A. 氰气是怎么产生的
您好,氰气是一种有毒的气体,由氰化物分解而产生。氰化物是一种化学物质,它含有氰基(CNO),它可以在水中分解,当氰化物在水中分解时,就会产生氰气。氰气是一种无色、有毒的气体,它有一股刺激性气味银激姿,它可锋绝以通过呼吸道进入人体,对人体有害。氰气可以通过空气中的氰化物分解而产生,也可以通过化学反应产生。例如,当氰化钠溶于水中铅羡时,就会产生氰气,氰气也可以通过热量和催化剂的作用而产生。
B. 关于水污染文章
一、污水处理现状
在我国环境保护百花园里,各种污水处理技术犹如雨后春笋层出不穷。但是有的由于技术原因,不适合我国越来越严的环保要求,致使大量的污水处理工程出现升级改造,给中央和地方政府、以及用户造成巨大的经济损失。还有的因运行费用过高,用户无法长期承受昂贵的运行费用,迫使污水处理处于停机或半停机状态。也有一些环保公司没有建设行政主管部门核发的设计和施工资质,承建的污水处理工程难以通过环保验收。另有极少用户重视力度不够,建成的污水处理工程使用率较低,没有起到保护环境的根本作用。建成投资少、运行费用低、安全、环保、节能增效的污水处理工程,不但有利于环境保护,而且也能改变用户对污水处理工作的重视。
二、污水的来源和分类
污水(英文:sewage,wastewater)受一定污染的来自生活和生产的排出水。
1、生活污水
生活污水是人类在日常生活中使用过的,并被生活废料所污染的水。其水质、水量随季节而变化,一般夏季用水相对较多,浓度低;冬季相应量少,浓度高。生活污水一般不含有毒物质,但是它有适合微生物繁殖的条件,含有大量的病原体,从卫生角度来看有一定的危害性。
2、工业废水
工业废水是在工矿生产活动中产生的废水。工业废水可分为生产污水与生产废水。生产污水是指在生产过程中形成、并被生产原料、半成品或成品等原料所污染,也包括热污染(指生产过程中产生的、水温超过60℃的水);生产废水是指在生产过程中形成,但未直接参与生产工艺、未被生产原料、半成品或成品等原料所污染或只是温度少有上升的水。生产污水需要进行净化处理;生产废水不需要净化处理或仅需做简单的处理,如冷却处理。生活污水与生产污水的混合污水称为城市污水。
3、初期雨水
被污染的雨水主要是指初期雨水。由于初期雨水冲刷了地表的各种污染物,污染程度很高,故宜作净化处理。
4、水体受污染的原因:
人类生产活动造成的水体污染中,工业引起的水体污染最严重。如工业废水,它含污染物多,成分复杂,不仅在水中不易净化,而且处理也比较困难。
工业废水,是工业污染引起水体污染的最重要的原因。它占工业排出的污染物的大部分。工业废水所含的污染物因工厂种类不同而千差万别,即使是同类工厂,生产过程不同,其所含污染物的质和量也不一样。工业除了排出的废水直接注入水体引起污染外,固体废物和废气也会污染水体。
农业污染首先是由于耕作或开荒使土地表面疏松,在土壤和地形还未稳定时降雨,大量泥沙流入水中,增加水中的悬浮物。
还有一个重要原因是近年来农药、化肥的使用量日益增多,而使用的农药和化肥只有少量附着或被吸收,其余绝大部分残留在土壤和漂浮在大气中,通过降雨,经过地表径流的冲刷进入地表水和渗入地表水形成污染。
城市污染源是因城市人口集中,城市生活污水、垃圾和废气引起水体污染造成的。城市污染源对水体的污染主要是生活污水,它是人们日常生活中产生的各种污水的混合液,其中包括厨房、洗涤房、浴室和厕所排出的污水。
世界上仅城市地区一年排出的工业和生活废水就多达500立方公里,而每一滴污水将污染数倍乃至数十倍的水体。
三、主要污染物
1、病原体污染物
生活污水、畜禽饲养场污水以及制革、洗毛、屠宰业和医院等排出的废水,常含有各种病原体,如病毒、病菌、寄生虫。水体受到病原体的污染会传播疾病,如血吸虫病、霍乱、伤寒、痢疾、病毒性肝炎等。历史上流行的瘟疫,有的就是水媒型传染病。如1848年和1854年英国两次霍乱流行,死亡万余人;1892年德国汉堡霍乱流行,死亡750余人,均是水污染引起的。
受病原体污染后的水体,微生物激增,其中许多是致病菌、病虫卵和病毒,它们往往与其他细菌和大肠杆菌共存,所以通常规定用细菌总数和大肠杆菌指数及菌值数为病原体污染的直接指标。病原体污染的特点是:(1)数量大;(2)分布广;(3)存活时间较长;(4)繁殖速度快;(5)易产生抗药性,很难绝灭;(6)传统的二级生化污水处理及加氯消毒后,某些病原微生物、病毒仍能大量存活。常见的混凝、沉淀、过滤、消毒处理能够去除水中99%以上病毒,如出水浊度大于0.5度时,仍会伴随病毒的穿透。病原体污染物可通过多种途径进入水体,一旦条件适合,就会引起人体疾病。
2、耗氧污染物
在生活污水、食品加工和造纸等工业废水中,含有碳水化合物、蛋白质、油脂、木质素等有机物质。这些物质以悬浮或溶解状态存在于污水中,可通过微生物的生物化学作用而分解。在其分解过程中需要消耗氧气,因而被称为耗氧污染物。这种污染物可造成水中溶解氧减少,影响鱼类和其他水生生物的生长。水中溶解氧耗尽后,有机物进行厌氧分解,产生硫化氢、氨和硫醇等难闻气味,使水质进一步恶化。水体中有机物成分非常复杂,耗氧有机物浓度常用单位体积水中耗氧物质生化分解过程中所消耗的氧量表示,即以生化需氧量(BOD)表示。一般用20℃时,五天生化需氧量(BOD5)表示。
3、植物营养物
植物营养物主要指氮、磷等能刺激藻类及水草生长、干扰水质净化,使BOD5升高的物质。水体中营养物质过量所造成的"富营养化"对于湖泊及流动缓慢的水体所造成的危害已成为水源保护的严重问题。
富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下,生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体,引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖,水体溶解氧量下降,水质恶化,鱼类及其他生物大量死亡的现象。在自然条件下,湖泊也会从贫营养状态过渡到富营养状态,沉积物不断增多,先变为沼泽,后变为陆地。这种自然过程非常缓慢,常需几千年甚至上万年。而人为排放含营养物质的工业废水和生活污水所引起的水体富营养化现象,可以在短期内出现。
植物营养物质的来源广、数量大,有生活污水(有机质、洗涤剂)、农业(化肥、农家肥)、工业废水、垃圾等。每人每天带进污水中的氮约50g。生活污水中的磷主要来源于洗涤废水,而施入农田的化肥有50%~80%流入江河、湖海和地下水体中。天然水体中磷和氮(特别是磷)的含量在一定程度上是浮游生物生长的控制因素。当大量氮、磷植物营养物质排入水体后,促使某些生物(如藻类)急剧繁殖生长,生长周期变短。藻类及其他浮游生物死亡后被需氧生物分解,不断消耗水中的溶解氧,或被厌氧微生物所分解,不断产生硫化氢等气体,使水质恶化,造成鱼类和其他水生生物的大量死亡。藻类及其他浮游生物残体在腐烂过程中,又把生物所需的氮、磷等营养物质释放到水中,供新的一代藻类等生物利用。因此,水体富营养化后,即使切断外界营养物质的来源,也很难自净和恢复到正常水平。水体富养化严重时,湖泊可被某些繁生植物及其残骸淤塞,成为沼泽甚至干地。局部海区可变成"死海",或出现"赤潮"现象。
常用氮、磷含量,生产率(O2)及叶绿素-α作为水体富营养化程度的指标。防治富营养化,必须控制进入水体的氮、磷含量。
4、有毒污染物
