廢水中重金屬與砷的同步去除技術(shù)與裝置開發(fā)
目前重金屬及含砷廢水的處理是世界性難題,缺乏有效的處理技術(shù),盡管生物法、電解法、混凝、吸附、反滲透技術(shù)等能達(dá)到一定的處理效果,但存在處理成本過(guò)高、能耗大 、操作困難、易產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題,難以被企業(yè)接受。本項(xiàng)目針對(duì)混合重金屬?gòu)U水處理成本高、出水難達(dá)標(biāo)的難題,基于納米鐵(nZVI)的核殼結(jié)構(gòu)理論,合成一種經(jīng)濟(jì)高效、協(xié)同去除廢水中多種金屬的高活性鐵基材料,即結(jié)構(gòu)態(tài)羥基活性亞鐵(SRF),具有大于傳統(tǒng)材料10000倍以上的比表面積和界面反應(yīng)活性,它具有納米鐵的反應(yīng)活性,但是克服了納米鐵昂貴的成本,對(duì)廢水中的重金屬離子具有高效網(wǎng)捕功能。但避免了表面鈍化、團(tuán)聚帶來(lái)的nZVI活性降低、顆粒增大、反應(yīng)效率低的問(wèn)題。SRF是無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染的綠色試劑,通過(guò)吸附、還原、共沉淀的方法去同步除水中的重金屬離子和砷,而且適用pH范圍廣,產(chǎn)泥量少,成本低。能廣泛適用于各類重金屬工業(yè)廢水處理(如冶金、電鍍、化工、電路板、皮革等行業(yè)產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水),并有利于實(shí)現(xiàn)金屬資源化利用,具有較好的市場(chǎng)前景。 課題組相繼承擔(dān)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目(863計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、國(guó)家科技支撐計(jì)劃2項(xiàng))和省部級(jí)項(xiàng)目(上海市、教育部、江蘇省)二十余項(xiàng),并獲得上海市技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)一項(xiàng),上海市技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)一項(xiàng),中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)一項(xiàng)。目前擁有難降解工業(yè)廢水處理處理及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)明專利十多項(xiàng)。課題組目前主要研究難降解工業(yè)廢水深度處理相關(guān)課題,在金屬?gòu)U水處理方面,已承擔(dān)自然科學(xué)基金項(xiàng)目“納米鐵殼層物種反應(yīng)活性及原位礦物轉(zhuǎn)化同步除砷機(jī)制”。 市場(chǎng)前景: 近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,工業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯改善,工業(yè)生產(chǎn)工藝、污染治理水平?jīng)]有有效提高,全國(guó)涉重金屬重點(diǎn)行業(yè)產(chǎn)能產(chǎn)量持續(xù)增加,重金屬污染物排放量(鉛除外)仍在增加,一些污染物排放量增幅還很大(汞增幅為26%)。我國(guó)重金屬污染較為嚴(yán)重,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一是重金屬污染物產(chǎn)生和排放量大,根據(jù)第一次全國(guó)污染源普查結(jié)果,2007年全國(guó)廢水中鉛、汞、鎘、鉻、砷等五種重金屬產(chǎn)生量為2.54萬(wàn)噸,排放量近900(897.3)噸。大氣中上述五種重金屬污染物排放量約9500噸。列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄中含上述五種重金屬的危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量為1690萬(wàn)噸。再一個(gè)是重金屬污染的危害是影響較為突出,重金屬土壤污染會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物中重金屬超標(biāo),從而影響人體健康;一些地方由于重金屬的大氣污染或水污染導(dǎo)致人體健康受到損害或威脅,對(duì)群眾健康造成了嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì),在2011年1到8月,全國(guó)發(fā)生了11起重金屬污染事件,對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的影響范圍之廣、對(duì)民眾生命健康的危害之大,引發(fā)了社會(huì)的高度關(guān)注。 環(huán)境污染事故的發(fā)生也多為工業(yè)污水事故,為了有效地改善水質(zhì),中國(guó)每年用于水資源保護(hù)項(xiàng)目的資金近千億元。傳統(tǒng)的水處理工藝很難滿足水處理方面的要求,新興的污水深度處理技術(shù)在價(jià)格與處理效率上存在一定的缺陷,開發(fā)成熟廉價(jià)的污水處理技術(shù)及其配套產(chǎn)業(yè)設(shè)備等具有廣闊的商業(yè)市場(chǎng)。目前市場(chǎng)上存在多種應(yīng)用于工業(yè)金屬?gòu)U水處理的技術(shù)手段,深度處理技術(shù)種類多,沒(méi)有形成一種主導(dǎo)的技術(shù)手段,所以廢水深度處理領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。而且,重金屬?gòu)U水處理系統(tǒng)工藝復(fù)雜,運(yùn)營(yíng)成本高,廢水中重金屬含量超標(biāo),不能達(dá)標(biāo)排放,排到環(huán)境中污染土壤和水源,有價(jià)值的金屬白白流失,難以回收,廢水處理產(chǎn)生的重金屬污泥成為危險(xiǎn)廢棄物,處置要求嚴(yán)格花費(fèi)高。因此,開發(fā)技術(shù)成熟、成本低廉的金屬?gòu)U水處理技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用市場(chǎng),且市場(chǎng)需求大,進(jìn)駐門檻低。本項(xiàng)目研發(fā)的多羥基亞鐵材料技術(shù),具有技術(shù)成熟,投資、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì),高效處理重金屬以及含砷廢水,廣泛適用于各類重金屬工業(yè)廢水處理,回收重金屬,實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)與清潔生產(chǎn),在重金屬?gòu)U水深度處理領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
同濟(jì)大學(xué)
2021-04-11