¿Pueden entrar líquidos residuales que contengan metales pesados en la estación de aguas residuales?
Los métodos de tratamiento actuales para aguas residuales de metales pesados se pueden dividir aproximadamente en tres categorías: (1) métodos químicos; (2) tratamiento físico;
Métodos químicos
Los métodos químicos incluyen principalmente métodos de precipitación química y métodos de electrólisis, que son principalmente adecuados para el tratamiento de aguas residuales que contienen altas concentraciones de iones de metales pesados. El método químico es actualmente el principal método para tratar aguas residuales de metales pesados en el país y en el extranjero.
2.1.1 Método de precipitación química
El principio del método de precipitación química es convertir los metales pesados disueltos en aguas residuales en compuestos de metales pesados insolubles en agua mediante reacciones químicas y luego separar los precipitados. de ellos mediante filtración y separación de la solución acuosa, incluido el método de precipitación por neutralización, el método de precipitación de sulfuro y el método de precipitación de ferrita. Debido a la influencia del precipitante y de las condiciones ambientales, la concentración del efluente del método de precipitación a menudo no cumple con los requisitos y requiere un tratamiento adicional. El sedimento producido debe ser bien tratado y eliminado, de lo contrario provocará contaminación secundaria.
2.1.2 Método de electrólisis
La electrólisis utiliza las propiedades electroquímicas de los metales. Durante el proceso de electrólisis, los iones metálicos se pueden separar de soluciones con concentraciones relativamente altas y luego usarse. La electrólisis se utiliza principalmente para tratar las aguas residuales de galvanoplastia. La desventaja de este método es que la concentración de iones de metales pesados en el agua no se puede reducir a niveles muy bajos. Por tanto, la electrólisis no es adecuada para el tratamiento de aguas residuales que contengan bajas concentraciones de iones de metales pesados.
2.1.3 Quelación [1]
El método de quelación, también conocido como método de colector de iones poliméricos, se refiere a la adición de una cantidad adecuada de colectores de metales pesados durante el proceso de tratamiento de aguas residuales para captura El principio es que el colector se combina con los iones metálicos plomo y cadmio para formar quelatos correspondientes, de modo que el plomo y el cadmio puedan eliminarse y separarse. La reacción se puede llevar a cabo a temperatura ambiente y en un amplio rango de pH (3 a 11), mientras que el colector no se ve afectado por los iones de metales pesados almacenados en el reactor. Por lo tanto, este método tiene las ventajas de una alta tasa de eliminación, un buen efecto de floculación, una pequeña cantidad de lodo y una fácil deshidratación.
2.1.4 Tecnología de tratamiento de agua con metales nanopesados
Dado que la superficie específica de los nanomateriales es mucho mayor que la de los materiales ordinarios, la misma sustancia mostrará diferentes propiedades físicas y químicas Se están experimentando y practicando constantemente muchos nanomateriales nuevos. Aprobado por el Ministerio de Protección Ambiental, el Ministerio de Ciencia y Tecnología, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información y el Ministerio de Finanzas, este proyecto es el "Proyecto Nacional de Transformación de Grandes Logros Científicos y Tecnológicos 2011": tecnología nanométrica de tratamiento de agua y Serie de productos Su aplicación en Jiangxi Copper Co., Ltd. ha logrado un avance histórico.
Los métodos de tratamiento de aguas residuales con metales pesados comúnmente utilizados en China incluyen la neutralización con cal y la sulfuración. Aunque estos procesos de tratamiento tradicionales pueden eliminar los metales pesados de las aguas residuales, el efecto del tratamiento no es estable. Después del tratamiento, todavía es difícil garantizar la descarga estable de agua limpia y producirá contaminación secundaria. La tecnología de tratamiento de agua con nanometales pesados no solo puede hacer que la calidad del efluente tratado sea mejor que los estándares de descarga nacionales, sino que también puede ser estable y confiable, tener bajos costos de inversión y operación, reaccionar rápidamente con iones de metales pesados en el agua y tener una capacidad de adsorción. capacidad de procesamiento que es de 10 a 1000 veces mayor que la de los materiales ordinarios. La cantidad de lodo se reduce en más del 50% en comparación con los procesos tradicionales, y hay menos impurezas en el lodo, lo que es beneficioso para el procesamiento posterior y la recuperación de recursos. Según los datos, el proceso tradicional produce 25 toneladas de escoria de cal cada día, pero después de utilizar la nanotecnología, sólo se producen 25 toneladas de escoria de nanometal cada mes, lo que equivale a tratar 300 metros cúbicos de aguas residuales de metales pesados cada día. Lo que es particularmente digno de mención es que el contenido unitario de metales pesados en este lodo aumentó 30 veces. Si tomamos como ejemplo el tratamiento de aguas residuales de las plantas de fundición de cobre, la ley del lodo de nanocobre recuperado ha alcanzado el 20%, que puede reciclarse completamente como recursos de cobre.
