污水深度處理除鐵除錳研究進(jìn)展

1、-作者xxxx-日期xxxx污水深度處理除鐵除錳研究進(jìn)展【精品文檔】污水深度處理除鐵除錳研究進(jìn)展隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，社會(huì)對(duì)鐵錳等金屬元素的需求量不斷增大，鐵錳為人類社會(huì)帶來GDP增長(zhǎng)的同時(shí)也造成了嚴(yán)重的污染問題，反過來制約人類社會(huì)的發(fā)展腳步，給人類正常的生活帶來較大的影響，鑒于鐵錳的污染問題越來越嚴(yán)重，社會(huì)上研究鐵錳去除的專業(yè)人士越來越多，在對(duì)微污染水源原水、城市污水、工業(yè)廢水、雨水中鐵錳的去除方法上取得了較大的突破，下面將從這四個(gè)方面逐一進(jìn)行介紹。1. 微污染水源原水除鐵錳研究近年來，我國(guó)湖泊、水庫(kù)水污染程度日趨加劇，即使作為城鎮(zhèn)水源的水體，也都受到不同程度的污染。國(guó)內(nèi)外關(guān)于微污染水源水處理

2、己開展了很多研究，但是由于水源水質(zhì)的差別，對(duì)于特定的水源水質(zhì)還需要開展針對(duì)性的試驗(yàn)研究【1】。水源水中鐵錳的污染不容忽視，F(xiàn)e含量過高能促進(jìn)管網(wǎng)中鐵細(xì)菌的繁殖生長(zhǎng),在管網(wǎng)內(nèi)壁形成豁性膜，造成洗滌衣物、器皿著色和形成令人反感的沉淀或異味，F(xiàn)e毒性的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)為神經(jīng)抑制、快而淺的呼吸、昏迷、痙攣、呼吸衰竭和心跳停止，還有致癌性；水體中Mn含量過高會(huì)使飲用水發(fā)出令人不快的味道,并使器皿和洗滌衣物著色，二價(jià)錳氧化會(huì)產(chǎn)生沉淀和結(jié)垢,結(jié)垢脫落后隨水流流出，形成黑色沉淀。慢性Mn的暴露會(huì)引起生殖功能的改變，雖然有一些動(dòng)物試驗(yàn)研究表明,適量的Mn具有一定的抗癌作用，但過量攝入施會(huì)增加腫瘤的發(fā)生率【2】。鑒于

3、以上微污染水源水中鐵錳的污染特點(diǎn)，本文從物理、化學(xué)、生物3個(gè)方面對(duì)微污染水源原水的處理方法進(jìn)行了研究。1.1 物理法 在物理法中本文主要選取了一種新型的水質(zhì)水源改善技術(shù)曝氣充氧，通過該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)水體混合，破壞水體原有的分層結(jié)構(gòu)，控制藻類瘋長(zhǎng)，增加水體中的溶解氧并在底泥表面形成一層覆蓋層，抑制鐵錳等向水體中釋放。河水在冬夏兩季由于溫度差會(huì)產(chǎn)生分層的特點(diǎn)，水體分層后，上下層水體缺乏交換，底部發(fā)生厭氧狀態(tài),會(huì)造成底泥氮、磷、鐵、錳釋放，有機(jī)物厭氧分解，使水產(chǎn)生臭味和色度。其中，含氮有機(jī)物在氨化細(xì)菌作用下分解為氨氮，由于厭氧，不能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸根和氮?dú)?；底泥中與鐵結(jié)合的不溶態(tài)的磷，也隨著鐵的還原

4、溶解而釋放出磷酸根；鐵和錳由不溶態(tài)()還原為可溶態(tài)()，進(jìn)而釋放到水中，對(duì)水源水造成污染，對(duì)于此，我認(rèn)為可以通過曝氣充氧的途徑增加水體中的溶解氧，破壞水體的分層結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)水體上下層之間的交換作用，減少向水體釋放的量，進(jìn)而達(dá)到控制污染的目的。西安建筑科技大學(xué)黃廷林教授主持研制得揚(yáng)水曝氣技術(shù)就是曝氣充氧的很好的例子，他研制的揚(yáng)水曝氣器通過直接充氧和混合充氧增加下層水體溶解氧改善水體厭氧狀態(tài)和水生生物生存環(huán)境，抑制底泥中污染物的釋放,改善水質(zhì)。揚(yáng)水曝氣器還通過循環(huán)混合作用，混合上下水層，破壞水體分層，將表層藻類向下層遷移，使藻類到達(dá)下部無光區(qū)后，生長(zhǎng)受到抑制甚至死亡，從而達(dá)到控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的。

