍廣、危害程度大的特點。

傳統的重金(jīn)屬廢水處理(lǐ)技術包括化(huà)學沉澱法、碳吸收法、離子(zǐ)交換法、蒸發法以及膜處理(lǐ)法等等，但(dàn)普遍具有難處理(lǐ)低(dī)濃度廢水，易造成二次污染等缺點。相比于傳統的治理(lǐ)技術，生(shēng)物治理(lǐ)技術具有成本低(dī)、适于處理(lǐ)低(dī)濃度廢水、無二次污染等優點。

一(yī)、微生(shēng)物治理(lǐ)法

利用細菌、真菌的生(shēng)化(huà)代謝作(zuò)用，将重金(jīn)屬元素與水體(tǐ)分(fēn)離或降低(dī)其毒性，從而達到廢水治理(lǐ)的目的。特别适用于重金(jīn)屬含量不高，有機物含量較高的污水處理(lǐ)。

(一(yī))吸附法

菌體(tǐ)細胞壁富含的多糖類和糖蛋白具有羟基、巯基、羧基、氨基等官能(néng)團，使其具有良好(hǎo)(hǎo)的金(jīn)屬離子(zǐ)吸附性能(néng)。因此，用菌體(tǐ)細胞做吸附劑，可獲得理(lǐ)想的處理(lǐ)效果。Puranik 等通過Pb2+、Zn2+的真菌吸附試驗，得出離子(zǐ)等量代換的試驗結果，指出離子(zǐ)交換是微生(shēng)物吸附重金(jīn)屬的主要機制。

微生(shēng)物吸附法依細胞活性可分(fēn)為(wèi)活細胞吸附法和死細胞吸附法，活細胞吸附過程包括胞外吸附和胞内轉移;死細胞吸附隻有胞外吸附過程，這(zhè)裏的吸附法主要指死細胞的胞外吸附。死細胞吸附法具有不受離子(zǐ)濃度及營養物質等生(shēng)長條件限制、無需進行代謝産物處理(lǐ)等優點，由發酵工業産生(shēng)的藻類、海草、微生(shēng)物殘體(tǐ)等都是應用前景廣闊的生(shēng)物吸附劑。死細胞吸附作(zuò)用按生(shēng)物種類不同又可分(fēn)為(wèi)真菌吸附、藻類吸附、細菌吸附、植物共生(shēng)菌吸附等。Ozdemir 等從活性污泥中提取出人(rén)蒼白杆菌(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(lǐ)研究，取得較好(hǎo)(hǎo)的處理(lǐ)效果。

回收廢水中的貴重金(jīn)屬時(shí)，傳統吸附法所用微生(shēng)物不易與水體(tǐ)分(fēn)離，成為(wèi)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(即磁小體(tǐ))，使細胞具有永磁偶極矩和磁定向性，在外加磁場(chǎng)作(zuò)用下(xià)，MTB 能(néng)定向運動，易于通過磁分(fēn)離器(qì)與溶液分(fēn)離。因此，以MTB 作(zuò)為(wèi)吸附載體(tǐ)的研究逐漸成為(wèi)熱點問題。宋慧平等研究了(le)單元體(tǐ)系和三元體(tǐ)系中MTB 對Au3+，Cu2+和Ni2+的吸附特性，結果表明，MTB 對三元體(tǐ)系中的Au3+具有很高的吸附選擇性，且吸附速率很大，在短時(shí)間(jiān)内達到完全吸附。MTB 對Au3+的吸附選擇性和自身(shēn)的趨磁特性為(wèi)從含金(jīn)廢液中回收金(jīn)提供了(le)一(yī)種全新(xīn)高效的方法。

(二)代謝法

微生(shēng)物通過還原反應可使重金(jīn)屬離子(zǐ)沉澱或降低(dī)其毒性。對于SO42-含量較高的重金(jīn)屬污水，常利用以硫酸還原菌(SRB)為(wèi)主的厭氧微生(shēng)物在厭氧狀态下(xià)還原高價态的重金(jīn)屬離子(zǐ)，并與硫酸鹽還原菌産生(shēng)的S2-化(huà)合生(shēng)成金(jīn)屬硫化(huà)物沉澱，從而達到分(fēn)離重金(jīn)屬離子(zǐ)的目的。