有毒污染物指的是进入生物体后累积到一定数量能使体液和组织发生生化和生理功能的变化,引起暂时或持久的病理状态,甚至危及生命的物质。如重金属和难分解的有机污染物等。污染物的毒性与摄入机体内的数量有密切关系。同一污染物的毒性也与它的存在形态有密切关系。价态或形态不同,其毒性可以有很大的差异。如Cr(Ⅵ)的毒性比Cr(Ⅲ)大;As(Ⅲ)的毒性比As(Ⅴ)大;甲基汞的毒性比无机汞大得多。另外污染物的毒性还与若干综合效应有密切关系。从传统毒理学来看,有毒污染物对生物的综合效应有三种:(1)相加作用,即两种以上毒物共存时,其总效果大致是各成分效果之和。(2)协同作用,即两种以上毒物共存时,一种成分能促进另一种成分毒性急剧增加。如铜、锌共存时,其毒性为它们单独存在时的8倍。(3)拮抗作用,两种以上的毒物共存时,其毒性可以抵消一部分或大部分。如锌可以抑制镉的毒性;又如在一定条件下硒对汞能产生拮抗作用。总之,除考虑有毒污染物的含量外,还须考虑它的存在形态和综合效应,这样才能全面深入地了解污染物对水质及人体健康的影响。
有毒污染物主要有以下几类:(1)重金属。如汞、镉、铬、铅、钒、钴、钡等,其中汞、镉、铅危害较大;砷、硒和铍的毒性也较大。重金属在自然界中一般不易消失,它们能通过食物链而被富集;这类物质除直接作用于人体引起疾病外,某些金属还可能促进慢性病的发展。(2)无机阴离子,主要是NO2-、F-、CN-离子。NO2-是致癌物质。剧毒物质氰化物主要来自工业废水排放。(3)有机农药、多氯联苯。目前世界上有机农药大约6000种,常用的大约有200多种。农药喷在农田中,经淋溶等作用进入水体,产生污染作用。有机农药可分为有机磷农药和有机氯农药。有机磷农药的毒性虽大,但一般容易降解,积累性不强,因而对生态系统的影响不明显;而绝大多数的有机氯农药,毒性大,几乎不降解,积累性甚高,对生态系统有显著影响。多氯联苯(PCB)是联苯分子中一部分氢或全部氢被氯取代后所形成的各种异构体混合物的总称。
多氯联苯剧毒,脂溶性大,易被生物吸收,化学性质十分稳定,难以和酸、碱、氧化剂等作用,有高度耐热性,在1000~1400℃高温下才能完全分解,因而在水体和生物中很难降解。(4)致癌物质。致癌物质大体分三类:稠环芳香烃(PAHs),如3,4-苯并芘等;杂环化合物,如黄曲霉素等;芳香胺类,如甲、乙苯胺,联苯胺等。(5)一般有机物质。如酚类化合物就有2000多种,最简单的是苯酚,均为高毒性物质;腈类化合物也有毒性,其中丙烯腈的环境影响最为注目。
5、石油类污染物
石油污染是水体污染的重要类型之一,特别在河口、近海水域更为突出。排入海洋的石油估计每年高达数百万吨至上千万吨,约占世界石油总产量的千分之五。石油污染物主要来自工业排放,清洗石油运输船只的船舱、机件及发生意外事故、海上采油等均可造成石油污染。而油船事故属于爆炸性的集中污染源,危害是毁灭性的。
石油是烷烃、烯烃和芳香烃的混合物,进入水体后的危害是多方面的。如在水上形成油膜,能阻碍水体复氧作用,油类粘附在鱼鳃上,可使鱼窒息;粘附在藻类、浮游生物上,可使它们死亡。油类会抑制水鸟产卵和孵化,严重时使鸟类大量死亡。石油污染还能使水产品质量降低。
6、放射性污染物
放射性污染是放射性物质进入水体后造成的。放射性污染物主要来源于核动力工厂排出的冷却水,向海洋投弃的放射性废物,核爆炸降落到水体的散落物,核动力船舶事故泄漏的核燃料;开采、提炼和使用放射性物质时,如果处理不当,也会造成放射性污染。水体中的放射性污染物可以附着在生物体表面,也可以进入生物体蓄积起来,还可通过食物链对人产生内照射。
水中主要的天然放射性元素有40K、238U、286Ra、210Po、14C、氚等。目前,在世界任何海区几乎都能测出90Sr、137Cs。
7、酸、碱、盐无机污染物
各种酸、碱、盐等无机物进入水体(酸、碱中和生成盐,它们与水体中某些矿物相互作用产生某些盐类),使淡水资源的矿化度提高,影响各种用水水质。盐污染主要来自生活污水和工矿废水以及某些工业废渣。另外,由于酸雨规模日益扩大,造成土壤酸化、地下水矿化度增高。
水体中无机盐增加能提高水的渗透压,对淡水生物、植物生长产生不良影响。在盐碱化地区,地面水、地下水中的盐将对土壤质量产生更大影响。
8、热污染
热污染是一种能量污染,它是工矿企业向水体排放高温废水造成的。一些热电厂及各种工业过程中的冷却水,若不采取措施,直接排放到水体中,均可使水温升高,水中化学反应、生化反应的速度随之加快,使某些有毒物质(如氰化物、重金属离子等)的毒性提高,溶解氧减少,影响鱼类的生存和繁殖,加速某些细菌的繁殖,助长水草丛生,厌气发酵,恶臭。
鱼类生长都有一个最佳的水温区间。水温过高或过低都不适合鱼类生长,甚至会导致死亡。不同鱼类对水温的适应性也是不同的。如热带鱼适于15~32℃,温带鱼适于10~22℃,寒带鱼适于2~10℃的范围。又如鳟鱼虽在24℃的水中生活,但其繁殖温度则要低于14℃。一般水生生物能够生活的水温上限是33~35℃。
除了上述八类污染物以外,洗涤剂等表面活性剂对水环境的主要危害在于使水产生泡沫,阻止了空气与水接触而降低溶解氧,同时由于有机物的生化降解耗用水中溶解氧而导致水体缺氧。高浓度表面活性剂对微生物有明显毒性。
水体污染的例子很多,如京杭大运河(杭州段)两岸有许多工厂,每天均有大量废水排入运河,使水体中固体悬浮物、有机物、重金属(Zn,Cd,Pb,Cu等)及酚、氰化物等含量大大超过地面水标准,有的超过几十倍,使水体处于厌氧的还原状态,乌黑发臭,鱼虾绝迹,不能用于生活、农业等用水;水体自净能力差,若不治理,并控制污染源,水体污染还会进一步扩大。
水环境中的污染物,总体上可划分为无机污染物和有机污染物两大类。在水环境化学中较为重要的,研究得较多的污染物是重金属和有机物。我国水污染化学研究始于70年代,从重金属、耗氧有机物、DDT、六六六等农药污染开始,目前研究的重点已转向有机污染物,特别是难降解有机物,因其在环境中的存留期长,容易沿食物链(网)传递积累(富集),威胁生物生长和人体健康,因而日益受到人们重视。本章着重介绍重金属和有机污染物在水体中迁移转化的环境化学行为。
四、污染物进入水体后的运动过程
污染物进入水体后立即发生各种运动。下面以海洋为例作一简介,其他水体的情况,可以类推。
海洋中生活着各种各样的水生动物和植物。生物与水、生物与生物之间进行着复杂的物质和能量的交换,从数量上保持着一种动态的平衡关系。但在人类活动的影响下,这种平衡遭到了破坏。当人类向水中排放污染物时,一些有益的水生生物会中毒死亡,而一些耐污的水生生物会加剧繁殖,大量消耗溶解在水中的氧气,使有益的水生生物因缺氧被迫迁栖他处,或者死亡。特别是有些有毒元素,既难溶于水又易在生物体内累积,对人类造成极大的伤害。如汞在水中的含量是很低的,但在水生生物体内的含量却很高,在鱼体内的含量又高得出奇。假定水体中汞的浓度为1,水生生物中的底栖生物(指生活在水体底泥中的小生物)体内汞的浓度为700,而鱼体内汞的浓度高达860。由此可见,当水体被污染后,一方面导致生物与水、生物与生物之间的平衡受到破坏,另一方面一些有毒物质不断转移和富集,最后危及人类自身的健康和生命。
五、水体污染对人体健康的影响
1、水体污染的危害是多方面的,这里简单介绍一下水体污染对人体健康的影响
(1)、引起急性和慢性中毒。水体受有毒有害化学物质污染后,通过饮水或食物链便可能造成中毒。著名的水俣病、痛痛病是由水体污染引起的。
(2)、致癌作用。某些有致癌作用的化学物质如砷、铬、镍、铍、苯胺、苯并(a)芘和其他多环芳烃、卤代烃污染水体后,可被悬浮物、底泥吸附,也可在水生生物体内积累,长期饮用含有这类物质的水,或食用体内蓄积有这类物质的生物(如鱼类)就可能诱发癌症。
(3)、发生以水为媒介的传染病。人畜粪便等生物污染物污染水体,可能引起细菌性肠道传染病如伤寒、痢疾、肠炎、霍乱等;肠道内常见病毒如脊髓灰质类病毒、柯萨奇病毒、传染性肝炎病毒等,皆可通过水体污染引起相应的传染病。1989年上海的"甲肝事件",就是由水体污染引起的。在发展中国家,每年约有6000万人死于腹泻,其中大部分是儿童。