5、1.2 化學(xué)法在對(duì)微污染水源水鐵錳去除的化學(xué)法中，本文選取了傳統(tǒng)的氧化法進(jìn)行介紹。但化學(xué)法在微污染水源水的處理中一般都只起到輔助預(yù)先處理的作用?；瘜W(xué)氧化處理技術(shù)是指依靠氧化劑的氧化能力，分解破壞水中污染物的結(jié)構(gòu)，達(dá)到轉(zhuǎn)化或分解污染物的目的，同時(shí)化學(xué)氧化劑還能有效去除微污染原水中大量存在的藻類?；瘜W(xué)氧化在給水處理中的主要作用有：可以有效降低水中的有機(jī)物含量，尤其是化學(xué)氧化提高微污染原水中有機(jī)物的可生化降解性，有利于后續(xù)處理；殺滅影響給水處理工藝的藻類；改善混凝效果,降低混凝劑的用量。常用的化學(xué)氧化劑有氯氣、臭氧、高錳酸鉀、雙氧水、二氧化氯、光催化氧化?；瘜W(xué)氧化處理技術(shù)主要是利用氧化作用將可溶態(tài)的

6、轉(zhuǎn)化為不溶態(tài)的形式，從而降低鐵錳對(duì)水源水的影響。但是在上述的化學(xué)氧化處理技術(shù)中，總會(huì)產(chǎn)生一些副產(chǎn)物對(duì)水源水也會(huì)構(gòu)成污染，如在用Cl2和O3作為氧化劑時(shí)，總會(huì)產(chǎn)生一些氯的副產(chǎn)物（很多都具有致癌性），因此在推廣上遇到很大的問題。1.3 生物法 在生物法除鐵錳中，生物濾池法較為簡(jiǎn)便且成本較低，通常是廢物回收利用來充當(dāng)濾池的填充材料。如污泥碳化載體生物濾池，生物沸石濾池，生物砂濾池等填充材料都比較簡(jiǎn)單。原水經(jīng)過混凝沉淀工藝，沉淀出水經(jīng)過生物濾池系統(tǒng)。當(dāng)生物濾池系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，考察了以污泥碳化載體為濾料的整個(gè)生物濾池系統(tǒng)工藝對(duì)原水中各污染物的處理效果【3】。趙博利用污泥碳化載體生物濾池，使微生物在泥碳化

7、載體形成生物膜，在對(duì)微污染水源水中鐵錳的去除取得了較為理想的效果。人工掛膜法需要引進(jìn)菌種，并向水中投入促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使微生物富集生長(zhǎng)在填料上，并形成生物膜;動(dòng)態(tài)培養(yǎng)自然掛膜法不需要引進(jìn)菌種與投入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)【4】。鑒于這一思想，汪勝等利用自制沸石為填料，采用連續(xù)進(jìn)水動(dòng)態(tài)自然掛膜方式去除水源水中鐵錳取得較理想的效果。在試驗(yàn)中他們選擇的是可以消耗的鐵細(xì)菌將鐵轉(zhuǎn)化為沉淀，而且這種鐵細(xì)菌在存在的情況下還可以將轉(zhuǎn)化為可以消除鐵錳的危害。生物砂濾池是一種將傳統(tǒng)的過濾技術(shù)與微生物技術(shù)合二為一的新型過濾工藝，該生物砂濾池由生物膜和石英砂濾料組合而成，它可以起過濾作用，即能滿足常規(guī)過濾技術(shù)對(duì)濁度和色度的

8、去除要求，同時(shí)又能去除原水中微量有機(jī)污染物、氨氮、鐵、錳等物質(zhì)【5】。在生物砂濾池技術(shù)中，石英砂既是過濾材料又是微生物膜負(fù)載的載體，鐵錳是電子受體，微生物將二價(jià)鐵錳先轉(zhuǎn)化為三價(jià)進(jìn)而形成沉淀，有些微生物也為產(chǎn)生一些多糖類聚合物將固定，減少其危害。生物法雖有操作簡(jiǎn)便，成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于微生物的生長(zhǎng)受到pH，溫度以及其他環(huán)境因素的影響，所以在用生物法對(duì)微污染水源水進(jìn)行處理時(shí)，最重要的就是為微生物的生長(zhǎng)提供一個(gè)穩(wěn)定適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，這樣才能保證對(duì)較高的去除效率。2. 工業(yè)污水除鐵錳研究 工業(yè)污水是只工業(yè)生產(chǎn)過程中各工廠產(chǎn)生的廢水，其中含量較大的工業(yè)廢水有鋼鐵廠廢水，電鍍廢水，礦井廢水，如果含廢水不

