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返回我国是一个水资源短缺的国家,其水资源已经不可避免地影响到国家的生存和稳定。我国当前废水排放量的 60%左右均是由冶炼企业排放的重金属废水,一方面废水中含有的重 金属没有完全去除,造就资源的浪费,另一方面重金属由于是一 种永久性的污染物,持久性污染、危害性大、已经严重威胁到居 民的正常生活安全和质量。因此,对重金属废水的处理已经成为当前世界环保领域的重大课题。
1 重金属废水处理技术
1.1 物理化学法。当前使用的物理化学法有离子交换法、 吸附法、萃取法、反渗透及电渗析法,本论文对其应用较多的是吸附法、离子交换法及反渗透及电渗析法。
1.2 吸附法。吸附法是利用带有一定特殊基团的吸附剂对 废水中含有的重金属进行吸附,从而达到去除金属的作用。从已经研究和实际应用中,常用的吸附剂是活性炭。活性 炭是一种球体的吸附剂,比表面积大,吸附容量比较大,但由于其价格高,再生和操作较为频繁,在一定程度上限制了其应用。 因而,很多学者都转向其他吸附剂上进行研究。周利民等将麦麸作为天然的吸附剂,对水溶液中的重金属离子进行去除前后的对比,麦麸由于含有大量的纤维素及蛋白质等物质,从而拥有大量的功能基团,可对重金属进行吸附或络合等作用。实验表明麦麸在 10 分钟内达到吸附平衡,其对汞、铅、镉、铜、铬及镍的吸附容量分别为 70 mg/g、63 mg/g、21 mg/g、15 mg/g、9.3 mg/g 及 13 mg/g,对这些重金属离子均有良好的选择吸附性。此外,橄榄 叶、白杨木材锯末经过研磨后也对含汞、铅铜、锌和镉的电镀废 水均有良好的吸附性能。
1.3 离子交换法。离子交换法也是一种通过对固体物质上 对重金属进行离子交换,从而将废水中有害物质进行去除。采 用大孔型阴离子交换树脂对电镀废水中铬的氧化物进行处理, 其处理后的废水能够进行循环使用;采用氢型强碱性大孔阴离 子树脂对含汞废水中的二价汞进行离子交换后,经过中和处理 后能够满足排放标准。该方法去除率较高,但受交换剂品种、性 能、成本等因素影响,同时对进入离子交换前的预处理有较高的 要求。结合实际运行过程中,该方法常作为工艺处理中一道不 可或缺的处理方法。
1.4 反渗透法和电渗析法。这是一种膜渗透分离重金属的 方法。反渗透法和电渗析法在重金属废水处理中均有大规模的应用,其截留的机理主要是筛分机制和静电排斥,重金属离子的截留效果与重金属离子的价态有着密不可分的关系。黄万抚等对位于福建沿海山区的紫金山矿场废水进行处理,在经过简单的预处理后,对其进行反渗透处理。经过处理后的净化水中的二价铜离子浓度均小于 0.5 mg/L,从而使其废水得以净化,处理效果较明显。
1.5 化学法。化学沉淀法是重金属废水处理方式中常用的方法。其主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法、 钡盐沉淀法、氧化还原法、气浮法及电解法等。
中和沉淀法是通过投加中和型的药剂,使其废水中的重金属离子与之结合后能够形成氢氧化物或碳酸盐类物质,该类物 质溶解度均较小,有利于重金属物质的沉降。该方法形成的沉渣量较大,容易造成二次污染,因而限制了其广泛应用;硫化物 沉淀法是通过在重金属废水中投加硫化钠、硫化氢等硫化剂等物质,使其重金属与硫结合后形成硫化物沉淀析出。该方法由于其硫化剂有毒,价格高,容易处理不当时造成二次污染,需处 理效果与投加药剂的剂量及运行控制均有关系;同样道理,铁氧 体沉淀法、钡盐沉淀法等方法也是通过与重金属形成的铁氧体 晶体、钡类沉淀物等方式,对其重金属进行化学沉降的方法来去 除重金属。
气浮法则是通过先将废水中的重金属离子析出,在表面活性物质的作用下,使重金属析出物疏水,通过黏附到上升的气泡表面,从而得以去除。通常有吸附胶体、沉淀气浮、泡沫气浮、离 子气浮等方法。气浮法虽对重金属去除有独特的作用,但是在浮渣和净化水回用方面仍不能妥善得以解决。
氧化还原法是在废水处理过程中通过加入还原剂,将重金属价态进行还原,然后进行沉淀的方式。如:废水中含有 Cr6+,在 酸性条件下加入还原剂,沉淀反应前将 Cr6+还原为 Cr3+,然后再进行沉淀。该方法产生的化学污泥量小,效果较好,但是处理成本 较高。
电解法是利用电化学的原理来进行处理废水,重金属离子 在阴极表面得到电子而被还原为金属。通常该方法不需要加入很多的药剂,占地面积小,同时可以得到纯金属。王健康等在 使用电解法对含铅废水处理,得出在 Pb2+在 100 mg/L 时再生效果 好,常作为电解的终点。
市面上出现的金属捕捉剂通过与重金属离子进行结合后, 生成稳定且难溶于水的金属螯合物。徐颖等用 PEI 处理多种 重金属的废水,结果表明对铅、镉、铜及汞离子的去除率均能达 到 99%以上,且不受 pH、共存离子的影响。
1.6 生物法。由于物理化学法和化学法对药剂、设备等种 种要求,指标容易波动、运行成本较高等原因,而生物法在重金 属去除方面又有相当强的富集和吸附能力,越来越成为未来研 究和发展的方向。微生物与重金属的作用主要包括生物体对金属的自然吸附、代谢产物对金属的沉淀作用、生物体内的蛋白与金属的结合以及重金属在生物体内酶的作用下的转化,从而对废水中的重金属进行有效的去除。这些微生物以藻类、真菌、细 菌等为代表,来源丰富,成本较低、吸附速度较快,同时无毒无 害、无二次污染。生物法主要包括生物吸附法、生物沉淀法以 及固定化生物法,以微生物与重金属结合的方式来去除废水中的重金属。生物吸附法是通过微生物吸附金属,金属离子与其 发生配位、螯合、离子交换、物理吸附及微沉淀等作用,然后金属运送至细胞内;生物沉淀法是利用微生物新陈代谢产物使重金属离子进行沉淀固定的方法。当前发展较快的是硫酸盐还原菌在厌氧条件下产生的硫化氢和废水中的重金属进行反应生成硫化物沉淀,其重金属的去除率较高;固定化生物法处理废水具有 生物量高、处理效率高、占地面积小等优点。国外 Iqbal 等通过将黄孢原毛平革菌与丝瓜瓤固定在一起,对实验室配置的废水 中的铅、铜及锌离子进行吸附,在 pH 为 6.0,吸附1h 后,三种重金属的去除率能分别达到 88.2%、68.7%和 39.6%。张利等利用发酵工业废弃的黑根霉菌吸附铅离子,在 pH 范围为 3.0-6.5 之间吸附能力强。涂勇等将活性污泥固定化后对重金属离子进行吸附研究,其 pH 和底物浓度对吸附性能有较大的影响, 而与温度影响却不大。
2 重金属废水处理技术展望
重金属废水是个复杂的混合体系,采用以前的单一处理方法已经较难满足处理要求,与此同时,日益增加的处理成本及严格的指标要求,人们越来越多的将其采用综合组合工艺,扬长补短,低耗地去除废水中重金属离子,同时满足废水的回用和重金属的回收。相信伴随着技术不断地发展和成熟,能够合理稳定地处理重金属废水。