(4)、间接影响。水体污染后,常可引起水的感官性状恶化,如某些污染物在一定浓度下,对人的健康虽无直接危害,但可使水发生异臭、异色,呈现泡沫和油膜等,妨碍水体的正常利用。铜、锌、镍等物质在一定浓度下能抑制微生物的生长和繁殖,从而影响水中有机物的分解和生物氧化,使水体自净能力下降,影响水体的卫生状况。
(5)、水体污染既可严重危害生态系统,还可造成严重的经济损失。
2、主要污染物的影响
(1)、铅: 对肾脏、神经系统造成危害,对儿童具高毒性,致癌性已被证实
(2)、镉: 对肾脏有急性之伤害
(3)、砷: 对皮肤、神经系统等造成危害,致癌性已被证实
(4)、汞: 对人体的伤害极大,伤害主要器官为肾脏、中枢神经系统
(5)、硒: 高浓度会危害肌肉及神经系统
(6)、亚硝酸盐: 造成心血管方面疾病,婴儿的影响最为明显(蓝婴症),具致癌性
(7)、总三卤甲烷: 以氯仿对健康的影响最大,致癌性方面最常发生的是膀光癌
(8)、三氯乙烯(有机物): 吸入过多会降低中枢神经、心脏功能,长期暴露对肝脏有害
(9)四氯化碳(有机物): 对人体健康有广泛影响,具致癌性,对肝脏、肾脏功能影响极大
六、污水水质指标
污水水质指标一般分为物理、化学、生物三大类。
1、物理性指标
温度、色度、嗅和味、固体物质
固体物质的三种存在形态:悬浮的、胶体的、溶解的。固体物质用。总固体量(TS)作为指标,污水处理中常用悬浮固体(SS)表示固体物质的含量。
2、化学性指标
(1)、化学需氧量(CODcr):指用强化学氧化剂(我国法定用重铬酸钾)在酸性条件下,将有机物氧化成CO2与H2O所消耗的氧量(mg/L),用CODcr表示。化学需氧量越高,表示水中有机污染物越多,污染越严重。
(2)、生化需氧量(BOD5):水中有机污染物被好氧微生物分解时所需的氧量称为生化需氧量(mg/L)。
如果污水成分相对稳定,则一般来说,CODcr> BOD5。
一般BOD5/ CODcr大于0.3,认为适宜采用生化处理。
(3)、总需氧量(TOD):有机物主要元素是C、H、O、N、S等,当有机物被全部氧化时,将分别产生CO2、H2O、NO、SO2等,此时需氧量称为总需氧量(TOD)。
(4)、总有机碳(TOC):包括水样中所有有机污染物质的含碳量,也是评价水样中有机物质质的一个综合参数。
(5)、总氮(TN):污水中含氮化合物分为有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮,四种含氮化合物总量称为总氮(TN)。凯氏氮(TKN)是有机氮与氨氮之和。
(6)、总磷(TP):包括有机磷与无机磷两类。
(7)、pH值
(8)、重金属
3、生物性指标
(1)、大肠菌群数:每升水样中所含有的大肠菌群的数目,以个/L计。
(2)、细菌总数:是大肠菌群数、病原菌、病毒及其他细菌数的总和,以每毫升水样中的细菌菌落总数表示。
第三章 主要污水处理工艺对比
一、污水处理工艺
污水处理工艺就是对城市生活污水和工业废水的各种经济、合理、科学、行之有效的工艺方法。
1、根据《水污染控制工程》分类
(1)、不溶态污染物的分离技术:
①、重力沉降:沉砂池(平流、竖流、旋流、曝气)、沉淀池(平流、竖流、辐流、斜流);
②、混凝澄清;
③、浮力浮上法:隔油、气浮;
④、其他:阻力截留、离心力分离法、磁力分离法
(2)、污染物的生物化学转化技术:
①、活性污泥法:SBR、AO、AAO、氧化沟等
②、生物膜法:导流曝气生物滤池、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池等
③、厌氧生物处理法:厌氧消化、水解酸化池、UASB等
④、自然条件下的生物处理法:稳定塘、生态系统塘、土地处理法
(3)、污染物的化学转化技术:
①、中和法:酸碱中和
②、化学沉淀法:氢氧化物沉淀、铁氧体沉淀、其他化学沉淀
③、氧化还原法:药剂氧化法、药剂还原法、电化学法
④、化学物理消毒法:臭氧、紫外线、二氧化氯、氯气、次氯酸钠
(4)、溶解态污染物的物理化学分离技术:
①、吸附法
②、离子交换法
③、膜分离法:扩散渗析、电渗析、反渗透、超滤、纳滤、微滤
④、其他分离方法:吹脱和气提、萃取、蒸发、结晶、冷冻
(5)、常见污水处理方法
①、物理法:物理或机械的分离过程。过滤,沉淀,离心分离,上浮等
②、化学法:加入化学物质与污水中有害物质发生化学反应的转化过程。中和,氧化,还原,分解,混凝,化学沉淀等
③、物理化学法:物理化学的分离过程。气提,吹脱,吸附,萃取,离子交换,电解电渗析,反渗透等④、生物法:微生物在污水中对有机物进行氧化,分解的新陈代谢过程。导流曝气生物滤池、曝气生物滤池, 活性污、泥生物转盘,氧化塘,厌气消化等
(6)、常用处理废水的化学方法
①、混凝
向胶状浑浊液中投加电解质,凝聚水中胶状物质,使之和水分开
混凝剂有硫酸铝,明矾,聚合氯化铝,硫酸亚铁,三氯化铁等
含油废水,染色废水,煤气站废水,洗毛废水等
②、中和
酸碱中和,pH达中性
石灰,石灰石,白云石等中和酸性废水,CO2中和碱性废水
硫酸厂废水用石灰中和,印染废水等
③、氧化还原
投加氧化(或还原)剂,将废水中物质氧化(或还原)为无害物质
氧化剂有空气(O2),漂白粉,氯气,臭氧等
含酚,氰化物,硫铬,汞废水,印染,医院废水等
④、电解
在废水中插入电极板,通电后,废水中带电离子变为中性原子
电源,电极板等
含铬含氰(电镀)废水,毛纺废水
⑤、萃取
将不溶于水的溶剂投入废水中,使废水中的溶质溶于此溶剂中,然后利用溶剂与水的相对密度差,将溶剂分离出来
萃取剂:醋酸丁酯,苯,N—503等设备有脉冲筛板塔,离心萃取机等
含酚废水等
吸附(包含离子交换)
将废水通过固体吸附剂,使废水中溶解的有机或无机物吸附在吸附剂上,通过的废水得到处理
吸附剂有活性炭,煤渣,土壤等
吸附塔,再生装置
染色,颜料废水,还可吸附酚,汞,铬,氰以及除色,臭,味等用于深度处理。
二、污水处理工艺流程
1、传统的污水处理技术与现代污水处理技术的区别
(1)、传统的污水处理技术
传统的污水处理技术,按处理程度划分,可分为一级、二级和三级处理。
(2)、现代污水处理技术
现代污水处理技术导流曝气生物滤池是在传统的曝气生物滤池的基础上,充分借鉴下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、SBR法、AB法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、无泵污泥回流法、给水快滤法等10者的设计手法和二级或三级污水处理工艺的特点而开发研制出来的污水处理新工艺、新技术。
2、污水处理技术特征
(1)、传统的污水处理技术特征
一级处理,主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质,物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水,BOD一般可去除30%左右,达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。
二级处理,主要去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD,COD物质),去除率可达90%以上,使有机污染物达到排放标准。