9、經(jīng)過處理直接向環(huán)境中排放，必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，影響人們的正常生活。中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量已占全球鋼鐵總產(chǎn)量的1/4，鋼鐵行業(yè)在中國(guó)經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，但鋼鐵工業(yè)也是高水耗產(chǎn)業(yè)，是資源消耗和污染物排放的大戶【6】。為了節(jié)約水資源，與工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求相適應(yīng)，對(duì)鋼鐵工業(yè)廢水進(jìn)行深度處理后再生回用，以降低噸鋼耗新水量，減少污水外排【7】。目前,我國(guó)鋼鐵行業(yè)對(duì)節(jié)約用水重要意義的認(rèn)識(shí)有較大提高，對(duì)節(jié)水設(shè)施的投入力度亦有增加在節(jié)水方面已取得了顯著成績(jī)【8】。但是，開發(fā)新的鋼鐵廢水處理技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用還不成熟，還有較大的進(jìn)步空間。鋼鐵工業(yè)廢水的常規(guī)處理方法有物理法 、化學(xué)法和生物法【9】。本文主要介紹和生物生

10、態(tài)相關(guān)的幾種方法。礦井廢水是在礦井開拓、采掘過程中進(jìn)入井巷或采掘工作面的水源，來源以地下水為主【10】。礦井廢水具有行業(yè)特點(diǎn)，但如果能將其處理后，可以作為煤工業(yè)用水甚至飲用水。在我國(guó)，電鍍廢水中往往含有大量的，目前常采用的處理方法主要為化學(xué)法，但處理的效果不是特別理想，而且耗費(fèi)大量財(cái)力，而且添加的化學(xué)藥劑有可能產(chǎn)生其他的污染。2.1 鋼鐵廠廢水中鐵、錳的去除研究本文主要選取了生物活性炭，人工濕地法，新型吸附材料等幾種方法對(duì)鋼鐵中的進(jìn)行去除，以達(dá)到鋼鐵廠廢水回用的目的。生物活性炭降解技術(shù)，就是在活性炭上生長(zhǎng)微生物，在降解污染物時(shí)，可以分為活性炭吸附和微生物降解兩個(gè)過程。Mark等人分別對(duì)用于吸附

11、和用于生物載體的活性炭進(jìn)行了研究,結(jié)果表明BAC（生物活性炭）運(yùn)行穩(wěn)定，生物降解能力很強(qiáng)，有機(jī)物的去除主要是靠生物作用【11】。該技術(shù)不僅對(duì)有很好的去除效果，而且對(duì)廢水中的有機(jī)物也有較高的去除效率。選擇活性炭為載體主要是其適宜微生物的生長(zhǎng)，而且由于微生物與活性炭的聯(lián)合作用使得生物活性炭技術(shù)對(duì)廢水中的去除效率進(jìn)一步提高。但其降解效率受到空床接觸時(shí)間，溫度，溶解氧等因素的影響。人工濕地法主要用于處理鋼鐵廠周圍的河水。人工濕地凈化廢水的機(jī)理復(fù)雜，迄今還不完全清楚。一般認(rèn)為，人工濕地生態(tài)系統(tǒng)是通過基質(zhì)、植物、微生物的共同作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的降解和去除【12】。其中微生物為凈化廢水的主要“執(zhí)行者”，基質(zhì)

