（环境工程专业论文）离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究.pdf

博士论文 离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究 摘要 起爆药在我国的军工领域中发挥着重要的作用，相当一部分起爆药为有机或无机酸 的重金属盐，在起爆药的生产过程中将会产生重金属废水。重金属废水是对生态环境和 人类健康危害最大的工业废水之一，随着我国的工业化不断深入，重金属废水所带来的 污染日趋严重，直接威胁到人民的身心健康。近几年来，我国的重金属废水污染事 件频繁发生，再次给我们敲响了警钟。k d 复盐起爆药为我国自主知识产权产品，国外 并没有对该废水问题进行研究报道。现在针对k - d 复盐起爆药重金属废水的处理工艺 虽然能使出水达到国家相应的排放标准，但是处理工艺选择性差，有可能造成二次污染， 并不是最佳的选择。由于重金属废水污染的严重性，其所带来的环境污染问题也得到越 来越多的重视，加之当今不可再生资源短缺，因此，研发出更加环保有效的起爆药生产 废水处理技术以及新型离子交换树脂不仅可以有效的治理重金属废水、保护环境，同时 可以减轻企业的经济负担。相比于其他常规的重金属废水处理方法和吸附剂，离子 交换树脂吸附法具有处理效率高、操作简便、成本低等优点而受到广泛的关注。 本文在此基础上，主要研究了2 个方面的内容。一是，针对k d 复盐与g t g 起爆 药生产废水中含有的铅、镉两种主要的重金属污染物，考察了d 4 1 8 和0 0 1 x 7 两种 离子交换树脂处理工艺在k d 复盐起爆药生产废水中的应用研究以及对铅、镉离子 的吸附行为。通过对两种离子交换树脂的筛选，采用较好的0 0 1 x 7 离子交换树脂 作为处理k d 复盐起爆药生产废水中金属离子的吸附剂进行进一步的工程化与资 源化研究。二是，为了进一步提高离子交换树脂的吸附性能，探讨了离子交换树脂的 改性研究，并研究了改性离子交换树脂对金属离子的吸附性能。本研究在促进离子交 换树脂处理工艺在起爆药重金属废水中的进一步应用以及为实际工程应用提供一定 的理论依据和技术支持、缓解重金属废水所带来的环境危害等方面具有一定的现实意 义。 本文首先探讨了离子交换树脂的改性研究，以d 4 0 1 离子交换树脂为母体对其进行 进一步功能化修饰，制各出一种改性d 4 0 1 离子交换树脂，并用红外光谱、扫描电镜对 其进行了表征，对比了d 4 0 1 离子交换树脂改性前后对铅离子的吸附性能，并从吸附等 温线、吸附热力学、吸附动力学、脱附性能以及吸附机理等方面考察了改性d 4 0 1 树脂 对铅离子的吸附性能。扫描电镜、红外光谱、能谱分析等表征手段表明改性d 4 0 1 树脂 表面具有孔结构，含有- n ( c h 2 c o o h ) 2 、s 0 3 h 两种功能基团；改性d 4 0 1 树脂对铅离 子的吸附量较改性前有了明显的提高；吸附过程符合f r c u n d l i c h 和l a n g m u i r 等温吸附 方程，液膜扩散为铅离子在改性d 4 0 1 树脂上吸附速率的主要控制步骤；改性d 4 0 1 树 脂具有较快的吸附速率，且脱附性能稳定、重复使用性好；改性d 4 0 1 树脂对铅离子的 摘要博士论文 吸附有两种途径：功能基 - n ( c h 2 c o o h ) 2 中的n 、o 原子与p b 2 + 形成配位键，而功能 基团电离出的旷与p b 2 + 发生了离子交换。 其次研究了d 4 1 8 、0 0 1 x 7 离子交换树脂对k d 复盐与g t g 起爆药生产废水中存在 的铅、镉离子的吸附行为，并研究了对k d 复盐起爆药实际生产废水的动态吸附。结 果表明，f r e u n d l i c h 和l a n g m u i r 等温方程均适合描述铅离子在d 418 树脂上的等温吸附 过程，f r e u n d l i c h 等温方程更适合描述镉离子在d 4 1 8 树脂上的等温吸附过程；而铅离 子在0 0 1x 7 树脂上的吸附过程符合l a n g m u i r 等温吸附方程，f r e u n d l i c h 等温方程更适 合描述镉离子在0 0 1 x 7 树脂上的等温吸附过程。液膜扩散与颗粒内扩散共同影响着铅离 子、镉离子在d 4 1 8 、0 0 1 x 7 离子交换树脂上吸附速率。d 4 1 8 离子交换树脂对k d 复盐 起爆药生产废水中铅离子的动态吸附实验确立的适宜工艺条件为：吸附流速，6b v h ； 吸附温度，3 1 3k ；脱附流速，3b v h ；脱附温度，室温；脱附剂，3m o l l 的硝酸；脱 附剂用量，5b v 。0 0 1x 7 离子交换树脂对k d 复盐起爆药生产废水中铅离子的动态吸 附实验确立的适宜工艺条件为：吸附流速，6b v h ；吸附温度，室温；脱附流速，3b v h ； 脱附温度，室温；脱附剂，3m o l l 的硝酸；脱附剂用量，4b v 。 最后考察了离子交换树脂吸附工艺在k d 复盐起爆药生产废水处理中的应用研究。 通过对d 4 1 8 、0 0 1 x 7 两种离子交换树脂的筛选，采用0 0 1 x 7 离子交换树脂作为处理k d 复盐起爆药生产废水中金属离子的吸附剂，进行进一步的工程化与资源化研究， 为k d 复盐起爆药生产废水除铅段提供了一种处理效率高、操作简便、能够避免二次 污染的新工艺，并提供了一种可以对金属离子进行回收的综合处理方法。稳定性放大实 验结果证明，采用所选定的适宜的吸附和脱附条件进行实验，0 0 1 x 7 树脂用于处理k d 起爆药生产废水中的铅，其吸附、脱附性能稳定，可使出水达到相应标准排放，单位体 积树脂对该废水的处理量达到8 4 倍树脂体积，对铅的处理效果良好，去除率接近1 0 0 ，脱附率达到9 4 以上。同时稳定性实验也表明，上批次2b v 低浓度的脱附液套用 于下批次的树脂脱附，树脂的脱附率保持稳定，不影响下批次的吸附效果。