三级处理,进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法,混凝沉淀法,砂滤法,活性炭吸附法,离子交换法和电渗分析法等。整个过程为通过粗格栅的原污水经过污水提升泵提升后,经过格栅或者筛滤器,之后进入沉砂池,经过砂水分离的污水进入初次沉淀池,以上为一级处理(即物理处理),初沉池的出水进入生物处理设备,有活性污泥法和生物膜法,(其中活性污泥法的反应器有曝气池,氧化沟等,生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法和生物流化床),生物处理设备的出水进入二次沉淀池,二沉池的出水经过消毒排放或者进入三级处理,三级处理包括生物脱氮除磷法,混凝沉淀法,砂滤法,活性炭吸附法,离子交换法和电渗析法。二沉池的污泥一部分回流至初次沉淀池或者生物处理设备,一部分进入污泥浓缩池,之后进入污泥消化池,经过脱水和干燥设备后,污泥被最后利用。
(2)、现代的污水处理技术特征
①典型的集约化污水处理
导流曝气生物滤池充分借鉴了下向流曝气生物滤池法、上向流曝气生物滤池法、SBR法、AB法、接触氧化法、生物膜法、人工快滤法、沉降分离法、无泵污泥回流法、给水快滤法等10者的设计手法,集曝气、快速过滤、悬浮物截留、两曝两沉、无泵污泥回流、定期反冲于一体,使污水在U型双锥这一个单元体内,综合实现三级、三区、三相导流、无泵污泥外排及回流处理全过程,是一种典型的高负荷、淹没式、固定化生物床的三相导流,脱氮除磷反应器,处理后的污水优于排放标准,可实现中水回用。
C. 含氰废水如何处理
含氰废水有抄很多种处理方法,袭需要根据废水水质情况来选择。
碱性氯气氧化破氰,在碱性含氰废水中通入氯气氧化;
UV光催化破氰,以双氧水为氧化剂,通过光辐射催化处理含氰废水;
双氧水催化氧化,通常以铜离子作为催化剂,在弱碱性条件下常温氧化;
臭氧氧化法,采用臭氧发生器制备臭氧氧化氢化物和硫氰酸盐;
高温加压水解法,65℃以上氰根即可与水反应生成氨和碳酸盐,200℃以上时水解速度非常快;
还有活性炭吸附、膜分离、溶剂萃取、金属离子络合法等等。
D. 水污染中常说的五毒是什么
挥发酚 万能与水蒸汽一起挥发的酚,其毒性很大。高浓度(超过0.05毫克/升)时,即可使鱼致死。生活饮用水要求挥发酚的含量不超过0.002毫克/升。地面水要求不超过0.01毫克/升。
氰化物 炼焦、电镀、选矿与冶金等生产废水,往往含有大量的氰化物。氰化物具有剧烈的毒性,中毒后引起呼吸困难,造成全身细胞缺氧。在水体中其含量有0.01毫克/升时,即不宜作为公共给水源;0.03毫克/升对鱼类有中毒作用;0.3毫克/升妨碍体生物净化作用。生活饮用水要求氰的含量不超过0.01毫克/升,地面水要求不超过0.05毫克/升。
汞 天然水质中仅有汞的痕量存在,由于工厂,如农药厂、仪表广与瓷器厂等工业废水的污染,使水中来的含量增加。汞的化合物对人体与动物都有很强的毒性,能危害中枢及末梢神经,并可形成积累性的慢性中毒。因此,生活饮用水与地面水要求无机汞化合物含量不超过0.001毫克/升。
砷化物天然水质中有时会发现极微的砷。碗酸、氮肥与锰铁合金等工业废水中都含有砷。使用含砷农药喷洒果树或处理农作物时,也可使地面水被污染。一切砷化物都具有强烈毒性,常见的有亚砷酸酐即俗名毗霜。饮用含微量砷的水质,会引起慢性中毒,使食管发生故障,粘膜损伤,并会在人体中积蓄,有害健康。生活饮用水要求砷的含量不超过0.02克/升,地面水要求不超过0.04毫克/升。
六份铬 电镀、印染、电池、火柴、制革与机器制造等工业废水中都含有铬的化合物。天然水质中的铬,来如誉知自地层含铬矿藏的溶蚀,或受上游工业废水的污染。六价铬的毒性比三价铬的毒性强100倍,如虚态果水质中六渣消价铬的含量超过0.1毫克/升,就对人体产生毒性作用。生活饮用水与地面水要求六价铬的含量不超过0.05毫克/升。
E. 水体污染的主要来源有哪些
水体污染物的来源主要有:工业废水、生活污水、农业污水、工业及矿山废渣、大气中污染物、天然污染物等。
工业废水:未经处理的工业废水直接排放是水体的重要污染源,具有量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化、难处理等特点。工业废水最常见于化学工业、造纸工业、食品加工业、金属制品工业、钢铁工业、皮革印染工业。我国每年约有1/3的工业废水未经处理就直接排入水域,而且违规偷排十分严重。
例如,黑龙江省佳木斯市每年仅工矿企业不经处理直接排放江河的废水达1亿多吨,工业废渣、生活垃圾年堆放量140多万吨,其中化工废渣中的硝基化合物和酚严重污染了市区及周围地下水,污染物含量超标几百倍。其中,市内最大水源地——六水源酚浓度超标最高达390倍,造成水源地报废,直接经济损失40多万元。地下水在农业区,主要为硝酸盐型水;在化工、农药分布区,为硫酸盐型水;在居民稠密区,主要为氯化物型水。近年来,氯、硝酸根增长最快,硫酸根次之。硝酸根检出率达93?4%,超标率为60?5%;亚硝酸根检出率81?0%;铵检出率为11?0%;铁0?3—33?0毫克/升,超标率为95?4%。
2005年12月15日,广东省环保部门监测发现,广东北江韶关段出现了重金属镉超标现象,在北江高桥断面,监测部门测得镉超标近10倍,严重威胁了下游饮用水源安全。经广东省环保局调查,初步确认这起污染事件是由于韶关冶炼厂设备检修期间超标排放含镉废水所致。12月20日,广东省政府公布了这起严重环境污染事故,北江下游韶关、清远、英德3个城市的饮用水受到污染威胁,部分城市自来水供应停止。
生活污水:主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等,生活污水中含有较多的氮、磷、硫、有机纤维、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质、尿素、致病细菌等。我国每年约有90%以上的生活污水未经处理就直接排入水域。
据原环保总局的一份调查报告显示,近年来,我国城市生活污水排放量以年均5%的速度递增,1998年我国生活污水排放量为184亿吨;1999年,城市生活污水排放量首次超过工业污水排放量,占到全国污水排放总量的52?9%;2003年,全国工业废水和城镇生活污水排放总量为460亿吨,其中城镇生活污水排放量为247?6亿吨,占总量的53?8%。
比如山西省太原市,全市废水年排放量为1?9亿立方米,随废水排出的各种有毒物质每年约19万吨。汾河太原段水中的酚、氰、砷、汞、六价铬五毒俱全,含酚量超过饮用标准2000多倍。
农业污水:包括牲畜粪便、农药、化肥等。农业污水中,一是有机质、植物营养物及病原微生物含量高;二是农药、化肥含量高。我国目前没开展农业面上的监测,据有关资料显示,在1亿公顷耕地和220万公顷草原上,每年使用农药110?49万吨。我国是世界上水土流失最严重的国家之一,每年表土流失量约50亿吨,致使大量农药、化肥随表土流入江、河、湖、库,随之流失的氮、磷、钾营养元素,使2/3的湖泊受到不同程度富营养化污染的危害,造成藻类以及其他生物异常繁殖,引起水体透明度和溶解氧的变化,从而致使水质恶化。
矿山废渣:矿山开采的废渣经雨水冲刷而污染河流、土壤和地下水。特别是稀有金属、重金属矿厂的矿渣经雨水冲刷使水中重金属含量超标。
大气污染物:大气污染物可以经雨水的沉降作用而落入江河湖海中污染水体。
F. 水污染的主要污染物质是什么
水体污染是指自然水体中的污染物在数量上超过了该物质在水体中的通常含量,超过了水体的自净能力,导致水体的物理、化学性质发生了对生态环境有害的变化。
水体的污染物种类极多,按其种类和性质,一般可三大类:
(1) 无机污染物:主要包括重金属离子、氰化物、氟化物和亚硝酸盐等。
