¿Cómo eliminar los iones metálicos de las aguas residuales industriales?

1 Precipitación química

El método de precipitación química es un método para convertir metales pesados ​​disueltos en aguas residuales en compuestos de metales pesados ​​insolubles en agua, incluido el método de precipitación por neutralización y el método de precipitación con sulfuro.

Método de neutralización y precipitación

En las aguas residuales que contienen metales pesados, se añade álcali para llevar a cabo una reacción de neutralización, de modo que los metales pesados ​​formen una forma de precipitación de hidróxido insoluble en agua para la separación. . El método de neutralización y precipitación es simple de operar y es un método comúnmente utilizado para tratar aguas residuales. La práctica ha demostrado que se debe prestar atención a los siguientes puntos durante la operación:

(1) Después de la neutralización y precipitación, si el valor del pH del agua residual es alto, es necesario neutralizarla antes de descargarla;

( 2) A menudo existe una variedad de metales pesados ​​en las aguas residuales. Cuando las aguas residuales contienen metales anfóteros como Zn, Pb, Sn y Al, el valor del pH es alto y puede haber una tendencia a volverse a disolver. Por lo tanto, el valor del pH debe controlarse estrictamente y realizarse una separación por precipitación;

(3) Algunos aniones en las aguas residuales, como halógenos, cianuros, sustancias húmicas, etc., pueden formar complejos con metales pesados. , por lo que deben tratarse previamente antes de la neutralización;

(4) Algunas partículas son pequeñas y difíciles de precipitar, por lo que es necesario agregar floculantes para ayudar en la formación de la precipitación.

Método de precipitación de sulfuro

Un método que consiste en agregar un precipitante de sulfuro para hacer que precipiten los iones de metales pesados ​​en las aguas residuales y luego eliminarlos de las aguas residuales.

En comparación con el método de precipitación por neutralización, las ventajas del método de precipitación con sulfuros son: la solubilidad de los sulfuros de metales pesados ​​es menor que la de sus hidróxidos y el valor de pH óptimo durante la reacción está entre 7 y 9. No es necesario neutralizar las aguas residuales finales. Las desventajas del método de precipitación de sulfuro son: las partículas de precipitación de sulfuro son pequeñas y fáciles de formar coloides. El propio precipitante de sulfuro permanece en el agua y genera gas de sulfuro de hidrógeno cuando se expone al ácido, lo que provoca contaminación secundaria. Para evitar problemas de contaminación secundaria, los académicos británicos han desarrollado un método mejorado de precipitación de sulfuro, que consiste en agregar selectivamente iones de sulfuro y otro ion de metal pesado a las aguas residuales a tratar (la relación de concentración de equilibrio del ion sulfuro del metal pesado requiere La concentración de equilibrio de sulfuro en los contaminantes de metales pesados ​​eliminados es alta). Dado que los sulfuros de metales pesados ​​agregados son más solubles que los sulfuros de metales pesados ​​en las aguas residuales, los iones de metales pesados ​​originales en las aguas residuales se separan antes que los iones de metales pesados ​​agregados y, al mismo tiempo, se puede generar sulfuro de hidrógeno e iones de sulfuro. evitar eficazmente problemas residuales.

2 Tratamiento Redox

Método de reducción química

El Cr en las aguas residuales de galvanoplastia existe principalmente en forma de iones Cr6+, por lo que agregar un agente reductor a las aguas residuales reducirá Cr6+ Después de reducirse a Cr3+ ligeramente tóxico, se añade cal o NaOH para producir la precipitación, separación y eliminación del Cr(OH)3. El método de reducción química para tratar las aguas residuales de galvanoplastia es una de las primeras tecnologías de tratamiento aplicadas y ha sido ampliamente utilizada en nuestro país. Su principio de tratamiento es simple, la operación es fácil de dominar y puede resistir el impacto de grandes cantidades de agua y agua. aguas residuales de alta concentración. Según los diferentes agentes reductores añadidos, se puede dividir en método FeSO4, método NaHSO3, método de limaduras de hierro, método SO2, etc.

El método de reducción química se utiliza para tratar aguas residuales que contienen Cr. Generalmente se usa cal para la alcalinización, pero se usa una gran cantidad de residuos de NaOH o Na2CO3, lo que resulta en menos lodo, pero el costo; El uso de productos químicos es alto y el costo del tratamiento es alto. Esto es una deficiencia de la ley en materia de reducción de productos químicos.