Métodos de tratamiento físico
Los métodos de tratamiento físico incluyen principalmente extracción y separación de solventes, intercambio iónico, tecnología de separación por membrana y adsorción.
2.2.1 Extracción y separación con disolventes
La extracción con disolventes es un método común para separar y purificar sustancias. Debido al contacto líquido-líquido, puede funcionar de forma continua y tiene un buen efecto de separación. Al utilizar este método, se debe seleccionar un agente de extracción altamente selectivo. Los metales pesados en las aguas residuales generalmente existen en forma de cationes o aniones. Por ejemplo, en condiciones ácidas, se complejan con el agente de extracción, se extraen de la fase acuosa a la fase orgánica y luego se retroextraen a la fase acuosa en condiciones alcalinas, de modo que el disolvente pueda regenerarse y reciclarse. Esto requiere una cuidadosa selección de la acidez de la fase acuosa durante la operación de extracción. Aunque el método de extracción tiene grandes ventajas, la pérdida de disolvente durante el proceso de extracción y la gran cantidad de consumo de energía durante el proceso de regeneración hacen que este método tenga ciertas limitaciones y su aplicación esté muy restringida.
Método de intercambio iónico
El método de intercambio iónico es un método para eliminar iones de metales pesados de las aguas residuales mediante el intercambio de iones de metales pesados con un intercambiador de iones. Los intercambiadores de iones comúnmente utilizados incluyen resinas de intercambio catiónico, resinas de intercambio aniónico y resinas quelantes. En los últimos años, académicos nacionales y extranjeros han realizado una gran cantidad de trabajos de investigación sobre el desarrollo de intercambiadores de iones. Con la aparición continua de intercambiadores de iones, los métodos de intercambio de iones han demostrado sus ventajas en el tratamiento avanzado de aguas residuales de galvanoplastia y la recuperación de sales metálicas de alto precio. El método de intercambio iónico es un método de tratamiento importante para las aguas residuales de galvanoplastia. Tiene una gran capacidad de procesamiento, buena calidad del efluente, recupera recursos de metales pesados y no genera contaminación secundaria para el medio ambiente. Sin embargo, los intercambiadores de iones son propensos a fallas por oxidación, regeneración frecuente y altos costos operativos.
2.2.3 Tecnología de separación por membrana
La tecnología de separación por membrana utiliza una membrana semipermeable especial para separar o concentrar disolventes bajo presión externa sin cambiar la forma química en la solución ni los métodos del soluto. , incluidas la electrodiálisis y la electrólisis de membrana. La electrodiálisis es un proceso físico y químico que utiliza una membrana de intercambio aniónico-catiónico para permear selectivamente aniones en una solución bajo la acción de un campo eléctrico de CC para separar los iones de metales pesados en una solución acuosa del agua. La electrólisis de diafragma es un método que utiliza una membrana para separar el ánodo y el cátodo del dispositivo de electrólisis. En realidad, es un método que combina electrodiálisis y electrólisis. Todos los métodos anteriores encuentran problemas tales como polarización de electrodos, incrustaciones y corrosión.
Método de adsorción
La adsorción es un método eficaz para eliminar iones de metales pesados del agua utilizando materiales sólidos porosos. La tecnología clave del método de adsorción es la selección del adsorbente. El adsorbente tradicional es el carbón activado. También hay polvos adsorbentes de arcilla, adsorbentes de cenizas volantes, materiales a base de biomasa y [1] materiales adsorbentes a base de resina. El carbón activado tiene una gran capacidad de adsorción y una alta tasa de eliminación, pero la eficiencia de regeneración del carbón activado es baja. La calidad del agua tratada no puede cumplir con los requisitos de reutilización. Es costoso y tiene una aplicación limitada. En los últimos años se han desarrollado gradualmente diversos materiales adsorbentes con capacidad de adsorción. Estudios relevantes han demostrado que el quitosano y sus derivados son buenos adsorbentes de iones de metales pesados. La resina de quitosano reticulada se puede reutilizar 10 veces sin una reducción significativa en la capacidad de adsorción. El uso de sepiolita modificada para tratar aguas residuales de metales pesados tiene una buena capacidad de adsorción de Pb2+, Hg2+ y Cd2+. El contenido de metales pesados en las aguas residuales tratadas es significativamente menor que el estándar integral de descarga de aguas residuales. También se ha informado en la literatura que la montmorillonita es también un adsorbente mineral arcilloso con buen rendimiento. La tasa de eliminación de Cr 6+ de la montmorillonita con pilares de aluminio y circonio alcanza el 99 % en condiciones ácidas, y el contenido de Cr 6+ en el efluente es inferior al estándar de emisiones nacional, por lo que tiene perspectivas de aplicación práctica.