随着研究的不斷深入，人(rén)們發現(xiàn)了(le)越來(lái)越多的可用于重金(jīn)屬處理(lǐ)的菌種。例如(rú)，矽酸鹽細菌除對COD和BOD 有明顯處理(lǐ)能(néng)力外，對銅、鉻等元素也(yě)有明顯的處理(lǐ)效果。對矽酸鹽細菌的重金(jīn)屬廢水處理(lǐ)機理(lǐ)進行了(le)研究，對作(zuò)用機理(lǐ)做出三種假設：微生(shēng)物細胞表面的生(shēng)物吸附作(zuò)用;胞外多聚物的絮凝作(zuò)用;有機酸和氨基酸與重金(jīn)屬離子(zǐ)絡合降低(dī)其毒性。

Sadettin 等研究了(le)Phorium sp.對人(rén)工合成活性染料及Cr6+的生(shēng)物富集作(zuò)用，試驗結果表明，在pH為(wèi)8.5、溫度45℃時(shí)，該種菌系對Cr6+的初始耐受濃度分(fēn)别為(wèi)5.8mg/L~19.9mg/L，當染料濃度為(wèi)12.5mg/L時(shí)Cr6+的生(shēng)物富集量最大。Cr6+的去除過程可分(fēn)為(wèi)三個(gè)階段：價鍵作(zuò)用結合到微生(shēng)物細胞表面、轉移到細胞内部、Cr6+胞内還原為(wèi)Cr3+進而毒性降低(dī)。其中胞内還原為(wèi)毒性降低(dī)機理(lǐ)的主要過程。利用這(zhè)種細菌，可同時(shí)去除重金(jīn)屬離子(zǐ)及對傳統生(shēng)物處理(lǐ)方法有抗性的活性染料，效果顯著，因此在印染等化(huà)工廢水處理(lǐ)方面有較好(hǎo)(hǎo)的應用前景。

(三)絮凝法

生(shēng)物絮凝法是利用微生(shēng)物或微生(shēng)物産生(shēng)的具有絮凝能(néng)力的代謝物進行絮凝沉澱的一(yī)種除污方法。生(shēng)物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電荷的生(shēng)物大分(fēn)子(zǐ)，主要有蛋白質、黏多糖、纖維素和核糖等。

目前普遍接受的絮凝機理(lǐ)是離子(zǐ)鍵、氫鍵結合學說(shuō)。

期刊文章分(fēn)類查詢,盡在期刊圖書館前述矽酸鹽細菌處理(lǐ)重金(jīn)屬廢水可能(néng)的機理(lǐ)之一(yī)就(jiù)是生(shēng)物絮凝作(zuò)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(xiē)已取得顯著成果。運用基因工程技術，在菌體(tǐ)中表達金(jīn)屬結合蛋白分(fēn)離後，再固定到某些(xiē)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(pmal)與人(rén)金(jīn)屬硫蛋白(MT)的融合蛋白(pmal-MT)并将純化(huà)的pmal-MT 固定在Chitopeara 樹脂上(shàng)，研究其對Ca2+和Ga2+的吸附特性，該固定了(le)融合蛋白的樹脂具有較強的穩定性，并且其吸附能(néng)力較純樹脂提高十倍以上(shàng)。

二、基因工程技術在微生(shēng)物治理(lǐ)重金(jīn)屬廢水中的應用

運用基因工程技術構建具有高效降解能(néng)力的菌株是目前的研究熱點，國内外學者均進行了(le)大量研究，主要緻力于應用基因工程技術，在微生(shēng)物表面表達特異性金(jīn)屬結合蛋白或金(jīn)屬結合肽進而提高富集容量，或在微生(shēng)物細胞膜處表達特異性金(jīn)屬轉運系統的同時(shí)，在細胞内表達金(jīn)屬結合蛋白或金(jīn)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(lǐ)能(néng)力均顯著提高，高選擇性重組菌的構建使得廢水中重金(jīn)屬的再資源化(huà)成為(wèi)可能(néng)。

由于人(rén)們對大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(zuò)污水處理(lǐ)菌。目前研究中多以大腸杆菌為(wèi)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(lǐ)試驗中，對Ni2+富集能(néng)力比原始菌株增加了(le)6倍多。Zhao 等的研究表明，基因工程菌E.coli JM109較宿主菌具有更強的Hg2+耐受性和更高的Hg2+富集量，去除率達96%以上(shàng)。