Método de ferrita

La tecnología de ferrita se desarrolla basándose en el principio de producción de ferrita. Agregue exceso de FeSO4 a las aguas residuales que contienen Cr para reducir Cr6+ a Cr3+ y oxidar Fe2+ a Fe3+. Ajuste el valor de pH a aproximadamente 8 para provocar la precipitación de hidróxido de iones Fe e iones Cr. Agregue aire, revuelva y agregue hidróxido para que reaccione continuamente y forme ferrita de cromo. Sus procesos típicos son intermitentes y continuos. El lodo formado por el método de la ferrita tiene una alta estabilidad química y es fácil de separar sólido-líquido y deshidratar. Además del tratamiento de aguas residuales que contienen Cr, el método de ferrita es especialmente adecuado para galvanizar aguas residuales mixtas que contienen muchos tipos de iones de metales pesados. El método de ferrita se ha aplicado en mi país durante décadas. Las aguas residuales tratadas pueden cumplir con los estándares de descarga y se utilizan ampliamente en la industria nacional de galvanoplastia.

El método de ferrita tiene las ventajas de un equipo simple, baja inversión, fácil operación y sin contaminación secundaria. Sin embargo, se requiere calentamiento (alrededor de 70°C) durante la formación de ferrita, que consume mucha energía, tiene una alta salinidad después del tratamiento y tiene la desventaja de no poder tratar aguas residuales que contienen Hg y complejos.

Electrólisis

La electrólisis se ha utilizado para tratar aguas residuales que contienen Cr durante más de 20 años en mi país. Tiene una alta tasa de eliminación, no tiene contaminación secundaria y los metales pesados ​​precipitados pueden. ser reciclado y otras ventajas.

Hay aproximadamente 30 tipos de iones metálicos en soluciones de aguas residuales que pueden ser electrodepositados. La electrólisis es una tecnología de tratamiento relativamente madura que puede reducir la cantidad de lodos generados y recuperar metales como Cu, Ag y Cd. Se ha utilizado en el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, el coste de la electrólisis es relativamente alto y, en general, la electrólisis después de la concentración tiene mejores beneficios económicos.

En los últimos años, la electrólisis se ha desarrollado rápidamente y se han realizado investigaciones en profundidad sobre la electrólisis en limaduras de hierro. El dispositivo de tratamiento dinámico de aguas residuales desarrollado utilizando el principio de electrólisis en limaduras de hierro tiene un buen efecto de eliminación. iones de metales pesados.

Además, el sistema de electrocagulación de alto voltaje es una nueva generación de equipos de tratamiento de agua electroquímico en el mundo actual. Puede tratar Cr, Zn, Ni, Cu y Cd en el tratamiento de superficies, aguas residuales de pintura y. Las aguas residuales mixtas de galvanoplastia, CN- y otros contaminantes tienen efectos de control importantes. El método de electrocoagulación por pulsos de alto voltaje mejora la eficiencia actual entre un 20% y un 30% en comparación con el método de electrólisis tradicional; acorta el tiempo de electrólisis entre un 30% y un 40%; ahorra electricidad entre un 30% y un 40%; La tasa de eliminación de metales pesados ​​puede alcanzar el 96%.

3 Extracción y separación por solventes

El método de extracción por solventes es un método comúnmente utilizado para separar y purificar sustancias. Debido al contacto líquido-líquido, es posible un funcionamiento continuo y el efecto de separación es bueno. Al utilizar este método, es necesario elegir un agente de extracción con mayor selectividad. Los metales pesados ​​en las aguas residuales generalmente se encuentran en forma de cationes o aniones. En condiciones ácidas, se produce una reacción compleja con el agente de extracción y se extraen. la fase acuosa a la fase orgánica, y luego se retroextrae a la fase acuosa en condiciones alcalinas para regenerar el disolvente para su reciclaje. Esto requiere atención a la acidez de la fase acuosa durante las operaciones de extracción. Aunque el método de extracción tiene grandes ventajas, la pérdida de disolvente durante el proceso de extracción y el alto consumo energético durante el proceso de regeneración hacen que este método tenga ciertas limitaciones y su aplicación esté muy restringida.