重金属主要指汞、铬、镉、铅、镍、锌、铜、钴、锡等。镉和汞是毒性较大的元素。含镉废水的主要来源有采矿冶炼、合金制造、电镀、玻璃、油漆和颜料制造、照相材料、原子能反应堆等部门。目前环境中的汞污染,主要是因为工业上汞流失的增加而造成的,其中以水银法制碱工业最为突出。铅、铬毒性也很大,在铬矿冶炼、电镀、金属加工、制革、油漆、颜料和印染等工业的废水中都含有铬。在铬的化合物中Cr(Ⅵ)的毒性最大,Cr(Ⅲ)次之,Cr(Ⅱ)和金属铬毒性最小,其中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)被我国列为第一类污染物。
含氰废水主要来源于电镀车间、选矿厂、农药厂、制药厂。含氟废水主要来源于玻璃陶瓷厂、农药厂及电子工业。亚硝酸盐由含氮有机物生物降解产生,这类物质是致癌物。
(2) 有机污染物:有机污染物的组趁很复杂,实际上常用BOD、COD、TOC、SS等指标来间接表示。具体的主要包括农药(DDT、六六六等有机氯农药)、醛、酮、酚以及多氯联苯、芳香胺、高分子聚合物、染料等。
这些物质大多来自于有机合成农药厂、煤气、冶金、石油化工等工业废水。这些有毒物质有害于人体健康,例如多氯联苯(PCB)、联苯胺对神经、肝脏、骨骼都有严重危害,甚至引起生殖障碍和致癌。
(3) 其他污染物:首先是放射性物质,他们放射出的α、β、γ射线会伤害人体组织,并造成长期危害,造成各种辐射病,如导致白血病、癌症及遗传基因的突变,其次是生物污染物质,主要是指粪便中的各种致病细菌。最后是热污染,水文的升高会使水中的有毒物质毒性作用加大,也会降低水生生物的繁殖率和氧的溶解率。
G. 水体污染的类型
9.1.1.1 水体污染的概念
水体,是河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋的总称。它不仅包括水,而且也包括水中的悬浮物、底泥及水生生物等。
水体因接受过多的杂质,而使其在水体中的含量超过了水体的自净能力,导致其物理、化学及生物学特性改变和本质的恶化,从而影响水的有效利用,危害人体健康,这种现象称为水体污染。在自然情况下,天然水的水质也常有一定变化,但这种变化是一种自然现象,不属于水体污染。
水体一旦受到污染,会降低水的质量,直接或间接地危及人类的健康和生存。造成水体污染的原因主要有:点源污染与面源污染(或称非点源污染)两类。点源污染来自未经妥善处理的城市污水(生活污水与工业废水)集中排入水体。面源污染来自:农田肥料、农药以及城市地面的污染物,随雨水径流进入水体;随大气扩散的有毒有害物质,由于重力沉降或降雨过程,进入水体。
9.1.1.2 水体污染的类型
水体污染源是指向水体排放污染物的场所、设备和装置等。按造成水体污染的原因可将水体污染源分为天然污染源和人为污染源;按受污染的水体可分为地面水污染源、地下水污染源和海洋污染源;按污染源释放的有害物质种类分为物理性污染源、化学性污染源、生物性污染源;按污染的分布特征可分为点污染源、面污染源、扩散污染源。
由自然因素造成的污染,称为天然污染。如地面水渗漏和地下水流动将地层中某些矿物质溶解,使水中的盐分、微量元素或放射性物质浓度偏高而使水质恶化。人类的生产和生活活动使水体污染,称为人为污染。人为污染是当前水体污染的主要污染源。
(1)物理性污染
热污染,主要来源于热电站、核电站、冶金和石油化工等工厂的排水。
放射性污染,来源于核生产废物、核试验沉降物、核医疗研究单位的排水。
(2)化学性污染
无机污染包括:重金属污染,来源于矿物开采、冶炼、电镀、仪表、电解以及化工等工厂排水;砷污染,来源于含砷矿石处理、制药、农药和化肥等工厂的排水;氰化物污染,来源于电镀、冶金、煤气、洗涤、塑料、化学纤维等工厂的排水;氮和磷污染,来源于农田排水、粪便排水、化肥、制革、食品、毛纺等工厂的排水;酸碱和盐污染,来源于矿山、石油、化工、化肥、造纸、电镀工厂排水。
有机污染包括:酚类化合物污染,来源于炼油、焦化、树脂等工厂的排水;苯类化合物污染,来源于石油化工、焦化、农药塑料、染料等工厂的排水;油类,来源于采油、炼油、船舶以及机械、化工等工厂的排水。
(3)生物性污染
病原体污染,来源于粪便、医院污水、屠宰畜牧、制革生物制品等工厂排水。
霉素污染,来源于制药、酿造、制革等工厂的排水。
9.1.1.3 水体污染的来源
污水是人类在自己的生活、生产活动中用过并为生活或生产过程所污染的水。污水包括生活污水、工业废水、被污染的降水及各种排入管渠的其他污染水。
(1)生活污水
生活污水,是指居民在日常生活中排出的废水。生活污水的成分取决于居民的生活状况及生活习惯。我国地域广阔、情况复杂,即使生活状况相似,各地污水中杂质的成分和浓度也不尽相同。
(2)工业废水
工业废水,是在生产过程中排出的废水。其成分主要取决于生产工艺过程和使用的原料,工业废水也包括因高温(水温超过60℃)而形成热污染的工业废水。不同的工业生产产生不同性质的废水,同类工业采用不同的生产工艺过程,产生的废水也不相同。
工业废水性质各异,多半具有危害性,未经处理不允许排放。但冷却水和在生产过程中只起辅助作用或只是温度稍有上升的水,因未被污染物污染或污染很轻,此时可采取冷却或简单的处理后重复使用。这种较清洁、不经处理即可排放的废水称为生产废水;而污染较严重、必须经处理方可排放的工业废水称为生产污水。工业废水是生产污水和生产废水的总称。
(3)城市污水
城市污水是排入城镇排水系统的污水的总称,是生活污水和工业废水的混合液。我国多数城市污水属此类。在合流制排水系统中,城市污水还包括降水。城市污水中各类污水所占的比例,因城市的排水体制不同而有差异。城市污水的水质指标、污染物组成、形态及含量也因城市不同而存在差异。
9.1.1.4水体污染的性质
(1)物理性质
水温:生活污水的年平均温度相差不大,一般在10~20℃间;许多工业排出的废水温度较高。水中的溶解氧随水温的升高而减小:加速污水中好氧微生物的耗氧速度,导致水体处于缺氧和无氧状态,使水质恶化。城市污水的水温与城市排水管网的体制及生产潜水所占的比例有关。一般来讲,污水生物处理的温度在5~40℃间。
色度:生活废水的颜色一般呈灰色。工业废水则由于工矿企业的不同,色度差异较大,如印染、造纸等生产污水色度很高。
臭味:臭和味是一项感官性状指标。天然水是无色无味的。水体受到污染后产生气味,影响了水环境。生活污水的臭味主要由有机物腐败产生的气体造成,主要来源于还原性硫和氮的化合物;工业废水的臭味主要由挥发性化合物造成。
固体含量:水中所有残渣的总和为总固体(TS),其测定方法是将一定量水样在105~110℃间烘箱中烘干至恒重,所得含量即为总固体量。总固体生要由有机物、无机物及生物体组成,按其存在形态分为:悬浮物、胶体和溶解物。总固体包括溶解物质(DS)和悬浮固体物质(SS)。悬浮固体由有机物和无机物组成,根据其挥发性能,悬浮固体又可分为挥发性悬浮固体(VSS)和非挥发性悬浮固体(NVSS)两种。生活污水中挥发性悬浮固体约占70%。
(2)化学性质
无机物指标:主要包括氮、磷、无机盐类和重金属离子及酸碱度等。
污水中的氮、磷为植物的营养物质。对于高等植物的生长来说,氮、磷是宝贵物质,而对于天然水体中的藻类,虽然是生长物质,但藻类的大量生长和繁殖,能使水体产生富营养化现象。
污水中的无机盐类,主要指污水中的硫酸盐、氯化物和氰化物等。硫酸盐来自人类排泄物及一些工矿企业废水,如洗矿、化工、制药、造纸等工业废水。污水中的硫酸盐用SO2-4表示,可以在缺氧状态下,由硫酸盐还原菌和反硫化菌的作用,还原成H2S。氯化物主要来自人类排泄物。某些工业废水含有较高的氯化物,它对管道及设备有腐蚀作用。污水中的氰化物主要来自电镀、焦化、制革、塑料、农药等工业废水。氰化物为剧毒物质,在污水中以无机氰和有机氰两种类型存在。除此以外,城市污水中还存在一些无机有毒物质,如无机砷化物,主要以亚砷酸和砷酸盐形式存在。砷会在人体内积累,属致癌物质。