Métodos de tratamiento biológico
El tratamiento biológico es un método de eliminación de metales pesados de aguas residuales mediante la floculación, adsorción, acumulación y enriquecimiento de microorganismos o plantas, incluyendo biosorción, biofloculación, métodos de reparación de plantas. .
2.3.1 Biosorción
La biosorción se refiere al método mediante el cual los organismos adsorben iones metálicos mediante reacciones químicas. Las algas y las células microbianas tienen buenos efectos de adsorción sobre metales pesados y tienen las ventajas de bajo costo, buena selectividad, gran capacidad de adsorción y amplio rango de concentración. Son adsorbentes relativamente económicos. La investigación sobre la eliminación de metales pesados de las aguas residuales mediante biosorción ha logrado resultados preliminares en Estados Unidos y otros países. Algunos investigadores pretrataron micelas de Pseudomonas y las fijaron en magnetita fina para adsorber cobre en aguas residuales industriales. Los resultados muestran que cuando la concentración es tan alta como 100 mg/L, la tasa de eliminación puede alcanzar el 96% y la desorción ácida puede recuperar el 95% del cobre. El pretratamiento puede aumentar la capacidad de adsorción. Sin embargo, el método de biosorción también tiene algunas desventajas, por ejemplo, la capacidad de adsorción se ve fácilmente afectada por factores ambientales y la adsorción de metales pesados por microorganismos es selectiva. Las aguas residuales de metales pesados a menudo contienen una variedad de metales pesados nocivos, lo que afecta la función. de microorganismos, y su aplicación es limitada. Se necesita más investigación.
2.3.2 Floculación biológica
La floculación biológica es un método de descontaminación que utiliza microorganismos o metabolitos producidos por microorganismos para flocular y sedimentar. Aunque el método de floculación biológica se desarrolló hace menos de 20 años, se ha descubierto que más de 17 tipos de microorganismos tienen un buen efecto de floculación, como mohos, bacterias, actinomicetos, levaduras, etc., la mayoría de los cuales pueden usarse para tratar metales pesados. La floculación biológica tiene las ventajas de seguridad, no toxicidad, alta eficiencia de floculación y fácil separación de flóculos, y tiene amplias perspectivas de desarrollo.
2.3.3 Métodos de fitorremediación
La fitorremediación se refiere al uso de plantas superiores para reducir el contenido de metales pesados en suelos o aguas superficiales contaminados mediante absorción, precipitación y enriquecimiento, logrando así la contaminación. fines de control y restauración ambiental.
La fitorremediación es una forma eficaz de utilizar la ingeniería ecológica para tratar el medio ambiente y es una extensión de la biotecnología para tratar las aguas residuales empresariales. El tratamiento de metales pesados mediante plantas consta principalmente de tres partes:
(1) Utilizar plantas acumuladoras de metales o plantas hiperacumuladoras para absorber y precipitar de las aguas residuales.
O enriquecer metales tóxicos: (2) Utilizar plantas acumuladoras de metales o plantas hiperacumuladoras para reducir la salud.
Baja actividad de los metales tóxicos, provocando que los metales pesados se filtren del suelo o los reduzcan.
Difusión aérea: (3) Uso de plantas acumuladoras de metales o plantas hiperacumuladoras para transferir el suelo
Los metales pesados del suelo o el agua se extraen, enriquecen y transportan a las raíces de las plantas y a las partes aéreas. Cosechable parte. Reducir la concentración de metales pesados en el suelo o el agua cosechando o eliminando ramas de plantas que acumulan y enriquecen los metales pesados. Las plantas que se pueden utilizar en técnicas de fitorremediación incluyen algas, hierbas y plantas leñosas.
