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重金属离子废水处理站的设计

来源：给排水在线更新时间：08-1-31 11:57 作者: 陈家强

一、水污染现状

水是一种宝贵的自然资源，随着工农业的迅速发展和人们生活水平的不断提高，对水资源的要求，无论是从质而言，还是从量而言，都有了更高的标准。水并非是取之不尽，用之不竭的天然资源，它是有限资源，对于缺水地区来说，水就更加宝贵了，防止水污染，保护水环境，目前已引起广泛共识。

水污染是指水体因外界某种物质的介入，导致原有质量特性发生改变，从而影响了原有的功能和利用价值，甚至危害人体健康，破坏生态环境。人类社会为了满足生活及生产的需求，要从各种自然水体中取用大量的水，这些水被利用后，即产生生活污水和工业废水，并最终又排入天然水体，这样就构成了一个用水的循环。

二、重金属废水的来源及特征

1.采矿过程废水，金属矿的开采废水主要含有悬浮物和酸，这是因为金属矿石或围岩中，含有硫化矿物，这些矿物经风化，水及细菌等的作用，形成酸性废水。其反应式为

2FeS2＋2H2O＋7O2——2FeSO4＋2H2SO4

矿山酸性废水一般含有一种或几种金属，非金属离子，主要有钙，铁，锰，铅，锌，铜和等。

2.炼铁过程废水，高炉煤气洗涤水是炼铁工艺的主要废水，含有大量的悬浮固体，。其主要成分是铁，铝，锌和硅等氧化物。钢铁企业的轧钢酸洗，尤其是不锈钢表面酸洗除垢，也能产生含铁，镍，锌，铅等重金属废水

3.金属加工过程废水，主要是金属表面清洗除锈产生的酸性废液。金属材料多用硫酸和盐酸酸洗，而不锈钢则要用硝酸，氢氟酸混合酸洗。酸洗后的钢材又要用清水漂洗，产生漂洗酸性废水。一般情况下，漂洗后剩余的废液含酸百分之七左右，其中含有大量溶解铁质，漂洗水的PH值为1—2。酸性废液和漂洗水，如不经处理就外排，必将造成严重的污染。

4.电镀过程废水，电镀废水主要来自镀件的漂洗，也有少量工艺废弃液排出。电镀废水的水质按镀种和电镀工艺的不同而异。一般来说，电镀废水中的重金属比较单纯，虽然水量小，但其浓度往往比较高，毒性很大，主要含有酸和铜，铬，锌，镉，镍等金属离子。

三、金属废水对环境的污染

在高度集中的现代化大工业情况下，工业生产排出的废水，特别是重金属废水对周围环境的污染日益严重。重金属的污染是把含有重金属的工业废水排入江河湖海，它将直接对渔业和农业产生严重影响，同时直接或间接地

危害人体健康。现将几种重金属的危害简介如下。

1.汞（Hg+）其毒性作用表现为损害细胞内酶系统蛋白质的巯基，摄取无机汞死量为75～300mg/人以上的汞，则汞在人体内就会积累，长期持续下去，就会发生慢性中毒，有机汞化合物，如烷基汞，苯基汞等，由于在脂肪中溶解度可达到在水中的100倍，因而易于进入生物组织，也有很高的积蓄作用。日本的水俣病公害就是无机汞转化为有机汞，这些汞经食物链进入人体而引起的。

2.镉（Cd2+）镉的化合物毒性很强，动物吸收的镉很少可能排出，从而极易在人体内产生积蓄作用从而引起贫血，新陈代谢不良，肝病变以至死亡。镉在肾脏内蓄积引起病变后，会使钙的吸收失调，从而发生软骨病。日本富山县神通川流域发生的骨痛病公害，就是镉中毒引起的。

3.铬（Cr6+）六价铬化合物及其盐类毒性很大，其存在形态主要是

CrO3 ,CrO42- ,Cr2等，易于在水中溶解存在。六价铬有强氧化性，对皮肤，黏膜有剧烈腐蚀性，近来研究认为，六价铬和三价铬都有致癌性。

4.铅（Pb2+）铅对人体各种组织均有毒性作用，其中对神经系统，造血系统和血管毒害最大。铅主要蓄积在骨骼之中，慢性铅中毒，其症状主要表现在食欲不振，便秘及皮肤出现灰黑色。

5.锌（Zn2+）锌的盐类能使蛋白质沉淀，对皮肤和黏膜有刺激和腐蚀作

用，对水生物和农作物有明显的毒性。

6.铜（Cu2+）铜的毒性较小，它是生命所必需的微量元素之一，但超过一定量后，就会刺激消化系统，引起腹痛，呕吐，长期过量可促成肝硬化。铜对低等生物和农作物毒性较大，对于鱼类，0.1～0.2mg/l为致死量，所以一般水产用水用求含铜量在0.01mg/l以下，对于农作物，铜是重金属中毒性最高者，它以离子的形态固定于根部，影响养分吸收机能。

四、我国工业废水污染与治理现状

在环境污染中，工业废水的污染影响最大，20世纪60年代以来，世界上水体污染达到极为严重的程度，震惊世界的几起公害事件相继发生，引起了科学界和政界的重视，保护环境，治理污染成了人们普遍关注的问题。

我国每天排放大量的工业的废水，对江河湖海造成严重的污染。据统计，全国27主要河流，大多数被严重污染，有些河流中含酚，汞普遍超过指标数倍，乃至数十倍，使许多盛产鱼虾的河流的鱼产量大幅度下降。水质污染，加剧了北方缺水地区的水源紧张程度。南方由于大量工厂没有节制的排放重金属废水，也导致了水质的严重污染，造成长江流域的水的污染。

因此，重金属废水的治理刻不容缓，重金属是一种永久性的污染物。对于重金属废水，必须进行适当的处理，首先应该设法减少废水量，尽量回收其有用金属，废水适当处理后实行循环利用，尽可能不排或少排废水。对必

须排放的废水进行净化处理，使之达到排放标准，对处理产生的污泥和浓缩液，如无回收利用价值，也应该进行无害化处理，以免二次污染。而在重金属废水的治理方法中，离子交换法是最为常见，且处理效果较好的一种方法。

离子交换现象最早发现于十八世纪中期，发现人为汤普森，后为J.托马斯.韦（J.Thomas Way）全面研究，而在离子交换剂的发展进程过程中的最重要事件，乃是1935年B.A.亚当斯（Adams）和H.L.霍姆斯（Holmes）研究合成了具有离子交换功能的高分子材料，即第一批离子交换树脂—聚酚醛系强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛系弱碱性阴离子交换树脂。后来，由霍姆斯和当时德国I.G.染料工业公司对以上离子交换树脂进行了改进并投入工业生产。随后的几年内，还发展了多种类别的缩聚型离子交换树脂并在水处理方面得到应用。

离子交换树脂的大发展主要是在二次世界大战以后。当时美国和英国一些公司广泛进行了合成离子交换树脂的研究工作，G.F.达莱利奥（D Alelio）成功地合成了聚苯乙烯系阳离子交换树脂，在此基础上又陆续开发了交换容量高，物理—化学稳定性好的其他聚苯乙烯系离子树脂，相继又开发了聚丙烯酸系阳离子树脂。这时，离子交换树脂已成为一类新型高分子材料，人们认识到，用它可以比较简单地达到离子性物质的分离，纯化和浓缩的目的，而不求助于结晶和消耗热能的蒸发等工艺。

六十年代，离子交换树脂的发展又取得了重要突破，柯宁等采用E.F.梅特兹南（Meitzner）和J.A.奥林（Oline）发明的聚合新方法，合成了一系列