12、和植物對(duì)于和有機(jī)物的去除也起到了一定的作用?；|(zhì)對(duì)有一定的截留能力，在以錳砂等作為填料時(shí)對(duì)河水中鐵錳有較高的去除效率，有時(shí)甚至高達(dá)90%以上。成熟的錳砂生物濾池內(nèi)存在著復(fù)雜的微生物群落，除鐵、錳氧化細(xì)菌，還有亞硝化菌、硝化菌等化能自養(yǎng)菌， 因而成熟的除鐵除錳生物濾層對(duì)NH4- N也有較好的去除效果【13】。并且有些人工濕地中的植物也對(duì)鐵錳有一定的吸附截留，對(duì)鋼鐵廠廢水中也做出了相應(yīng)的貢獻(xiàn)。新型吸附材料對(duì)也有較高的去除效率。吸附法是利用多孔固體材料吸附水中的,使含水得到固液分離【14】。如活性炭，沸石，火山巖等吸附材料逐步被用到鋼鐵廠廢水除，并取得了較為矚目的效果。這些材料大多都有較多的孔隙，以

13、微孔為主，而且具有較大的比表面積。2.2 礦山礦井廢水中鐵、錳的去除礦山礦井廢水以酸性廢水居多，而且高鐵錳含量，高礦化度。酸性礦山廢水pH值低，水量大，金屬離子含量高,如果直接排放，將對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染，破壞生態(tài)環(huán)境，危害人類健康【15】。對(duì)于礦山礦井廢水中鐵錳的處理主要有物理法，化學(xué)法，物理化學(xué)法，生物法和礦化法等。物理法主要依靠離心，重力和機(jī)械攔截的原理去除鐵錳；化學(xué)法主要是添加化學(xué)藥劑依靠氧化還原以及反應(yīng)，絮凝沉淀和電解反應(yīng)等除鐵錳；生物處理法又稱生物化學(xué)處理法，是利用自然界大量存在的各種微生物來分解廢水中的有機(jī)物和某些無機(jī)毒物，使其轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，如可溶態(tài)的轉(zhuǎn)化為沉淀或不溶態(tài)的鐵錳，從

14、而使廢水得到凈化。生物法主要有微生物法和濕地法等，成本較低，應(yīng)用較方便的是濕地法；礦物法主要是依靠礦物對(duì)的吸附效果達(dá)到去除的目的，礦化吸附材料主要有天然粘土礦物、沸石族礦物、金屬礦物、碳酸鹽類礦物、磷酸鹽類礦物等。2.3 電鍍廢水中鐵錳的去除 電鍍廢水對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重，電鍍廢水主要包括電鍍漂洗廢水、鈍化廢水、鍍件酸洗廢水以及刷洗地坪、極板的廢水。由于電鍍種類的不同，電鍍廢水中所含的污染物也就不同【16】。電解廢水中也含有一定量的，若要達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，則必須對(duì)電解廢水中的加以去除。傳統(tǒng)的消除電解液中的方法主要有化學(xué)方法有沉淀，中和，氧化還原，物理方法有蒸發(fā)濃縮，還有電解法等，但要么去除效果不理想

15、，要么有產(chǎn)生二次污染的危險(xiǎn)。由于上述各種方法的局限性，人工濕地法去除電解液中的方法應(yīng)運(yùn)而生，而且取得了較好的效果。人工濕地具有獨(dú)特而復(fù)雜的凈化機(jī)理，它能夠利用基質(zhì)一微生物一植物這個(gè)復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)調(diào)作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的高效凈化，同時(shí)通過營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分的生物地球化學(xué)循環(huán)，促進(jìn)綠色植物生長(zhǎng)并使其增產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的去除。和處理鋼鐵廠廢水一樣，處理電解液廢水時(shí)應(yīng)用的濕地法也是通過微生物降解作用和基質(zhì)以及植物的截留作用協(xié)同作用達(dá)到去除的目的。3. 雨水中鐵錳的去除 廣義的雨水即指降水，它包括大氣中以各種形式降落到一定區(qū)域地面上的液

16、態(tài)水和固態(tài)水。對(duì)某一特定區(qū)域而言，大氣降水是地表水資源、土壤水資源和地下水資源的總補(bǔ)給來源【17】。雨水中也會(huì)含有一定量的鐵錳。污染物的來源主要是屋面材料、季節(jié)性變化、雨水本身污染及大氣降塵等【18】。水資源是人類生產(chǎn)生活的最關(guān)鍵資源，而我國(guó)卻是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家【19】。雨水資源化解決水資源短缺顯得尤為重要，的存在不僅會(huì)影響水的色度，透明度等，而且它們具有很高的致癌性，若要將雨水資源化，那的去除就顯得尤為重要。美國(guó)于1965年頒布了水質(zhì)法案（Water Quality Act），城市徑流污染的調(diào)查研究就成為熱門課題。德國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，先后對(duì)城市徑流污染特性也進(jìn)行了大量的研究【