4 Método de adsorción

El método de adsorción es un método eficaz para eliminar iones de metales pesados ​​utilizando la estructura única del adsorbente. Los adsorbentes utilizados para tratar aguas residuales de metales pesados ​​de galvanoplastia mediante el método de adsorción incluyen carbón activado, ácido húmico, sepiolita, resina de polisacárido, etc. El carbón activado tiene un equipo simple y se usa ampliamente en el tratamiento de aguas residuales. Sin embargo, la eficiencia de regeneración del carbón activado es baja y la calidad del agua tratada es difícil de cumplir con los requisitos de reutilización. Generalmente se usa para el pretratamiento de aguas residuales de galvanoplastia. Las sustancias de ácido húmico son adsorbentes relativamente baratos. Existe experiencia exitosa en convertir ácido húmico en resina de ácido húmico para tratar aguas residuales que contienen Cr y Ni. Estudios relevantes han demostrado que el quitosano y sus derivados son buenos adsorbentes de iones de metales pesados. Después de la reticulación, la resina de quitosano 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. Otra literatura informa que la montmorillonita también es un adsorbente mineral arcilloso con buen rendimiento. La tasa de eliminación de Cr6+ de la montmorillonita con pilares de aluminio y circonio en condiciones ácidas alcanza el 99%, y el contenido de Cr6+ en el efluente es inferior al estándar de emisión nacional, lo cual es práctico. Calentar antes de la aplicación.

5 Método de separación por membrana

El método de separación por membrana es una tecnología que utiliza la selectividad de los polímeros para separar sustancias, incluyendo electrodiálisis, ósmosis inversa, extracción por membrana, ultrafiltración, etc. El método de electrodiálisis se utiliza para tratar aguas residuales industriales de galvanoplastia. La composición de las aguas residuales permanece sin cambios después del tratamiento, lo que es beneficioso para regresar al tanque para su uso. Las aguas residuales que contienen iones metálicos como Cu2+, Ni2+, Zn2+, Cr6+, etc. son adecuadas para el tratamiento de electrodiálisis y se encuentran disponibles juegos completos de equipos. El método de ósmosis inversa se ha utilizado a gran escala para tratar el agua de enjuague de revestimientos de Zn, Ni y Cr y las aguas residuales mixtas de metales pesados. El método de ósmosis inversa se utiliza para tratar las aguas residuales de galvanoplastia y el agua tratada se puede reutilizar para lograr una circulación en circuito cerrado. Hay muchos informes de investigación sobre el tratamiento de aguas residuales de galvanoplastia mediante el método de película líquida. En algunos campos, el método de película líquida ha entrado en la etapa de aplicación industrial preliminar a partir de la investigación teórica básica. Por ejemplo, tanto mi país como Austria utilizan tecnología de película líquida en emulsión. Además, se utilizan aguas residuales que contienen zinc en el tratamiento de aguas residuales con revestimiento de Au. La tecnología de extracción por membrana es una tecnología de separación de contaminación no secundaria de alta eficiencia. Esta tecnología ha logrado grandes avances en la extracción de metales.

6 Método de intercambio iónico

El método de tratamiento de intercambio iónico es un método que utiliza intercambiadores de iones para separar sustancias nocivas en las aguas residuales. Los intercambiadores de iones utilizados incluyen resinas de intercambio iónico, zeolitas, etc. , Las resinas de intercambio iónico están disponibles en tipo gel y tipo macroporoso. El primero es selectivo, mientras que el segundo es complejo de fabricar, tiene costes elevados y consume gran cantidad de regenerante, por lo que su aplicación es muy limitada. El intercambio iónico se logra mediante el intercambio iónico entre los iones que se mueven libremente transportados por el propio agente de intercambio y los iones de la solución que se está tratando.