采用离子交 换树脂工艺处理起爆药生产废水中的金属离子，不仅具有较高的处理效率，同时可以避 免二次污染的产生，对铅进行回收利用，因此是一种较好处理起爆药生产废水中金属离 子的方法。 关键词：离子交换树脂，起爆药废水，重金属，吸附，脱附，资源化 博士论文离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究 a b s t r a c t p r i m a r ye x p l o s i v ep l a ya ni m p o r t a n tr o l ei no u rw a ri n d u s t r yd o m a i n , a n dm o s to f p r i m a r ye x p l o s i v ea r ei n o r g a n i co ro r g a n i ca c i dh e a v ym e t a ls a l t ，c a nb r i n gh e a v ym e t a l w a s t e w a t e ri nt h ep r o d u c i n gp r o c e s s h e a v ym e t a lw a s t e w a t e ri st h em o s th a r m f u li n d u s t r i a l w a s t e w a t e rt ot h ee n t i r o n m e n ta n dh u m a nh e a l t h , t h ep o l l u t i o no fh e a v ym e t a lw a s t e w a t e ri s i n c r e a s i n g l yf e a r f u lw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a l i s a t i o na n ds t r a i g h tt h r e a t e nt h eh e a l t h a n dm i n do fp e o p l e i nr e c e n ty e a r s ，t h ep o l l u t i o ne v e n t so fh e a v ym e t a lw a s t e w a t e ra r e f r e q u e n t l yh a p p e na n dc a u t i o nu sa g a i n k 。dd o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v ei sc h i n a s i n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t yr i g h t s ，s ot h ew a s t e w a t e rq u e s t i o no fk dd o u b l es a l t p r i m a r ye x p l o s i v ei sn o tr e p o r t e da ta b r o a d t h o u g ht h ew a s t e w a t e ro fk dd o u b l es a l t p r i m a r ye x p l o s i v ec a nr e a c ht h er e l e v a n te f f l u e n ts t a n d a r d ，t h es e l e c t i v i t yo fp r e s e n tt r e a t m e n t t e c h n i ci sl o wa n dm a y 嘶n gs e c o n d a r yp o l l u t i o na n di sn o tao p t i m a lc h o i c e d u et ot h e p o n d e r a n c eo fh e a v ym e t a lw a s t e w a t e rp o l l u t i o n , t h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni s m o r ea n dm o r er e g a r d e d n o wn o n r e n e w a b l er e s o u r c ea r ed e f i c i e n t , s on e wt r e a t m e n t t e c h n i c so fp r i m a r ye x p l o s i v ep r o d u c t i o nw a s t e w a t e rw i t hm o r ee n v i r o n m e n tf r i e n d l ya n d e f f e c t i v ei si m p o r t a n tt oe n v k o n m e n t a lp r o t e c t i o na n df i n a n c i a lb u r d e no fc o r p o r a t i o n a m o n gf a m i l i a rt e c h n o l o g i e s ，t h ei o n - e x c h a n g er e s i na d s o r p t i o nm e t h o ds e e m st ob et h em o s t s u i t a b l em e t h o df o rr e m o v i n gh e a v ym e t a li o n sf r o ma q u e o u ss o l u t i o nb e c a u s eo fi t sl o wc o s l e a s eo fh a n d l i n ga n dh i g he f f i c i e n c y , s oi tg e t se