论文摘要
我国存在严重的水资源危机，尤其是重金属质量型缺水。重金属废水排放一方面造成资源浪费，另一方面影响居民的饮用水安全，其治理一直是世界环保领域的重大课题。目前，有色行业重金属废水的排放已成为饮用水源最大的安全隐患之一，开展有色重金属废水处理与循环利用技术研究对解决水资源危机、促进有色行业的可持续发展具有重要意义。基于有色行业重金属废水的特点与重复利用，结合实际生产过程，提出了“石灰中和—配合—回流”新工艺。采用该工艺技术处理有色重金属废水可解决传统石灰法处理在高pH值时才能达标排放的技术瓶颈，实现控制pH值为8.5左右达标排放的目标，且净化水中钙离子浓度下降到400mg／L左右。开发了具有很强絮凝作用的新型水处理活性因子PMB，中和渣的回流比控制在5％以下即可满足水处理过程对回流渣量的要求，浓缩后渣的含水率平均为77.29％，比传统石灰中和渣的含水率（97.98％）下降了20.69％。新工艺得到的渣中金属含量由原来的25％-27％提高到31％-33％，有利于重金属的回收。新工艺经4个月的稳定运行，出水重金属锌、铅、铜、镉、砷离子及pH值均达到了国家《污水综合排放标准》（GB8978-1996）。依据构效关系、协同效应设计开发了阻垢缓蚀性能达到相关优级标准的YJ水质稳定剂。采用静态快速阻垢实验、动态阻垢实验研究了所开发的水质稳定剂的阻垢性能，采用SEM、XRD等现代测试手段对垢层进行物相结构及显微分析，以探讨水质稳定剂阻止或延缓碳酸钙、硫酸钙垢生成的机理。水质稳定剂吸附在生成的碳酸钙、硫酸钙等晶体的晶面或晶格点上，使晶体在生长过程中受到阻碍或产生畸变，破坏其成垢过程而达到阻垢缓蚀的目的。现场中试研究表明，向系统中投加YJ水质稳定剂后循环水的结垢与腐蚀趋势明显减弱，回用水的动态污垢热阻小于1×10-4m2·h·c／kcal，污垢附着速度小于15mg／cm2·mon，废水的各项指标可满足循环用水指标的要求。采用电化学极化、Tafel曲线及交流阻抗法、恒电势法等研究了净化水回用对电解锌的影响。水质稳定剂吸附在电极／溶液界面从而增大金属锌离子还原过程的电化学极化，起到了细化晶粒，平滑锌沉积层的作用。水质稳定剂在一定程度上抑制了阴极副反应（析氢）的进行，有利于提高电解锌的电流效率。针对石灰中和净化水的深度净化问题研制了新型生物制剂B，提出并开发了“生物吸附—脱钙”深度处理新工艺。以城市生活污水厂的剩余活性污泥为主体，根据石灰中和净化水中金属离子的特性，通过添加调整因子H对其进行改性、调整，使其富含高效特异功能菌群，制得生物制剂B。优化了生物制剂B处理重金属废水的工艺条件，复配了深度净化-可控脱钙的生物制剂B和碳酸钠体系。生物制剂B对低浓度的铜、锌、镉离子具有较好的吸附能力，去除率分别达到96.47％，80％，90％，对铜离子表现出优先吸附。优化了生物制剂B脱除低浓度重金属离子及K2CO3废液和Na2CO3废液深度脱钙的扩试工艺条件，并进行了连续试验，深度净化水后出水重金属铜、铅、锌、镉、砷、镉离子浓度完全达到了《生活饮用水水源水质标准》（CJ3020—93），可实现100％回用或“零排放”。32m3／h石灰中和净化水深度处理的运行费用0.84元／m3，1000m3／h石灰中和净化水深度处理的运行费用0.53元／m3。建立了生物制剂B对重金属离子的吸附模型。在单一重金属体系中，生物制剂B对铜、锌、镉三种重金属离子的吸附符合Freundlich模型。采用Zeta电势表征了渣的沉降过程，生物制剂B和K2CO3废液体系处理石灰中和净化水时，加入PAM有助于渣的沉降，而生物制剂B和Na2CO3废液体系则无需加入PAM亦具同样好的沉降效果。采用XRD、m等现代测试手段分析了生物制剂B处理重金属离子及深度脱钙的机理。在废水中分别投加两种废液后沉降的主要晶体物质都是CaCO3，生物制剂B中存在有—C=O、—NH2、C=C或苯环双健，CH3—、CH2—及-C-O-键，由于吸附重金属离子以及废水碱性环境的作用，吸收峰强度和峰的位置发生了变化，表明生物制剂自身或其代谢产物可能与废水中的金属离子、钙离子发生了吸附、配合、沉淀或离子交换等作用。
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