污水中重金属主要有汞、镉、铅、铬、锌、铜、镍、锡等。重金属以离子状态存在时毒性最大,这些离子不能被生物降解,通常可以通过食物链在动物或人体内富集,产生中毒现象。上述金属离子在低浓度时,有益于微生物的生长,有些离子对人类也有益,但其浓度超过一定值后,即有毒害作用。需要说明的是,有些重金属具有放射性,在其原子裂变的过程中会释放一些对人体有害的射线,主要有α射线、β射线,γ射线及质子束等;产生这些放射物质的金属主要是镧系和锕系元素,这些物质在生活污水中很少见,在某些工业废水如采矿业及核工业废水中会出现。一般情况下在城市污水中的含量极低。放射性物质能诱发白血病等疾病。
酸碱污染物主要由排入城市管网的工业废水造成。水中的酸碱度以pH值反映其含量。酸性废水的危害在于有较大的腐蚀性;碱性废水则易产生泡沫,使土壤盐碱化。一般情况下城市污水的酸碱性变化不大,微生物生长最佳酸碱度为中性偏碱,当pH值超出6~9的范围,对人畜就会造成危害。
有机物指标:城市污水含有大量的有机物,其主要是碳水化合物、蛋白质、脂肪等物质。由于有机物种类极其复杂,难以定量,但上述有机物都有被氧化的共性,即在氧化分解中需要消耗大量的氧,所以可以用氧化过程消耗的氧量作为有机物的指标。在实际工作中经常采用生物化学需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)、总含氧量(TOD)等指标来反映污水中有机物的含量。
H. 污水处理站怎样处理含氰废水
处理含氰废水的方法
除了氯氧化法、二氧化硫-空气氧化法、过氧化氢氧化法、酸化回收法、萃取法已独立或几种方法联合使用于黄金氰化厂外,生物化学法、离子交换法、吸附法、自然净化法在国内外也有工业应用,由于报道较少,工业实践时间短,资料数据有限,本章仅对这些方法的原理、特点、处理效果进行简要介绍。
一、生物化学法
1、生物法原理
生物法处理含氰废水分两个阶段,第一阶段是革兰氏杆菌以氰化物、硫氰化物中的碳、氮为食物源,将氰化物和硫氰化物分解成碳酸盐和氨:
微生物
Mn(CN)n(n-m)-+4H2O+O2─→Me-生物膜+2HCO3-+2NH3
对金属氰络物的分解顺序是Zn、Ni、Cu、Fe对硫氰化物的分解与此类似,而且迅速,最佳pH值6.7~7.2。
细菌
SCN-+2.5O2+2H2O→SO42-+HCO3-+NH3
第二阶段为硝化阶段,利用嗜氧自养细菌把NH3分解:
细菌
NH3+1.5O2→NO2-+2H++H2O
细菌
NO2-+0.5O2→NO3-
氰化物和硫氰化物经过以上两个阶段,分解成无毒物以达到废水处理目的。
生物化学法根据使用的设备和工艺不可又分为活性污泥法、生物过滤法、生物接触法和生物流化床法等等,国内外利用生物化学法处理焦化、化肥厂含氰废水的报导较多。
据报道,从1984年开始,美国霍姆斯特克(Homestake)金矿用生物法处理氰化厂废水,英国将一种菌种固化后用于处理2500ppm的废水,出水CN-可降低到1ppm,是今后发展的方向。
微生物法进入工业化阶段并非易事,自然界的菌种远不能适应每升数毫克浓度的氰化物废水,因此必须对菌种进行驯化,使其逐步适应,生物化学法工艺较长,包括菌种的培养,加入营养物等,其处理时间相对较长,操作条件严格。如温度、废水组成等必须严格控制在一定范围内,否则,微生物的代谢作用就会受到抑制甚至死亡。设备复杂、投资很大,因此在黄金氰化厂它的应用受到了限制。但生物化学法能分解硫氰化物,使重金属形成污泥从废水中去除,出水水质很好,故对于排水水质要求很高、地处温带的氰化厂,使用生物法比较合适。
2、生物法的应用情况
国外某金矿采用生物化学法处理氰化厂含氰废水。首先,含氰废水通过其它废水稀释,氰化物含量降低到生化法要求的浓度(CN-<10.0mg/L)、温度(10℃~18℃,必要时设空调),pH值(7~8.5)然后加入营养基(磷酸盐和碳酸钠),废水的处理分两段进行,两段均采用Φ3.6×6m的生物转盘,30%浸入废水中以使细菌与废水和空气接触,第一段用微生物把氰化物和硫氰化物氧化成二氧化碳、硫酸盐和氨,同时重金属被细菌吸附而从废水中除去,第二段包括氨的细菌硝化作用,首先转化为亚硝酸盐,然后被转化为硝酸盐,第一段采用事先经过驯化的,微生物从工艺水中以两种适应较高的氰化物和硫氰化物的浓度。第二段采用分离出来的普通的亚硝化细菌和硝化细菌,被附着在转盘上的细菌的浮生物膜吸附重金属并随生产膜脱落而被除去,通过加入絮凝剂使液固两相分开,清液达标排放,污泥排放尾矿库。该处理装置处理废水(包括其它废水)800m3/h,每个生物转盘直径3.6m,长6m。由波纹状塑料板组成。该处理厂总投资约1000万美元,其处理指标见表10-1。
表10-1 生物化学法处理含氰废水效果
废水名称 废水各组份含量(mg/L)
总CN- CN- SCN- Cu
处理前 3.67 2.30 61.5 0.56
处理后 0.33 0.05 0.50 0.04
3、生物化学法的特点
(一)优点
生物法处理的废水,水质比较好,CN-、SCN-、CNO-、NH3、重金属包括Fe(CN)64-均有较高的去除率,排水无毒,尤其是能彻底去除SCN-,是二氧化硫-空气法、过氧化氢氧化法、酸化回收法等无法做到的。
(二)缺点
1)适应性差,仅能处理极低浓度而且浓度波动小的含氰废水,故氰化厂废水应稀释数百倍才能处理,这就扩大了处理装置的处理规模,大大增加了基建投资。
2)温度范围窄,寒冷地方必须有温室才能使用。
3)只能处理澄清水,不能处理矿浆。
二、离子交换法
1950年南非开始研究使用离子交换法处理黄金行业含氰废水。1960年苏联也开始研究,并在杰良诺夫斯克浮选厂处理含氰废水并回收氰化物和金。
1970年工业装置投入运行,取得了较好的效果,1985年加拿大的威蒂克(Witteck)科技开发公司开发了一种处理含氰废水的离子交换法,不久又成立了一个专门推广该技术的公司,叫Cy-tech公司,离子交换法处理进行研究,取得了许多试验数据,并已达到了工业应用的水平。
1、离子交换法的基本原理
离子交换法就是用离子交换树脂吸附废水中以阴离子形式存在的各种氰化物:
R2SO4+2CN-→2R(CN)2+SO42-
R2SO4+Zn(CN)42-→R2Zn(CN)4+SO42-
R2SO4+Cu(CN)32-→R2Cu(CN)3+SO42-
2R2SO4+Fe(CN)64-→R4Fe(CN)6+2SO42-
Pb(CN)42-、Ni(CN)42-、Au(CN)2-、Ag(CN) 2-、Cu(CN)2-等的吸附与上述类似,硫氰化物阴离子在树脂上的吸附力比CN-更大,更易被吸附在树脂上。
R2SO4+2SCN-→2RSCN
在强碱性阴离子交换树脂上,黄金氰化厂废水中主要的几种阴离子的吸附能力如下:
Zn(CN)42->Cu(CN)32->SCN->CN->SO42-
树脂饱和时,如果继续处理废水,新进入树脂层的Zn(CN)42-就会将其它离子从树脂上排挤下来,使它们重新进入溶液,但即使继续进行这一过程,树脂上已吸附的各种离子也不会全部被排挤下来,各种离子在树脂上的吸附量根据各种离子在树脂上的吸附能力以及在废水中的浓度不同有一部分配比。对于强碱性树脂来说,这种现象十分明显,具体表现在流出液的组成随处理量的变化特性曲线上。各组分当被吸附力强于它的组分从树脂上排挤下来时,其流出液浓度会出现峰值。
不同的弱碱树脂具有不同的吸附特性。因此,对不同离子的吸附力也有很大差别,研究用离子交换法处理含氰废水的一个重要任务就是去选择甚至专门合成适用于我们要处理的废水特点的树脂,否则树脂处理废水的效果或洗脱问题将难以满足我们的需要。难以工业化应用。
2、离子交换法存在的问题及解决途径
离子交换法存在的问题主要是树脂的中毒问题,主要是吸附能力强于氰化物离子的硫氰化物、铜氰络合物和铁氰络合物。由于上述物质吸附到树脂上,使树脂的洗脱变得较为复杂甚至非常困难。