x t e n s i v ea t t e n t i o n o nt h eb a s i co fs u m m a r i z e ，t w o a s p e c t sc o n t e n t 锄- em a i n l ys t u d i e d f i r s t l y ，t h e a d s o r p t i o np e r f o r m a n c eo fp b 2 + ，c d 2 + i nk dd o u b l es a l ta n dg t gp r i m a r ye x p l o s i v e w a s t e w a t e r ，a n dt h et r e a t m e n to fk dd o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v ew a s t e w a t e ra r es t u d i e db y d 4 18 ，0 0 1x 7i o n - e x c h a n g er e s i n 0 0 1x 7r e s i ni ss e l e c t e da st h es o r b e n to ft r e a t m e n to fk 。d d o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v ew a s t e w a t e ra n dt h ef e a s i b i l i t yt h a tt h et r e a t m e n tt e c h n i c so f k dd o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v ew a s t e w a t e rb y0 0 1 7r e s i ni su l t e r i o r l ys t u d i e d s e c o n d l y ， t h er e s o u r c e so ft h en e wt r e a t m e n tt e c h n i c sa n dm o d i f i c a t i o no fi o n - e x c h a n g er e s i na r e s t u d i e ds y n c h r o n o u s l y t h es t u d yc o n t r i b u t e s p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t ot h ee n v i r o n m e n t p r o t e c t i o n , e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o na n da c a d e m i cb a s i s m o d i f i c a t i o no fi o n - e x c h a n g er e s i ni ss t u d i e di nt h e p a p e r , t h e m o d i f i e dd 4 01 i o n - e x c h a n g er e s i ni ss y n t h e s i z e db yc h e m i c a lm o d i f i c a t i o no fd 4 0 1r e s i na n dc h a r a c t e r i z e d b yf t - i ra n ds e m a n dt h ea d s o r p t i o np r o p e r t i e so fp b z + o nt h em o d i f i e dd 4 0 1i ss t u d i e d b yb a t c ha d s o r p t i o nf r o ma d s o r p t i o ni s o t h e r m ，a d s o r p t i o nt h e r m o d y n a m i c s ，a d s o r p t i o n k i n e t i c s ，d e s o r p t i o na n da d s o r p t i o nm e c h a n i s m ，a n dt h ec o n t r a s to fa d s o r p t i o np e r f o r m a n c e s t t t 目录 博士论文 o nt h em o d i f i e dd 4 01a n dd 4 01r e s i na r ea l s os t u d i e d t h em o d i f i e dd 4 01r e s i ni sp r o v i d e d w i t h m a c r o p o r o u s s 1 眦c t i l r ea n dt w of u n c t i o n g r o u p sb ya n a l y z i n g f t - 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i + i o n i z e db yf u n c t i o ng r o u p se x c h a n g e sw i t hp b 2 + t h ea d s o r p t i o np r o p e r t i e so fp b 计a n dc d 2 + o nd 418 ，0 01x 7i o n e x c h a n g er e s i na r e s t u d i e d b yb a t c ha d s o r p t i o n , d y n a m i ca d s o r p t i o no fp b z + o fk dd o u b l e s a l