含锌废水处理研究进展_蔡鲁晟

论　文　综　述Overview of Thesises含锌废水处理研究进展蔡鲁晟　陈文婷　黄　琳(江西理工大学环境与建筑工程学院,江西赣州341000)摘要　含锌废水的传统处理方法,如物理法和化学法的不足之处在于费用高,2次污染大。

微生物法在含锌废水处理方面的研究取得了显著进展,一些研究成果已投放工程应用。

生物吸附法对含锌废水的处理有着广阔的应用前景。

关键词　锌　重金属　废水　生物吸附法收稿日期:2005-11-29作者简介:蔡鲁晟(1982～),男,硕士,从事重金属生物吸附方面的研究。

The Progress of Research of Treating Zn —Containing WastewaterCai Lushen Chen Wenting Huang Lin(Jiangxi Universtity of Science and Technology ,Jiangxi Ganzhou 341000)A bstract The tradition methods to treat Zn —containing wastewater ,such as physical and chemical ones ,have someshortcomings ,such as high cost ,serious second pollution .Great progress has been made in the research about the treatment of Zn —c ontaining wastewater with microbiology ,and some result has been but into application .Wild prospect is pointed out in this article aboout the treatment of Zn —containing waste water with biological adsorption .Keywords heavy metal zinc wastewater biological adsorption 在当代人类使用的金属中,按金属用量计,锌是仅次于铁、铝、铜之后的第四大用量的重金属[1]。

锌是维持机体正常生长发育,新陈代谢的重要物质,它参与蛋白质合成,促进细胞分裂、生长和再生。

但是,许多实验和流行病学调查已经证实,如果锌在人体内含量过高,将会抑制噬细胞的活性和杀菌力,从而降低人体的免疫功能,使抵抗力减弱,对疾病易感性增加[2]。

本文通过对含锌废水的传统处理方法如物化法和化学法进行系统论述,找出其存在的问题,详细考察生物法处理含锌废水的研究进展,旨在为进一步发展生物吸附法处理含锌废水的处理技术提供重要的参考依据。

1化学法处理含锌废水 处理含锌废水,目前国内外主要有中和沉淀法、铁氧体法、絮凝沉淀法等。

中和沉淀法主要是往废水中添加碱(一般是氢氧化钙)提高其pH 值,生成氢氧化锌沉淀。

然而一般含锌废液在多数情况下含有配合剂,配合剂的存在阻碍氢氧化锌沉淀的形成,所以采用中和沉淀法处理锌废液很难达到排放的标准[3]。

铁氧体法用投加FeSO 4使废水中的锌离子形成磁性铁氧体析出,在形成铁氧体的过程中,锌离子通过包裹、夹带作用,填充在铁氧体的晶格中,并紧密结合,形成稳定的固溶物。

汤兵等[4]研究指出在pH =—68—第20卷第3期2006年3月 化工时刊Chemical Industry Times Vol .20,N o .3Mar .3.20068.0～10.0,0.2%≤Fe2+∶Zn2+≤8%,外加磁场强度为200T的条件下锌的去除率可达99%以上,沉渣沉降时间可缩短为10min。

絮凝法有快速分离快速沉淀的优点。

张小燕等[5]开发了一种水溶性氨基二硫代甲酸型螯合树脂(DTCR)。

在常温下,用DTCR处理含锌废液,去除效果显著,经一次处理后水中残留ρ(Zn2+)≤0.3mg/L。

低于国家规定的排放标准,去除率达98%以上。

且污泥十分稳定。

不会引起2次污染。

化学沉淀法作为含锌废水的一种主要处理方法,工程化比较普通,但由于化学法普遍要加入大量的化学药剂,并成为沉淀物的形式沉淀出来。

这就决定了化学法处理后存在大量的2次污染。

如大量废渣的产生,而这些废渣的处理目前尚无较好的处理处置方法,所以以其在工程上的应用和以后的可持续发展都存在巨大的负面作用。

2物化法处理含锌废水 物化法一般都是采用离子交换处理法、吸附法、膜分离技术、溶剂萃取分离等方法除去废液中的锌。

陈文森等[6]利用静态吸附方法,研究两性离子交换树脂处理含锌的废水。

实验结果表明,酸的存在对树脂吸附锌影响很大,酸度越大吸附量越小,盐的存在一定范围内有利于锌的吸附。

李莉等[7]用活性炭处理的腐殖酸对锌进行吸附,在最佳条件下吸附率可达到99.65%。

王大军等[8]实验发现,煤粉灰对锌具有较强的吸附能力,以氧化钙为改性剂改性的粉煤灰对含锌废水具有良好的吸附性能,在含锌离子浓度为50～250mg/L,改性粉煤灰用量每100mL为20g。

pH值为4～11的实验条件下,锌离子的去除率最高可达99%。

李门楼等[9]用改性硅藻土处理含锌废水在废水pH值4.0～7.0、锌浓度0～100mg/L范围内,按锌与改性硅藻土质量比为1/30投加改性硅藻土进行处理,锌去除率可达98%以上,处理后的废水接近中性。

另外,还有用陶粒、膨润土、改性粘土等处理含锌废水的研究。

刘泽英等[10]在乳状液膜体系处理含锌废水,改进了破乳器,提高了电极网的使用寿命,解决了破乳过程与硅体制乳同步连续正常运行大问题。

宝钢冷轧电镀锌废水处理[11]采用中和———薄膜过滤工艺,由冷轧电镀锌机组排出的高锌深度废水进入中和反应池,以工业消石灰为中和剂中和,废水pH值由1～2提高到8.5～9,然后经薄膜液体过滤器作固液分离,过滤后滤液达标排放。

