电池生产废水的处理方法

Posted 2023-01-15 生产废水

篇首语：学向勤中得，萤窗万卷书。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了电池生产废水的处理方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

电池生产中的废水主要来源有电池生产线清洗浆料的废水；调配浆料中洒漏的药剂废水；清洗生产地面的废水。电池生产中的废水含有大量的Zn2+， Mn2+， Hg2+等重金属离子，不加治理排放，将对环境造成污染。针对电池生产工业废水，治理方法有：

化学沉淀法

化学沉淀法是向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法。
　　
由于化学法普遍要加入大量的化学药剂，并成为沉淀物的形式沉淀出来。这就决定了化学法处理后会存在大量的二次污染，如大量废渣的产生，而这些废渣的处理目前尚无较好的处理处置方法，所以对其在工程上的应用和以后的可持续发展都存在巨大的负面作用。

在一个有多种离子的溶液中，如果其中两种离子A+、B—能化合成难溶化合物AB，则可能出现以下3种情况之一：①[A+][B-]<KAB；②[A+][B-]＝KAB；③[A+][B-]>KAB。当[A+][B-]<KAB时，必有难溶化合物AB从溶液中沉淀析出，不论[A+]和[B-]来自哪些化合物。
　　
废水中有很多种离子都可以采用以上的原理从水中沉淀去除，工业废水中常见的危害性很大的一些重金属(如Hg、Zn、Cd、Pb、Cu等)离子和某些非金属(如As、F等)都可采用化学沉淀法去除。
　　
化学沉淀法的工艺流程和设备与化学混凝法相类似，包括：①化学药剂(沉淀剂)的配制和投加设备；②混合反应装置，③使沉淀物与水分离的设备(沉淀池或气浮池等)。
　　
根据使用的沉淀剂的不同，化学沉淀法可分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和钡盐沉淀法等，沉淀剂的用量一般不超过理论用量的20%～50%。

微滤法

微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐抱子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。
　　
基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。透过纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径，来截留水中的微粒、细菌等，使其不能通过滤膜而被去除。
　　
决定膜的分离效果的是膜的物理结构，孔的形状和大小。
　　
微孔膜的规格目前有十多种，孔径范围为0.1～75μm，膜厚120～150µm。
　　
膜的种类有：混合纤维酯微孔滤膜；硝酸纤维素滤膜；聚偏氟乙烯滤膜；醋酸纤维素滤膜；再生纤维素滤膜；聚酰胺滤膜；聚四氟乙烯滤膜以及聚氯乙烯滤膜等。
　　
微滤技术常用于电子工业、半导体、大规模集成电路生产中使用的高纯水等的进一步过滤。

微滤法是利用多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定大小的杂质颗粒。在压力驱动下，溶液中水、有机低分子、无机离子等尺寸小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧，溶液中菌体、胶体、颗粒物、有机大分子等大尺寸物质则不能透过纤维壁而被截留，从而达到筛分溶液中不同组分的目的。该过程为常温操作，无相态变化，不产生二次污染。

微滤也是利用微滤膜的筛分机理，在压力驱动下，截留直径在0.1～1μm之间的颗粒，如悬浮物、细菌、部分病毒及大尺寸胶体，多用于给水预处理系统。

电解法

电解法的原理是重金属离子在阴极表面得到电子而被还原为金属。电解法处理废水一般无需加入很多化学药品，后处理简单、占地面积小、管理方便、污泥量小，所以被称为清洁处理法。而且这种方法可直接得到纯金属。但简单的单阴/阳极体系，阴极电流效率低，沉积速度慢，尤其是对于Pb2+，由于其标准电极电位为-0.126 V(vs.SCE)，在稀溶液中电解时，因浓差极化而使铅的析出电位变得更负，在电解过程中有大量氢气析出，而使其电流效率不高，并且难于实现深度净化，因此对其进行研究难度较大。

三维电解的提出是电解法的革新。三维电极电解法通过增大电极表面积实现低电流密度下电解，减小了浓差极化，从而提高了电流效率。目前使用三维电极电解处理废水中的Cu2+已经取得了较好的效果，并已应用于实践中。国内对于三维电极电解Pb2+的研究还未见报道，但在国外已经取得一定进展。R.C.Widener等使用网状玻璃炭电极对酸性含铅废水进行了研究，在-0.8 V(vs.SCE)的电位下，使用0.5 mol/L硼酸作缓冲溶液，分别研究了阴极孔隙率和流速的影响，得出最佳条件是阴极孔隙率80 ppi，流速240L/h。可使初始浓度为50 mg/L的含铅废水降至0.1mg/L，电流效率还可达到14%。可见对于铅离子的电解并不像人们早期所认识的无法实现深度净化。

