《誘導結晶工藝機理及其處理混合重金屬廢水研究》是依託清華大學，由陳堅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：誘導結晶工藝機理及其處理混合重金屬廢水研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：陳堅
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面對重金屬污染日益嚴峻的形勢，誘導結晶工藝因效率高、不產生二次污染、結晶產物易於回收利用，而受到廣泛關注。隨著污染態勢的日趨複雜，誘導結晶工藝的適用性受到局限。本研究擬通過對不同沉澱體系中，不同條件下，誘導結晶過程的考察以及結晶產物的組成分析，揭示環境條件與誘導晶體結構組成、晶貌晶習的密切聯繫，為工藝參數的合理最佳化，結晶產物的有效回收提供依據；通過考察不同的成核方式下誘導晶體的形成，揭示不同成核方式對晶體生長發育的影響，豐富誘導結晶理論，為反應器的高效穩定運行奠定基礎。結合對誘導結晶機理的認識，及流化床反應器中不同重金屬誘導晶體形成條件的差異研究，闡明條件控制與選擇結晶的相關關係，利用多級流化床反應器，實現混合重金屬污廢水的順序結晶。為重金屬無害化、資源化處置奠定基礎。
結題摘要
隨著我國社會經濟的快速發展，對資源的需求不斷增加，礦山開採、金屬冶煉以及金屬加工等相關行業的迅速擴張，重金屬污染問題日益凸顯。近年來，以誘導結晶為基礎的處置技術將無害化與資源化結合，一方面通過結晶過程完成重金屬污染物轉移去除；另一方面將生長後含重金屬的晶種進行回收利用實現污染的資源化處置，大幅降低處理成本。該技術契合可持續發展的大戰略，成為國際上的研究熱點。本研究通過對碳酸鹽、硫化物沉澱體系誘導結晶過程的進行深入研究，對不同結晶系統過飽和指數進行估算，為準確評估過飽和度對結晶系統的影響,以及判斷結晶體系的成核方式提供依據；通過不同誘導條件下,系統去除效率，微晶產率以及結晶產物類型特徵相關關係的研究, 識別影響結晶系統高效運行的限制性因素；通過CSTR反應器中結晶過程的對比研究，進一步認識不同成核方式下的誘導結晶過程。研究發現, 以流化床為基礎的誘導結晶過程, 在本實驗條件範圍內，銅-碳酸鹽、銅-硫化物結晶系統均以均相成核過程為主，系統產生的大量微晶可以快速聚集生長在晶種表面，高過飽和體系依然可以實現反應器的高效去除。研究進步一顯示，不同的誘導條件對結晶系統的影響存在差異，碳酸鹽系統比硫化物系統更依賴於系統pH的變化，高pH條件下，以鹼式碳酸銅結晶為主導的碳酸鹽結晶系統將向氫氧化銅，碳酸鈣，碳酸鎂等的共結晶過程轉變，導致出水中微晶大量流出，影響系統穩定運行；高進藥（1:3.6）比條件下，結晶產物微觀成小球狀，巨觀上表現為菜花狀，其機械強度低，易於破碎脫落，同樣將導致系統運行效率大幅下降; 高濃度條件下, 系統實現了高效去除, 500 mg /L的含銅廢水, 其去除率可達95%以上，誘導晶種表面緻密，平滑，誘導晶體緊密堆積形成放射性簇狀，自發成核的晶體有效生長，實現二次成核。研究同時利用CSTR反應器對不同成核過程進行了對比研究，結果顯示, 均相成核過程受制於微晶與玻片間傳質效率，其在玻片表面的結晶速率較低，形成的結晶產物鹼式碳酸銅為顆粒狀,尺寸在200-300nm之間, 而非均相成核體系下, 結晶速率可提高3倍, 誘導玻片上形成鹼式碳酸銅結晶產物，呈現出明顯蒲公英狀，晶體尺寸達到了十幾個微米以上。 根據結晶機制的研究結果，繼續進行了混合離子體系的分離去除研究。通過兩級FBR反應器串聯，pH等條件控制，實現銅、鋅離子的分離去除。