tp r i m a r y e x p l o s i v ew a s t e w a t e r i sa l s os t u d i e db yc o l u m na d s o r p t i o n a tt h es t u d yc o n d i t i o n , f r e u n d l i c ha n dl a n g m u i ri s o t h e r m a la d s o r p t i o nm o d e l sa r eb o t hs u i t a b l ef o rt h ea d s o r p t i o n p r o c e s so fp b ”o nd 4 18r e s i n ，a n df r e u n d l i c hi s o t h e r m a la d s o r p t i o nm o d e li sm o r es u i t a b l e f o rt h ea d s o r p t i o np r o c e s so fc d 2 + o nd 418r e s i n ；a n dl a n g m u i ri s o t h e r m a la d s o r p t i o n m o d e li ss u i t a b l ef o rt h ea d s o r p t i o np r o c e s so fp b z + o n0 01x 7r e s i n f r e u n d l i c hi s o t h e r m a l a d s o r p t i o nm o d e li s s u i t a b l ef o rt h ea d s o r p t i o np r o c e s so fc d 什o n0 0 1x 7r e s i n t h e a d s o r p t i o nr a t ei sg o v e r n e db yl i q u i df i l md i f f u s i o na n di n t r a p a r t i c l ed i f f u s i o nc o r p o r a t e l y t h ef e a s i b l et e c h n i c sc o n d i t i o n so fd y n a m i ca d s o r p t i o no fd 418r e s i na r e ：a d s o r p t i o nr a t e ，6 b v h ；a d s o r p t i o nt e m p e r a t u r e ，313k ；d e s o r p t i o nr a t e3b v h ；d e s o r p t i o nt e m p e r a t u r e ，r o o m t e m p e r a t u r e ；d e s o r b e n t ，3m o l ln i t r i ca c i d ；d e s o r b e n td o s a g e ，5b v a n dt h ef e a s i b l et e c h n i c s c o n d i t i o n so fd y n a m i ca d s o r p t i o no f0 01x 7r e s i na r e - a d s o r p t i o nr a t e ，6b y h ；a d s o r p t i o n t e m p e r a t u r e ，r o o mt e m p e r a t u r e ；d e s o r p t i o nr a t e 3b y h ；d e s o r p t i o nt e m p e r a t u r e ，r o o m t e m p e r a t u r e ；d e s o r b e n t , 3m o l ln i t r i ca c i d ；d e s o r b e n td o s a g e ，4b v t h et r e a t m e n to fk dd o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v ew a s t e w a t e rb yi o n - e x c h a n g er e s i ni s s t u d i e d 0 0 1 7r e s i ni ss e l e c t e da st h es o r b e n to ft r e a t m e n to fk dd o u b l es a l tp r i m a r y e x p l o s i v ew a s t e w a t e ra n dt h ef e a s i b i l i t yt h a tt h et r e a t m e n tt e c h n i c so fk dd o u b l es a l t p r i m a r ye x p l o s i v ew a s t e w a t e rb y0 0 1x 7r e s i ni su l t e r i o r l ys t u d i e d t h es t u d yp r o v i d e san e w t r e a t m e n tt e c h n i c sf o rr e m o v i n gh e a v ym e t a li o n so fk dd o u b l es a l tp r i m a r ye x p l o s i v e ，t h e t r e a t m e n tt e c h n i c si s p r o v i d ew i t hh i 曲e f f i c i e n c y , e a s eo fh a n d l i n ga n dn os