La fuerza impulsora del intercambio iónico es la diferencia de concentración entre los iones y la afinidad de los grupos funcionales en el intercambiador de iones. En la mayoría de los casos, los iones primero se adsorben y luego se intercambian. El intercambiador de iones tiene funciones duales de adsorción e intercambio. Cada vez hay más aplicaciones de este tipo de material, como la bentonita, que es una arcilla con montmorillonita como componente principal. Tiene buena expansión del agua, gran superficie específica, fuerte capacidad de adsorción y capacidad de intercambio iónico. Puede tener capacidades de adsorción e intercambio iónico más fuertes. Sin embargo, es difícil de regenerar. La zeolita natural tiene mayores ventajas que la bentonita en el tratamiento de aguas residuales de metales pesados: la zeolita es un mineral de silicato de aluminio con una estructura de rejilla, es poroso internamente, tiene una gran superficie específica y una adsorción única. y propiedades de intercambio iónico. Los estudios han demostrado que el mecanismo de eliminación de iones de metales pesados ​​de las zeolitas de las aguas residuales es, en la mayoría de los casos, el efecto dual de la adsorción y el intercambio iónico. A medida que aumenta el caudal, el intercambio iónico reemplazará a la adsorción como fuerza dominante. El pretratamiento de la zeolita natural con NaCl puede mejorar las capacidades de adsorción e intercambio iónico. Mediante el proceso de adsorción y regeneración de intercambio iónico, la concentración de iones de metales pesados ​​en las aguas residuales se puede concentrar y aumentar 30 veces. La zeolita elimina el cobre durante el proceso de regeneración de NaCl, la tasa de eliminación alcanza más del 97%. Puede usarse para múltiples intercambios de adsorción y ciclos de regeneración sin reducir la tasa de eliminación de cobre.

3. Tecnología de tratamiento biológico

Debido a las deficiencias de los métodos de tratamiento tradicionales, como el alto costo, la operación compleja y la dificultad para tratar la contaminación nociva con gran caudal y baja concentración, después de años. En el ámbito de la exploración y la investigación, la tecnología de gestión biológica ha atraído cada vez más atención. Con el progreso de la investigación sobre microorganismos resistentes a la toxicidad de los metales pesados, el uso de la biotecnología para tratar las aguas residuales de metales pesados ​​de galvanoplastia está en auge. Según los diferentes mecanismos de eliminación biológica de iones de metales pesados, se pueden dividir en biofloculación, biosorción,. bioquímica y fitorremediación.

1 Método de floculación biológica

El método de floculación biológica es un método de descontaminación que utiliza microorganismos o metabolitos producidos por microorganismos para flocular y sedimentar. Los floculantes microbianos son un tipo de metabolitos producidos por microorganismos y secretados por las células con actividad floculante. Generalmente está compuesto de polisacáridos, proteínas, ADN, celulosa, glicoproteínas, poliaminoácidos y otras sustancias de alto peso molecular. Las moléculas contienen una variedad de grupos funcionales que pueden hacer que las suspensiones coloides en agua se agreguen y precipiten entre sí. Hasta el momento existen alrededor de una docena de variedades que tienen un efecto floculante sobre los metales pesados. Los grupos amino e hidroxilo de los biofloculantes pueden formar quelatos estables con iones de metales pesados ​​como Cu2+, Hg2+, Ag+, Au2+ y precipitar. La aplicación del método de floculación microbiana para tratar aguas residuales tiene las características de seguridad, conveniencia, no toxicidad, ausencia de contaminación secundaria, buen efecto de floculación, rápido crecimiento y fácil industrialización. Además, los microorganismos pueden modificarse genéticamente, domesticarse o construirse en cepas con funciones especiales. Por tanto, el método de floculación microbiana tiene amplias perspectivas de aplicación.

2 Método de biosorción

El método de biosorción utiliza la estructura química y las características de composición del propio organismo para adsorber iones metálicos disueltos en agua y luego elimina la solución acuosa a través de dos sistemas sólido-líquido. separación de fases de iones metálicos. Los polímeros extracelulares se utilizan para separar iones metálicos. Las proteínas liberadas por algunas bacterias durante su crecimiento pueden convertir los iones de metales pesados ​​solubles en la solución en precipitados y eliminarse. Los biosorbentes tienen las características de fuentes amplias, precio bajo, gran capacidad de adsorción, fácil separación y recuperación de metales pesados, etc., y han sido ampliamente utilizados.