Sousa 等構建了(le)表達酵母金(jīn)屬硫蛋白(CUP1)、哺乳動物金(jīn)屬硫蛋白(HMT21A)和外膜蛋LamB 的融合蛋白的基因工程菌E.coli，該菌種的Cd2+富集能(néng)力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。鄧旭等研究了(le)轉MT-like 基因衣藻對不同重金(jīn)屬離子(zǐ)的抗性和對Cd2+的富集行為(wèi)，結果表明，轉基因衣藻對Pb2+、Zn2+和Cd2+三種重金(jīn)屬離子(zǐ)的抗性得到明顯增強，其中以對Zn2+的抗性增強最為(wèi)顯著。轉基因藻對Cd2+的富集能(néng)力經MT-like 蛋白表達後較野生(shēng)藻細胞有較大增加，最大達到144.48μmol/g，為(wèi)野生(shēng)藻的8.3 倍。

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

三、工藝流程的改造

為(wèi)了(le)便于管理(lǐ)和減少改建的投資，鉛冶煉廠對原有的污酸和酸性污水處理(lǐ)工藝進行了(le)技術改造，污酸和酸性污水分(fēn)類收集儲存後進行化(huà)學中和處理(lǐ)系統、電絮凝處理(lǐ)系統(電化(huà)學反應器(qì))、化(huà)學沉澱微濾系統(高效氣浮池、碳濾池和錳砂濾池)、深度處理(lǐ)系統(膜處理(lǐ)系統包括納濾系統、反滲透系統、高壓反滲透系統)集中處理(lǐ)，中和系統産生(shēng)的廢渣集中存放(fàng)在綜合渣庫(鈣渣危廢處置庫)。

工藝當中采用的電化(huà)學處理(lǐ)技術能(néng)較好(hǎo)(hǎo)的實現(xiàn)廢水的淨化(huà)以及重金(jīn)屬的回收，采用催化(huà)複合碳闆和鐵闆作(zuò)為(wèi)極闆。當含重金(jīn)屬廢水流經電化(huà)學反應區時(shí)，在外加電流作(zuò)用下(xià)，重金(jīn)屬在陽極和陰極分(fēn)别發生(shēng)氧化(huà)、還原反應，将自由态或是結合态的重金(jīn)屬在陰極析出，回收重金(jīn)屬元素。

膜處理(lǐ)技術是一(yī)種新(xīn)型分(fēn)離技術。深度處理(lǐ)系統部分(fēn)的工藝為(wèi)納濾+ 反滲透，目的是進一(yī)步去除重金(jīn)屬和分(fēn)離出溶解固體(tǐ)鹽的有效方法。納濾膜應用于本項目處理(lǐ)含低(dī)濃度重金(jīn)屬廢水具有操作(zuò)壓力低(dī)、水通量大等優勢，不僅可以使90% 以上(shàng)的廢水純化(huà)，而且可同時(shí)使重金(jīn)屬離子(zǐ)含量濃縮10倍，濃縮後的重金(jīn)屬具有回收利用價值。反滲透膜可确保廢水中的鹽度被去除，處理(lǐ)後的水質優良，能(néng)确保完全達到地表水Ⅲ類标準，使出水能(néng)完全循環再利用。針對本工程中的各個(gè)膜處理(lǐ)部分(fēn)分(fēn)别設置了(le)清洗系統，以保持系統的正常運行。

總結

有色金(jīn)屬工業含重金(jīn)屬廢水的深化(huà)處理(lǐ)是“ 十二五” 節能(néng)減排的要求，也(yě)是未來(lái)重金(jīn)屬廢水處理(lǐ)的發展趨勢。采用合适的深度處理(lǐ)工藝對含重金(jīn)屬廢水的處理(lǐ)，能(néng)夠在回收重金(jīn)屬、削減重金(jīn)屬排放(fàng)量，減少新(xīn)鮮用水量上(shàng)取得較好(hǎo)(hǎo)的環境效益。有色金(jīn)屬工業含重金(jīn)屬廢水的深化(huà)處理(lǐ)仍存在造價較為(wèi)高昂，管理(lǐ)技術要求高等瓶頸，未來(lái)的研究應開發較為(wèi)成熟低(dī)廉的深化(huà)處理(lǐ)工藝，同時(shí)滿足經濟和環保的需求，以便進一(yī)步推廣。

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