另外,还有不少人作了用选矿尾渣、高炉冶炼矿渣等废渣处理含锌废水的研究,取得了不错的成果。

但由于物化法处理量不大,操作相对复杂,只适合处理组成单纯的含锌废水,而工业废水的成分较复杂,所以物化法的工程化程度较低。

3生物法处理含锌废水 与传统物理化学方法相比,用生物法处理含锌废水具有速度快、选择性高、吸附容量大、处理费用低等优点,而且不造成2次污染,已成为公认最具发展前途的方法。

3.1　生物吸附法生物吸附是一种利用廉价的失活生物细胞分离有毒重金属的方法。

其运行费用低;需处理的化学或生物污泥量少;而且如果是采用发酵工业废弃的菌丝制备生物吸附剂,由于价格低廉不必回收,可直接采用煅烧法回收被吸附出的金属:去除含极低浓度(1～100mg/L)重金属的废液效率高;操作pH值及温度范围宽(pH=3～9,温度4～90℃);吸附速率高,选择性好。

这些优点促进了生物技术在重金属污染物处理中的应用,尤其适用于工业废水的处理。

生物吸附剂可采用自然界中丰富的生物资源,如藻类、地衣、真菌和细菌等。

生物吸附的机理包括细胞的不同部位对重金属离子的配合、螯合、离子交换、转化、吸附和无机微沉淀等。

金属阳离子可被微生物吸附是因为细胞表面存在负电荷位点及生物体细胞壁表面的一些具有金属配合、配位能力的基团起作用,如巯基、羧基、羟基等基团[12]。

用失活生物体作为吸附剂去除废水中的重金属研究已经取得了很大的进展。

大量的研究结果表明,细菌,真菌和藻类等生物体对重金属都有很强的强附能力。

目前,用霉菌作为生物吸附剂去除Zn2+研究较多。

有资料表明,将含曲霉、毛霉、青霉和根霉的丝状真菌菌丝培育物干燥、磨碎并经过筛分,使其成为可贮存的生物体,在废水pH值为7时,其可去除废水中97%的锌,其中1kg毛霉和根霉粉末可心净化锌—69—蔡鲁晟等　含锌废水处理研究进展 2006.V ol.20,N o.3　化工时刊质量浓度为10mg/L的废水(pH值为7)5000L[13]。

酒曲霉(R.arrhizus)对锌的吸附也有报道[14],取发酵工厂的酒曲霉,用灭菌剂使其停止生长,清洗后在减压条件下进行干燥,粉碎后用分子筛筛分,在吸附平衡质量浓度为33mg/L时,其对锌的吸附量达50mg/ g。

Addour等[15]的研究结果表明,失活链霉菌(Strep-tomycesnmosus)对锌也有吸附去除作用,1g细胞(干重)可吸附2.9mg锌,而且该吸附剂经浓度0.1mol/ L的HCl再生后可回收90%的锌,吸附剂的重量损失只有20%。

藻类也是一种重要的吸附剂。

莫健伟等[16]把绿藻(lactucal.L)洗净、晒干,用它对锌等多种金属离子进行吸附实验,在溶液pH值为6～7,锌的初始质量浓度为15mg/L的条件下,吸附6h锌的去除率达到79%。

Esteves等[17]将马尾藻(Sargassum sp.)在40℃温度下烘干、过筛,取直径为0.56～0.85mm的颗粒作吸附剂,用浓度0.1mol/L的NaOH处理后,用其处理锌质量浓度98mg/L的工业废水,锌的去除率可达99.4%。

根据上面的研究表明影响生物法处理含锌废水的因素主要有pH值、吸附温度、吸附剂的粒径。

以上这些生物吸附剂通过固定化工艺后是可以应用到实际处理工艺中的。

3.2　活体吸附生物活细胞做吸附剂时还会包括生物积累,即通过生物新陈代谢作用产生的能量把锌离子输送到细胞内部。

因此去除效果可能比单纯的生物吸附好。

陈明等[18]从多个土壤和污泥样品中分离筛选出40余种对重金属离子具有吸附活性的微生物菌株,其中菌株A—7为革兰氏阳性菌,对锌具有较高的吸附活性。

用A—7对锌质量浓度为64.8mg/L的废水进行吸附,锌去除率可达96.9%。

瞿建国等[19]采用污水厌氧硝化污泥处理含锌废水,试验48h之后,菌株对锌的去除就已达到80%左右。

大大缩短了反应周期。

结果显示,菌体的生长量在200～400mg/L去除锌的能力强,并得出菌液的光密度与去除率之间存在一定的线性相关性的结论。

田建民[20]则利用硫酸盐还原菌(SRB)的代谢产物,对含锌的化纤废水进行处理实验,由于硫酸盐还原菌还原SO42-为S2-再与Zn2+结合生成ZnS沉淀。

SRB可同时除去水中的有机物和锌。

实验结果显示, SRB不仅能使废水中的锌质量浓度由60～100mg/L 下降到小于1mg/L,同时可使废水的COD由1000 mg/L左右下降到400mg/L左右。

3.3　生物絮凝法生物吸附剂除微生物菌体外,还包括如壳聚糖等的生物材料[21]。

生物絮凝法去除重金属就是先从微生物中提取壳聚糖分子,再利用该分子中的氨基和羟基与重金属形成稳定的螯合物,然后沉淀下来,最终达到去除重金属离子的目的。