另外，C. Ponce De Leon等研究了Cl-、NO-3、SO2-4等阴离子对电解铅的影响，发现在NO-3介质中，Pb2+最容易被还原。

笔者目前正在从事低浓度含铅废水深度净化的研究，使用零极距单膜电解装置，找到了一种有效且价廉的三维电极材料———泡沫铜，并首次应用脉冲电源对含铅废水进行电解，取得了令人满意的效果。

在实验中以泡沫铜为阴极材料，石墨为阳极材料，使用0.5 mol/L硼酸作为缓冲溶液，分别使用普流直流电源和脉冲电源对低浓度含铅废水进行了电解研究，发现采用脉冲电源进行电解有效地减少了浓差极化，从而大大提高了电流效率。得到的最佳实验条件为流速40 L/h、脉冲频率1000 Hz、占空比20、峰流4.8 A，在此条件下，对初始浓度为100 mg/L的含铅废水，处理后可降到1 mg/L左右，电流效率可达20%。

使用电解法处理电池生产含铅废水难度较大，但从国外的研究可以看出，电解法处理含铅废水是一种很有潜力的方法，国内应引起重视并开展研究。

电渗析法

电渗析法（electrodialysis【ED】）指的是在外加直流电场的作用下，利用阴离子交换膜和阳离子交换膜的选择透过性，使一部分离子透过离子交换膜而迁移到另一部分水中，从而使一部分水淡化而另一部分水浓缩的过程。

电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当原水进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来；网膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来。结果佼这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡水。而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水。从而使离子得到了分离和浓缩，水便得到了净化。

电渗析和离子交换相比，有以下异同点：

(1)分离离子的工作介质虽均为离子交换树脂，但前者是呈片状的薄膜，后者则为圆球形的颗粒；

(2)从作用机理来说，离子交换属于离子转移置换，离子交换树脂在过程中发生离子交换反应。而电渗析属于离子截留置换，离子交换膜在过程中起离子选择透过和截阻作用。所以更精确地说，应该把离子交换膜称为离子选择性透过膜；

(3)电渗析的工作介质不需要再生，但消耗电能；而离子交换的工作介质必须再生，但不消耗电能。电渗析法处理废水的特点是；不需要消耗化学药品，设备简单，操作方便。

活性污泥法

活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。

activatedsludgeprocess污水生物处理的一种方法。该法是在人工充氧条件下，对污水和各种微生物群体进行连续混合培养，形成活性污泥。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物。然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。

影响活性污泥过程工作效率(处理效率和经济效益)的主要因素是处理方法的选择与曝气池和沉淀池的设计及运行。

流程和原理

典型的活性污泥法是由曝气池、沉淀池、污泥回流系统和剩余污泥排除系统组成。
污水和回流的活性污泥一起进入曝气池形成混合液。从空气压缩机站送来的压缩空气，通过铺设在曝气池底部的空气扩散装置，以细小气泡的形式进入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，还使混合液处于剧烈搅动的状态，形悬浮状态。溶解氧、活性污泥与污水互相混合、充分接触，使活性污泥反应得以正常进行。

第一阶段，污水中的有机污染物被活性污泥颗粒吸附在菌胶团的表面上，这是由于其巨大的比表面积和多糖类黏性物质。同时一些大分子有机物在细菌胞外酶作用下分解为小分子有机物。

第二阶段，微生物在氧气充足的条件下，吸收这些有机物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供给自身的增殖繁衍。活性污泥反应进行的结果，污水中有机污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增长，污水则得以净化处理。

经过活性污泥净化作用后的混合液进入二次沉淀池，混合液中悬浮的活性污泥和其他固体物质在这里沉淀下来与水分离，澄清后的污水作为处理水排出系统。经过沉淀浓缩的污泥从沉淀池底部排出，其中大部分作为接种污泥回流至曝气池，以保证曝气池内的悬浮固体浓度和微生物浓度；增殖的微生物从系统中排出，称为“剩余污泥”。事实上，污染物很大程度上从污水中转移到了这些剩余污泥中。

活性污泥法的原理形象说法：微生物“吃掉”了污水中的有机物，这样污水变成了干净的水。它本质上与自然界水体自净过程相似，只是经过人工强化，污水净化的效果更好。

离子交换法

离子交换法是利用离子交换剂分离废水中有害物质的方法，应用的离子交换剂有离子交换树脂、沸石等。离子交换是靠交换剂自身所带的能自由移动的离子与被处理的溶液中的离子通过离子交换来实现的。推动离子交换的动力是离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力。

太原车辆段蓄电池车间已将离子交换法应用于实际含铅废水的处理中，处理后的含铅废水可以达到国家排放标准，并通过使用NH4COOH为再生剂，实现了资源回用。杨明德等用环氧型弱碱性离子交换树脂对深度除铅进行了研究，处理后铅的浓度可低达0.2 mg/L。张宝文等使用两性螯合离子交换纤维对铅的吸附性能研究发现，当固液相比为1∶100时Pb2+的去除率几乎是100%。此外，王永江等研究了氨基磷酸树脂对铅的吸附性能，发现其吸附容量大，易再生，可望成为一种废水处理及回收铅的有效新途径。