17、20】。相比于上述發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)城市的雨水資源化研究起步較晚，雨水管理制度尚不完善【21】。要想在我國(guó)實(shí)現(xiàn)雨水資源化，還有較長(zhǎng)的路要走。雨水除有物理法，化學(xué)法，生物法等。在這些措施中，生物滯留技術(shù)具有高效的水量削減和水質(zhì)控制功能，而且兼具生態(tài)功能和景觀效果，得到了廣泛的應(yīng)用【22】。其中包括生物滯留介質(zhì)，人工濕地以及一些生態(tài)法在近些年取得了較大的發(fā)展。王建龍等用細(xì)沙、沸石、砂土、石英砂分別和木質(zhì)素以一定比例混合組成的復(fù)合生物滯留介質(zhì)對(duì)雨水進(jìn)行處理，鐵錳及其他重金屬均得到了較高的去除率。而生態(tài)法在去除等的同時(shí)還可以進(jìn)一步美化環(huán)境，并且其去除效率較其它方法更高，也不會(huì)產(chǎn)生二次污染。雨水花園和水體凈

18、水箱就是利用生態(tài)學(xué)方法處理雨水中鐵錳的很好的方法。雨水花園是一種在低洼透水區(qū)域種植花木、草皮等植物的工程措施集合體，它將雨水滯留在該區(qū)域而減少地表徑流，同時(shí)通過土壤和植物可以凈化雨水，另外雨水花園本身的景觀特征明顯【23】。土壤和植物對(duì)等都有很好的吸附性，而且土壤和植物中微生物對(duì)也有很好的降解效率。在生態(tài)型護(hù)岸凈水箱中，污水從表面流過，通過水面擴(kuò)散供氧，同時(shí)污水又可在水力傳導(dǎo)良好的陶粒濾料間滲透過濾，因此其同時(shí)具有表面流濕地和潛流濕地的特點(diǎn)；生態(tài)型護(hù)岸凈水箱中棕纖維墊上種植的水生植物同時(shí)使此系統(tǒng)具體生態(tài)浮床的效果；總的來說，此系統(tǒng)具有人工濕地和生態(tài)浮床的雙重作用【24,25,26】。這種方法也

19、是利用植物的吸附作用和微生物的降解作用除雨水中的【27,28,29】。同時(shí)，還可以增加景光觀賞度。4. 城市污水中鐵錳的去除城市污水是工業(yè)廢水，雨水，生活廢水的集合體，其中的處理方法與上述的各種去除方法大同小異，這里不再加以贅述。5. 結(jié)論與展望 在含鐵錳的廢水的處理中，無論是鋼鐵廠廢水，礦山礦井廢水還是雨水，城市污水，其對(duì)的去除原理都是將可溶態(tài)的轉(zhuǎn)化為形態(tài)或?qū)⑵渲苯映恋硐聛?，降低其毒性。物理方法和化學(xué)方法去廢水中的鐵錳總是受到各種各樣的限制，傳統(tǒng)的生物方法去除效果也不太理想，主要是微生物的生長(zhǎng)受到pH，溫度等多種環(huán)境因素的影響，使其降解效率降低。而生態(tài)法去除鐵錳則有效的克服了上述方法的諸多缺

20、點(diǎn)，使 的降解轉(zhuǎn)化效率大幅度提高。鑒于我國(guó)水資源極度短缺的特點(diǎn)，我們應(yīng)加大投入推廣水資源的循環(huán)利用，而大多數(shù)水體中都含有一定量的，影響了人們的正常利用。生態(tài)法能促進(jìn)含廢水的循環(huán)利用，緩解水短缺的壓力。但是現(xiàn)階段我們對(duì)生態(tài)法除廢水中的技術(shù)掌握的還不夠透徹，而且對(duì)其去除機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。最后，希望政府及社會(huì)各界能給予基于生態(tài)法除廢水中技術(shù)的研究與推廣更大的支持。 參考文獻(xiàn)1許文良，宋進(jìn)喜等.長(zhǎng)春市大氣污染現(xiàn)狀分析及其防治對(duì)策 J. 遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技，1997，17（4）：79.2范秀英，張微，韓圣慧.我國(guó)汽車尾氣污染狀況及其控制對(duì)策分析J.environmental science，1999，

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