(一)硫氰化物
对于大部分金氰化厂来说,废水中含有100mg/L以上的SCN-,其中金精矿氰化厂废水SCN-高达800mg/L以上,由于强碱性阴离子交换树脂对SCN-的吸附力较大,而且SCN-的浓度如此之高,使树脂对其它应吸附而从废水中除去的组分的吸附量大为降低,如Zn(CN)42-、Cu(CN)32-,同时,由于SCN-的饱和,会使CN-过早泄漏,导致离子交换树脂的工作饱和容量过低。例如,当废水中SCN-350mg/L时,其工作饱和容量(指流出液中CN-≤0.5mg/L条件)仅20倍树脂体积,而且SCN-难以从树脂上通过简单的方法洗脱下来,这就限制了具有大饱和容量的强碱性阴离子交换树脂的应用,而弱碱性阴离子交换树脂饱和容量最高不过强碱性树脂的一半,从处理洗脱成本考虑,也不易使用,可见较高的SCN-浓度给离子交换树脂带来很大麻烦。如果从树脂上不洗脱SCN-,那么流出液CN-不能达标,即使不考虑CN-的泄漏,树脂对其它离子的工作容量也减少。
(二)铜
尽管树脂对Cu(CN)32-的吸附力不如Zn(CN)42-大,但它的浓度往往较高,在强碱树脂上的饱和容量约8~35kg/m3,甚至更高,但用酸洗脱树脂上的氰化物时,铜并不能被洗脱下来,而是在树脂上形成CuCN沉淀,为了洗脱强碱树脂上的铜,必须采用含氨洗脱液洗脱,使铜溶解,形成Cu(NH3)42-或Cu(NH3)2+而洗脱下来,这就使工艺复杂化,尤其是洗脱液的再生也不够简便。
(三)亚铁氰化物离子
Fe(CN)64-尽管在树脂上吸附量不大,但在用酸洗脱树脂上氰化物和锌时,会生成Zn2Fe(CN)6、Fe2Fe(CN)6、Cu2Fe(CN)6沉淀物,而使树脂呈深绿至棕黑色,影响树脂的再生效果,如果专门洗脱Fe(CN)64-,尽管效果好,可是,洗脱液再生等问题均使工艺变得更长,操作更复杂。
3、技术现状
根据国产强碱树脂的上述特点,提出二种工艺:一是用强碱性阴离子处理高、中浓度含氰废水,旨在去除废水中的Cu、Zn,废水不达标但由于Cu、Zn的大为减少而有宜于循环使用。二是用强碱性树脂处理不含SCN-或SCN-浓度100mg/L以下的废水,回收氰化物为主,处理后废水达标外排。例如,在金精矿烧渣为原料的氰化厂用离子交换法处理贫液。把离子交换法用于这两方面在技术和经济上估计比用酸化回收法优越。最好的办法是开发易洗脱再生的新型树脂,国外的许多开发新型树脂的报导介绍了吸附废水中Fe(CN)64-、而且较容易被洗脱下来的树脂,近年来,由于越来越重视三废的回收,使人们十分重视使用离子交换法处理废水使其达到排放标准同时使大多数氰化物得以回收并重新使用这类课题。
加拿大Witteck开发公司开发出的一种氰化物再循环工艺就是其中比较有代表性的一例,该公司为此成立了一个Cy-tech公司专门推销这种工艺装置。一份报导介绍,该工艺用于处理锌粉置换工艺产生的贫液,使用强碱性阴离子交换树脂吸附重金属氰化物,当流出液CN-超标时对树脂进行酸洗,使用硫酸自下而上通过树脂床即可使树脂上的重金属和氰化物被洗脱下来,其重金属以阳离子形式存在于洗脱液中,洗脱液用类似于酸化回收法的装置回收HCN,然后大部分洗脱液进行再生并重复用于洗脱。回收的NaCN用于氰化工段,少量洗脱液经过中和沉淀出重金属离子后外排。据称这种方法也可用于处理炭浆厂的尾浆,其工艺和树脂矿浆法十分类似。Cy-tech公司认为该工艺经改进后也可消除尾矿库排水中残余氰化物及其它重金属,该报导无详细数据、资料以及树脂的型号。
另一报导称,这项工艺的关键是在废水进入离子交换柱前,先完成一个化学反应(使游离CN-形成Zn(CN)42-),并在化学反应中应用一种催化剂,有关人士解释说,如果没有这个反应,废水就不得不通过若干个交换柱提出那些无用的分子,从而增加了系统的成本和复杂性。
采用一段顺流吸附装置处理效果是CN-<0.5mg/L、各种重金属的总和小于1mg/L,处理能力约720加仑/h,树脂量约36加仑。
该试验装置大约需要处理3500加仑废水才能使一个交换柱饱和,每隔一天对交换柱进行一次解吸,每月最大产渣量(重金属沉淀物)也可装入1只45加仑的桶中,其废水按所给数据估算重金属总含量不大于50mg/L,估计重金属绝大部分是锌粉置换产生的Zn(CN)42-,该工艺装置的投资与其它处理装置相当。能在一年多的时间里靠回收氰化物而收回全部投资,该工艺由Cy-tech公司开始转让。但无工业应用的详细报导。
我国对离子交换法处理氰化厂含氰废水的研究主要有两个目的,一是解决氰化—锌粉置换工艺产生贫液的全循环问题,即从贫液中除去铜和锌,为了达到较高的吸附容量,通常使用强碱性阴离子交换树脂, 当废水中铜、锌含量分别为140、100mg/L时,强碱树脂的工作吸附容量不小于15kg/m3和6.5kg/m3。饱和树脂经酸洗回收氰化物并能洗脱部分锌,然后用另一种洗脱剂洗脱铜,树脂即可再生,而铜的洗脱剂需经再生方可重复使用,由于工艺较长目前尚无工业应用。
含氰废水→过滤→离 子 交 换→(低浓度含氰废水)返回浸出或处理
↓
(饱和树脂)回收氰化物
↓ 再生树脂返回使用
洗脱重金属
重金属回收
图11-1离子交换法回收氰化物工艺
当然如果废水中铜和SCN-极低时,树脂的再生仅通过酸洗就
可完成,此条件下可保证离子交换工艺出水达标。无论是国内还是国外,其离子交换工艺原则流程大致相同,见图11-1。
4、离子交换法的特点
(一)优点:
1)当废水中CN-低于酸化回收法的经济效益下限时,采用离子交换法由于氰化物和贵金属具有较好的经济效益,其处理效果优于酸化法,当废水组成简单时可排放。
2)投资小于酸化回收法
3)与酸化回收法相比,该方法药耗、电耗小,金回收率高。
(二)缺点:
1)当废水中SCN-含量高时,洗脱困难,树脂的容量受到影响,处理效果变差,离子交换法的应用范围受SCN-很大影响。
2)在洗脱氰化物过程中,很难洗脱铜,故需专门的洗脱方法和步骤,使工艺复杂化。
3)在酸洗过程中,Fe(CN)64-会在树脂颗粒内形成重金属沉淀物而使树脂中毒。
4)对操作者的素质要求高。
三、吸附—回收法
前面已谈过,离子交换为化学吸附,吸附力较强,故解吸困难,解吸成本高。近来,国外开发了用吸附树脂、活性炭做吸附剂,从含氰矿浆或废水中回收铜和氰化物的技术,已完成了半工业试验。
1、吸附树脂吸附—回收法
西澳大利亚一炭浸厂对液相中铜、氰化钠浓度分别为85、158mg/L之氰尾进行了吸附─回收法半工业试验,采用法国地质科学研究所开发的V912吸附树脂,处理能力为10m3/d,处理后尾浆液相中游离氰化物(CN-)浓度小于0.5mg/L。饱和树脂分两级洗脱再返回使用,用金属洗脱剂洗重金属,用硫酸洗脱氰化物,洗脱液用与酸化回收法类似的方法回收氰化物。
试验表明,当铜浓度增加时,处理成本增加较大。
以半工业试验结果推算,建一座年处理能力100万吨的装置,在铜、氰化钠浓度分别为100、300mg/L条件下,设备费为250万加元。年回收铜122t,氰化钠377t,年洗脱树脂1700t次,洗脱每吨树脂的消耗如下(单位:t):
H2SO4攭NaOH Na2S 水 动力
0.5 0.453 0.048 17.5m3 12.3kwh
2、活性炭吸附—回收法
活性炭具有吸附废水中重金属和氰化物的特性,这早已人所共知,国外早在十年前就有金矿试验用来处理贫液中铜等杂质,使贫液全循环,但没能解决洗脱再生问题。
近年来,西澳大利亚一个炭浆厂完成了用洗性炭从浸出矿浆中回收铜和氰化物的半工业试验,采用加温解吸法选择性解吸铜,含铜解吸液在酸性条件下沉淀氰化铜,再把氰化铜用硫酸氧化为硫酸铜出售。酸性水中的HCN用碱性解吸液吸收再用于解吸工艺中。