除了应用交换树脂外，曹伟等对使用天然矿物沸石来与铅进行离子交换进行了研究。结果表明:pH值在5—10之间除铅效果最好，而且，处理剂用量越大、细度越细、处理时间越长，铅的去除率越高。

离子交换法处理铅离子是较为理想的方法之一，不但占地面积小、管理方便、铅离子脱除率很高，而且处理得当可使再生液作为资源回收，不会对环境造成二次污染。缺点是离子交换法的一次性投资比较大，且再生问题也存在一定的困难。国内外都在积极开展再生液的资源化技术研究，这也是离子交换技术的发展趋势。

液膜法

乳状液膜技术是20世纪60年代末开发的新型分离技术。1987年，奥地利的Draxler等科学家采用液膜法，从粘胶废液中成功地回收了锌，液膜分离技术才进入实际应用阶段。

梁舒萍等用煤油-柠檬酸乳状液膜体系，对含铅100 mg/L的水样处理后，铅去除率可达94%;而Biehl等和Christensen等采用了二苯并-18-冠-6(王冠醚)作为萃取载体，具有较高的选择性及提取率，但是这种载体价格较为昂贵，很难应用到工业过程中去。魏振枢等选择磷酸三丁酯(TBP)作为萃取载体，Span 80、LI13B作为乳化剂，对铅浓度为6.04×10-4mol/L的废水溶液进行优化处理，铅浓度可降至6.14×16-6mol/L，萃取率达99%以上。

另有文献报道，在室温下，使用十二烷基苯磺酰胺喹啉在pH=7.9时，可近乎完全萃取铅离子，单级萃取率可达98%。此外，以Span 80-煤油-液体石蜡-NaOH液膜体系分离水中的铅，初始浓度为50mg/L的铅溶液，经处理后铅浓度可降至1 mg/L以下。

乳化液膜具有选择性专一、传质通量大及流动性好等特点，使之适于含铅离子的工业废水的连续处理。液膜法处理含铅离子废水，既净化了水质，又富集回收了金属离子，起到双重功效。但由于液膜技术难度大，用于制备乳化液膜的表面活性剂品种少、性能差、破乳技术不过关等，都阻碍了该法的工业化。目前，国内已对含铅废水的液膜处理方法进行了研究，但普遍停留在实验室阶段。今后在加强表面活性剂的开发工作中，应尽量不局限于模拟水而与工业废水接轨，使液膜技术真正应用到铅的工业废水的处理中。

生物吸附法

凡具有从溶液中分离金属能力的生物体或其衍生物都称为生物吸附剂。生物吸附剂主要是菌类、淀粉、纤维以及藻类等。生物吸附又可分为死体吸附和活体吸附，其中生物死体表现出和金属更强的结合性，死体细胞也有无需供应细胞生长的营养及不受环境的影响等优点，因此，生物死体吸附目前将更引起人们的重视。

对于生物吸附法处理含铅废水，国内外都有较多研究，但国内普遍处于实验室阶段。赵玲等用海洋赤潮生物原甲藻的活体和死体对Pb2+及其他离子的吸附能力进行研究，实验证明，金属离子混合液原甲藻吸附30 min后，各离子的浓度显著下降且达到平衡，藻类对Pb2+的富集作用最大，对Zn2+，Cd2+富集作用较小。莫键伟等用绿藻对Pb2+的吸附能力进行了研究，发现绿藻对Pb2+吸附也具有显著的效果。另有资料表明，用丝状真菌干粉处理含Pb2+的工业废水，在pH=7时，可除去98%的铅。张志杰等采用复合的水生生态系统对含铅等金属离子的废水进行了研究，系统内的细菌、藻类、原生动物、水生植物如凤眼莲或鱼类，在污染物的净化中起着不同的作用，协同完成对污染物的吸收积累、分解和净化作用。杨越冬等对脱乙酰甲壳质进行了研究，发现其吸附Pb2+容量大，且不吸附天然水中的Na+、Cl-等离子，不影响天然水的本底浓度，是污水处理的理想材料。使用生物材料处理和回收含铅废水的技术是既简单又经济的治理方法，已经引起了人们的重视。

生物材料对重金属天然的亲和力，可用以净化浓度范围较广的铅离子废水以及混合的金属离子废水。其优点有:受pH值影响小；不使用化学试剂；污泥量极少；无二次污染；排放水可回用；菌泥中金属可回收且菌泥可用作肥料。生物吸附法将是废水深度处理常用的方法。