3 Método bioquímico

El método bioquímico se refiere al tratamiento de aguas residuales que contienen metales pesados ​​a través de microorganismos para convertir iones solubles en compuestos insolubles para su eliminación. El método de reducción biológica con sulfato es un método bioquímico típico. En este método, las bacterias reductoras de sulfato reducen el sulfato a H2S mediante la reducción de sulfato disimilado en condiciones anaeróbicas. Los iones de metales pesados ​​en las aguas residuales pueden reaccionar con el H2S producido para formar una precipitación de sulfuro metálico con muy baja solubilidad. El H2SO4 puede convertir SO42- en S2- y aumentar el valor del pH de las aguas residuales. Muchos hidróxidos de iones de metales pesados ​​precipitan debido a sus pequeños productos iónicos. Estudios relevantes han demostrado que el método bioquímico puede tratar aguas residuales que contienen Cr6+ con una concentración de 30-40 mg/L, con una tasa de eliminación de 99,67%-99,97%. Algunas personas también utilizan lodos de digestión anaeróbica de estiércol de ganado para tratar los iones de metales pesados ​​en las aguas residuales ácidas de las minas. Los resultados muestran que este método puede eliminar eficazmente los metales pesados ​​de las aguas residuales. Zhao Xiaohong y otros utilizaron Enterobacter desulfurisans (SRV) para eliminar los iones de cobre de las aguas residuales de galvanoplastia. En una solución con una concentración de masa de cobre de 246,8 mg/L y un pH de 4,0, la tasa de eliminación alcanzó el 99,12 %.

4 Método de fitorremediación

El método de fitorremediación se refiere al uso de plantas superiores para reducir el contenido de metales pesados ​​del suelo o agua superficial contaminada mediante absorción, precipitación, enriquecimiento, etc., en para lograr El propósito es controlar la contaminación y reparar el medio ambiente. La fitorremediación es un método eficaz de utilizar la ingeniería ecológica para tratar el medio ambiente. Es una extensión de la biotecnología para el tratamiento de aguas residuales empresariales. El uso de plantas para tratar metales pesados ​​consta principalmente de tres partes:

(1) Utilizar plantas acumuladoras de metales o plantas hiperacumuladoras para absorber, precipitar o enriquecer metales tóxicos de las aguas residuales;

(2) Usar plantas acumuladoras de metales o plantas hiperacumuladoras para reducir la actividad de los metales tóxicos, reduciendo así la lixiviación de metales pesados ​​al suelo o su difusión a través de transportadores aéreos:

(3) Usar plantas acumuladoras o hiperacumuladoras de metales plantas para eliminar metales pesados ​​del suelo o Los metales pesados ​​en el agua se extraen, se enriquecen y se transportan a las partes cosechables de las raíces de las plantas y a las ramas aéreas de las plantas. Reducir la concentración de metales pesados ​​en el suelo o el agua cosechando o eliminando las ramas de las plantas que hayan acumulado y enriquecido metales pesados. Las plantas que se pueden utilizar en la tecnología de fitorremediación incluyen algas, hierbas, plantas leñosas, etc.

La capacidad de las algas para purificar aguas residuales de metales pesados ​​se refleja principalmente en su fuerte capacidad de adsorción de metales pesados. Ha habido numerosos informes sobre el uso de algas para eliminar iones de metales pesados. La absorción de Au por las algas pardas alcanza los 400 mg/g. En determinadas condiciones, la tasa de eliminación de iones de metales pesados ​​como Cu, Pb, La, Cd, Hg, etc. por las algas verdes alcanza el 80%-90%. metales pesados ​​por Sargassum y Sargassum Aunque no es tan bueno como las algas verdes, aún tiene mejores capacidades de eliminación.

Ha habido muchos informes sobre la aplicación de plantas a base de hierbas para purificar aguas residuales de metales pesados. Eichhornia crassipes es una planta acuática flotante reconocida internacionalmente y comúnmente utilizada para el control de la contaminación. Crece rápidamente y puede soportar temperaturas altas y bajas. Puede enriquecer rápida y masivamente Cd, Pb, Hg y Ni en aguas residuales. Cr y otros metales pesados. Estudios relevantes han encontrado que las tasas de absorción de cobalto y zinc por parte de Eichhornia crassipes llegan al 97% y 80% respectivamente. Además, existen multitud de hierbas con efectos depurativos, como el filodendro, el dragón de agua, el valgo, la lenteja de agua, la mostaza india, etc.

Las plantas leñosas tienen las ventajas de una gran capacidad de procesamiento, un buen efecto de purificación, un pequeño impacto en el clima y dificultad para causar contaminación secundaria, y han atraído una atención generalizada. Al mismo tiempo, tiene un fuerte efecto de adsorción y acumulación de Cd, Hg, etc. en el suelo. Los resultados de las pruebas realizadas por Hu Huanbin y otros muestran que los juncos y los abetos de estanque tienen una fuerte capacidad de enriquecimiento de metales pesados ​​​​pb y Cd.