La capacidad de las algas para depurar aguas residuales de metales pesados se refleja principalmente en su fuerte adsorción de metales pesados. La absorción de Au por las algas pardas es de 400 mg/g, y la tasa de eliminación de iones de metales pesados como Cu, Pb, La, Cd y Hg por las algas verdes en determinadas condiciones es del 80% al 90%. Hao Yuntao y otros aislaron y examinaron una cepa de Chlorella ellipsoidea con alta resistencia a metales pesados y estudiaron los efectos de diferentes concentraciones de metales pesados como cobre, zinc, níquel y cadmio sobre el crecimiento de Chlorella ellipsoidea y su absorción y enriquecimiento de iones de metales pesados. Los resultados mostraron que las algas tienen una alta tolerancia al zinc y al cadmio. La tolerancia a los cuatro metales pesados es zinc > cadmio > níquel > cobre. Las algas tienen un buen efecto de eliminación de metales pesados. Después de ser tratadas con 15 μmol/L Cu2+, 300 μmol/L Zn2+, 100 μmol/L Ni2+ y 30 μmol/L Cd2+ durante 72 horas, las tasas de eliminación alcanzaron el 40,93%, 98,33. % y 97,62% respectivamente. Por tanto, esta alga se puede aplicar en el tratamiento de aguas residuales que contengan metales pesados.
Ha habido muchos informes sobre la aplicación de hierbas medicinales para purificar aguas residuales de metales pesados. Jacinto de Eichhornia
Eichhornia crassipes es una planta acuática flotante reconocida internacionalmente y comúnmente utilizada para el control de la contaminación. Tiene las características de crecimiento rápido, resistencia a bajas temperaturas y resistencia a altas temperaturas, y puede enriquecer rápida y masivamente Cd, Pb, Hg, Ni, Ag, Co, Cr y otros metales pesados en aguas residuales. Los resultados de la investigación realizada por Zhang Zhijie y otros muestran que Eichhornia crassipes con un peso seco de 1 kg puede absorber 3,797 g de plomo y 3,225 g de cadmio en un plazo de 7 a 10 días. Zhou et al. encontraron que las tasas de absorción de cobalto y zinc por Eichhornia crassipes llegaban al 97% y 80% respectivamente. Cattail Pres1 también es una buena hierba para purificar metales pesados. Tiene estructuras y funciones especiales, como hojas carnosas y tejido en empalizada bien desarrollado. Las plantas de espadaña crecen durante mucho tiempo en aguas residuales de metales pesados con alta concentración, formando una estructura especial para resistir el ambiente hostil y autorregular algunas actividades fisiológicas para adaptarse a la contaminación y el envenenamiento. Zhao et al. estudiaron la estabilidad del sistema de humedales artificiales de espadaña en el tratamiento de aguas residuales del procesamiento de minerales de la mina de plomo y zinc Fankou en Shaoguan, Guangdong. Diez años de resultados de monitoreo muestran que el sistema puede purificar eficazmente las aguas residuales de las minas de plomo y zinc. Las aguas residuales no tratadas contienen altas concentraciones de metales nocivos como plomo, zinc y cadmio. Después de que se instaló el humedal artificial, la calidad del agua de salida mejoró significativamente. Las tasas de purificación de plomo, zinc y cadmio fueron del 99,0%, 97,9% y 94,9% respectivamente, todas ellas inferiores a las normas nacionales de descarga de aguas residuales industriales. . Además, existen muchas plantas herbáceas con funciones depurativas, como la gypsophila, el dragón de agua, la sófora, la lenteja de agua, la mostaza india, etc.
El uso de plantas leñosas para tratar cuerpos de agua contaminados tiene las ventajas de un buen efecto de purificación, una gran capacidad de tratamiento, poco impacto en el clima y dificultad para causar contaminación secundaria, y ha atraído cada vez más atención de la gente. Los resultados experimentales de Hu Huanbin y otros mostraron que dos plantas, el carrizo y el abeto de estanque, tienen una gran capacidad para enriquecer metales pesados como plomo y cadmio, mientras que la planta leñosa de abeto de estanque tiene un mejor efecto de purificación que el carrizo. Zhou Qing et al. estudiaron la respuesta de cinco árboles de hoja perenne al estrés por contaminación por cadmio. Los resultados experimentales muestran que bajo estrés por cadmio de alta concentración, las características fisiológicas y bioquímicas como el contenido de clorofila, la permeabilidad de la membrana plasmática, la actividad catalasa y el enriquecimiento de cadmio de las hojas han sufrido cambios significativos. Entre ellos, el boj, el pittosporum y el abeto chino tienen una mayor resistencia a la contaminación por cadmio que el alcanfor y el acebo. La tecnología de tratamiento de aguas residuales con metales pesados basada en plantas leñosas puede impedir que sustancias tóxicas y nocivas entren en la cadena alimentaria de los seres humanos y el ganado, evitar la contaminación secundaria y puede cultivarse de manera específica, embelleciendo el medio ambiente mientras se controla la contaminación y se obtienen ciertos beneficios económicos. beneficios. Es un método ideal de remediación ambiental.