铜是氰化过程增加氰化物耗量的一个较大因素,从浸出矿浆中回收铜和氰化物不但避免了铜对浸出的影响,提高了金的浸出率,而且减少了氰化物的消耗,具有一定的经济效益,这一技术在特定的条件下可用来做为贫液全循环工艺中的去除铜措施。
四、自然净化法
黄金氰化厂除少数收购金精矿进行提金然后把氰渣做硫精矿出售而不设尾矿库外,绝大部分矿山建有较大容量的尾矿库(池)。氰化厂废水在其内停留时间一般在1~3天,有个别尾矿库,废水可停留十天以上。由于曝气、光化学反应,共沉淀和生物作用,氰化物的浓度逐渐降低,这种靠尾矿库(池),降低氰化物含量的方法称为自然净化法。目前绝大部分氰化厂都把尾矿库自然净化法做为除氰的一种辅助手段,经废水处理装置处理后的废水再经尾矿库进行二级处理,排水氰含量进一步降低,由于这种方法没有处理成本问题(尾矿库的建设是为了沉降悬浮物和贮有尾矿),故对人们有很大的吸引力,甚至有些氰化厂建立了专门的自然净化池以期使自然净化法的处理效果更好,如何提高自然净化法的处理效果,把目前做为辅助处理方法的自然净化法单独用来处理含氰废水?这是一项很有意义的科研工作,许多科研人员都在深入研究这一课题。
1、自然净化法的特点
由于使用自然净化法的氰化厂不多,可靠的数据有限,其特点尚未充分暴露出来。
(一)优点
1)不使用药剂,处理成本低。
2)与其它方法配合,可做为一级处理方法也可做为二级处理方法,可灵活使用。
3)无二次污染。
(二)缺点
1)对尾矿库要求高,必须不渗漏,汇水面积要大。
2)受季节、气候影响大,在寒冷地区效果差。
2、自然净化法原理
已完成的研究表明,自然净化法至少是曝气、光化学反应、共沉淀和生物分解四种作用的叠加。自然,影响自然净化法效果的因素也就是上述四种作用之影响因素的叠加。
(一)曝气
含氰废水与大气接触,大气中的SO2、NOx、CO2就会被废吸收,使废崐水pH值下降。
CO2+OH-→HCO3-
SO2+OH攩-搅→HSO3-
随着废水pH值的下降,废水中的氰化物趋于形成HCN:
CN-+H+→HCN(aq)
亚铁氰化物会与重金属离子形成沉淀物这一反应促使重金属氰化物的解离,以Zn(CN)42-为例:
Zn(CN)42-+Fe(CN)64-+4H+→Zn2Fe(CN)6↓+4HCN(aq)
由于空气中HCN极微,废水中的HCN将倾向于全部逸入大气中,从动力学角度考虑,HCN的逸出速度受如下因素影响:
1)废水温度,废水温度高,HCN蒸气分压高,有利于HCN逸出,而且水温高,水的粘度小,液膜阻力减少。
2)风力,尾矿库上方风力大,水的扰动剧烈,气—液接触面积增大,酸性气体和HCN在气相扩散速度加快,水体内HCN的液相扩散也加快,酸性气体与水的反应加快。
3)尾矿库汇水特性
尾矿库汇水面积大,水层浅,使单位体积废水与空气接触表面增大,风力对水体的搅动效果增大,有利于HCN的逸出和酸性气体的吸收。
4)废水组成
废水中重金属含量高时,HCN的形成和逸出由于受络合物解离平衡的限制,速度明显变慢。
5)废水pH值
废水pH值低,有利于重金属氰络物的解离和HCN的形成。
HCN全部从水中逸出需要较长时间,其道理与酸化回收相似,在1m深的水层条件下,表层氰化物浓度为0.5mg/L时,底层氰化物浓度15mg/L,可见HCN逸出之难度。
在曝气过程中,空气中的氧不断地溶于废水中,其传质速率也受液相扩散阻力的影响,表层溶解氧浓度高,底部浓度低,溶解氧进入液相后,与氰化物发生氧化反应:
2Cu(CN)2-+0.5O2+3H2O+2H+→2Cu(OH)2↓+4HCN
2CN-+O2→2CNO-
CNO-+2H2O→CO32-+NH4+
含氰废水在尾矿库内,还会发生水解反应,生成甲酸铵,废水温度越高,反应速度越快:
HCN+H2O=HCO-ONH4
这些反应的总和就是曝气的效果,为了提高曝气效果,必须提高废水温度,废水与空气的接触表面积,增大水体的搅动程度,这样才能保证HCN迅速逸入空气而氧迅速溶解于废水中并和氰化物反应,曝气法受季节地域影响较大。
(二)光化学反应
废水中的各种氰化物在阳光紫外线的照射下,发生如下反应:
Fe(CN)64-+H2O→Fe(CN)53-·H2O+CN-
4Fe(CN)64-+O2+2H2O→4Fe(CN)63-+4OH-
4Fe(CN)64-+12H2O→4Fe(OH)3↓+12HCN+12CN-
亚铁氰化物和铁氰化物离子在光照下分解出游离氰化物,文献介绍在3~5小时的光照时间里,60%~70%的铁氰化物分解、80%~90%的亚铁氰化物分解。由于分解出的氰化物不会很快地被氧化,因而会造成水体氰化物含量增高,这就是地表水水质指标中要求用总氰浓度的原因之一。
分解出的游离氰化物不断地被氧化,水解以及逸入空气中,达到了降低废水中氰化物浓度的目的。
逸入空气中的HCN,在阳光紫外线作用下,与氧发生反应。
HCN+0.5O2→HCNO
夏季,反应时间约10分钟,冬季约1小时,从这点看,HCN的逸出不会影响大气的质量,许多焦化厂利用曝气法处理含氰废水,其氰化物挥发量比黄金行业多,而且大部分工厂位于城市,并未闻发生污染事故。
光化学反应与气温和光照强度有关,因此,夏季除氰效果远比冬季好。
(三)共沉淀作用
废水中亚铁氰化物还会形成Zn2Fe(CN)6、Pb2Fe(CN)6之类的沉淀,与Cu(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3、CaSO4等凝聚在一起,沉于水底从而达到了去除重金属和氰化物的效果,沉淀效果受pH值和废崐水组成的制约,pH值低时效果好。
(四)生物化学反应
当尾矿库废水氰化物浓度很低时,废水中的破坏氰化物的微生物将逐渐繁殖起来,并以氰化物为碳、氮源,把氰化物分解成碳酸盐和硝酸盐。
生物化学作用受废水组成和温度影响,如果氰化物浓度高达100mg/L,那么微生物就会中毒死亡,如果温度低于10℃,则微生物不能繁殖,生化反应也不能进行。
综上所述,自然净化法的效果受地理位置(南、北方、高原、平原)、天气(阴、晴、气温、风力)、尾矿库(汇水面积、水深、水流速度)微生物,废水组成(pH、氰化物浓度、重金属浓度)废水在尾矿库内停留时间等诸因素的影响。至崐于上述因素对曝气、光化学反应,共沉淀以及生化反应的影响程度,以及这四种除氰途径哪个作用大,目前尚无定量的数据可供参考。某研究所提出的氰化物自净数学模型如下:
C=C0e-kt
其中,k为常数,单位:小时;t为自然净化时间(小时),C、C0分别为某时某刻氰化物浓度和原始氰化物浓度。当温度在10~30℃范围内时,式中k值在0.005~0.01范围,由于k值仅反应了温度,没有反应其它众多的因素,故无多大应用价值。
正因为自然净化法受许多因素制约,其处理效果并不稳定,如果进入尾矿库的崐废水氰化物浓度低(<10mg/L)、废水在尾矿库停留时间长,排水有可能达标,大部分氰化厂把尾矿库做为二级处理设施。然而近年来,由于氰化物处理费用增高,一些氰化厂正探索用尾矿库做为氰化物的一级处理设施。
3、自然净化法的实践
某全泥氰化厂尾矿库建在较厚(2~5m),黄土层的沟内,废水无渗入地下水的可能,该地区干燥少雨,年蒸发水量大于降雨量,故尾矿库无排水,氰化物在尾矿库内自然净化,不再采用其它方法处理,节省了大量药剂、费用,降低了选矿成本。
某全泥氰化厂尾矿库不渗漏,含氰化物尾矿浆直接排入尾矿库,经自然净化再进行二级处理,使其达标排放,由于二级处理的是澄清水,而且氰化物浓度有较大的降低,故处理成本大幅度下降,处理效果好。
某浮选—氰化—锌粉置换工艺装置,其贫液用酸化回收法处理后,残氰在5~20mg/L经浮选废水(浆)稀释后,氰化物含量在0.5~2范围,进入尾矿库自然净化,外排水CN-<0.5mg/L。
某氰化厂采用酸化回收法处理贫液,其酸性废水含氰5~10mg/L,在2m深的废水池内,经20天的自然净化,氰化物降低到0.5mg/L。