e c o n d a r y i v p o l m o n mc o l 咖a d s o r p t i o ne x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h ea d s o r p t i o n a n dd e s o 呻o n e f l e e to fn e w 骶a ：t n l e n tt e c h m c si sw e l la n ds t e a d y , r e m o v a le f f i c i e n c y i sc l o s et o10 0 ， d e s 0 嘶o ne f f i c i e n c yr e a c h9 4 a n du n i tv o l u m eo f r e s i nc a nd i s p o s e8 4t i m e sv o l u m e 删w 础w a t 钌m l a s tt 妇2b vl o wc o n c e n t r a t i o nd e s o r p t i o ns o l u t i o nc a nb e u s e df o r n e x td e s 0 i r p t i o na n dd e s o r p t i o ne f f i c i e n c yi ss t e a d y i nc o n c l u s i o n ，t h ei o n - e x c h 锄g er e s m a d s 叫灿n 础d i sp r o v i d ew i t hh i g he f f i c i e n c y ，e a s eo fh a n d l i n g ，n 0s e c o n d a r yp o l l l 】：t i 蚰 觚dc a i l 砌踟e r ) rh e a w m e t a l sf r o mw a s t e w a t e r , s oi ti sa s u i t a b l em e t h o df o rt h er e m o v a lo f h e a v ym e t a li o n sf r o mp r i m a r ye x p l o s i v ep r o d u c t i o n w a s t e w a t e r 量研w o r d s ：i o n - e x c h a n g er e s i n , p r i m a r y e x p l o s i v ew a s t e w a t e r , h e a v y 雠t a l s ， a d s o r p t i o n , d e s o r p t i o n , r e s o u r c e s v 博士论文 离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究 1 绪论 1 1 引言 工业的快速发展，推动了社会的进步与经济的发展，使人类的物质生活水平 得以提高，但与此同时也带来了严重的负面影响，环境污染与能源短缺成为了难以解 决的全球性问题。尤其是环境污染问题，不仅使生态环境的质量降低，同时严重危 害着人类健康。水是生命之源，是人类文明发生和发展的基础，与人类生活息息 相关。随着工业化的不断深入，水污染问题亦日趋严重，直接关系到人类的生存安 危。 重金属是一类重要的工业资源，广泛应用于冶金、化工、军工、电子、医药、 航天等领域，是工业发展的重要组成部分。随着世界工业的飞速发展，对重金属矿产 资源的需求量也在不断增加，在工业生产的同时产生了大量的重金属废水，严重危害着 人体健康和生态环境【l 一。重金属废水污染是指在对重金属的开采、冶炼、加工及制 造的过程中，产生的重金属废水进入水体、土壤等自然环境中，并通过食物链在 生物体中富集，而引起的环境污染以及对人体的毒害作用。以各种化学状态或化 学形态存在的重金属，由于不能被生物降解，只能转移它们存在的位置或转变它们的 物理和化学形态。重金属在进入自然环境后便会存留、迁移和积累，在食物链的生 物放大作用下，可以成千上百倍的富集，最后对人体和生态环境造成危害。如随 废水排出的重金属，将会在地表土壤、植被、水中的藻类、泥底中富集，被生长 在这些环境中的小麦、水稻、鱼、虾等可食用动植物所吸收，使重金属在食物链 中产生富集、浓缩，人类在食用这些含有重金属的食物后，便对人体健康造成严 重的危害。因重金属废水污染而造成的公害事件多有报道，世界上重大的重金属 废水污染事件有：1 9 3 1 年开始的日本骨痛病事件，镉废水污染；1 9 5 3 年开始的日 本水俣病事件，汞废水污染；2 0 0 0 年的多瑙河污染事件，铅、汞、铜等重金属废 水污染。这些污染事件所带来的后果让人触目惊心，不仅给当地人民身心造成了 严重伤害，同时也使生态环境遭受到严重破坏，给国家和地区造成了深远的影响。 重金属废水是对生态环境和人类健康危害最大的工业废水之一，是一种无色无味的 “隐形污染”，重金属也是一类不可再生资源。起爆药在我国的军工领域中发挥着重要的 作用，相当一部分起爆药为有机或无机酸的重金属盐，在起爆药的生产过程中将会产生 重金属废水。现在针对起爆药重金属废水的处理工艺虽然都能使出水达到国家相应的排 放标准，但是处理工艺选择性差，有可能造成二次污染，并不是最佳的选择。随着环 境危机、能源危机的加剧，如何经济有效的去除环境中的重金属污染物便成为重 要的研究课题。目前常用的重金属废水处理技术有化学沉淀法、膜分离法、电解法、 l l 绪论博士论文 生物吸附法、铁氧体法以及离子交换树脂吸附法。离子交换树脂吸附法具有处理效率高、 操作简便、循环利用、低成本、适用范围广等优点，而且对脱附液处理得当不会对环境 产生二次污染，在一定条件下也可对有用资源进行回收，因此是处理重金属废水较好的 一种方法。而离子交换树脂对重金属的吸附性能研究以及性能优良的新型离子交换树脂 的制备等内容也成为研究的热点。 本章对铅、镉重金属废水的来源及危害，铅、镉重金属废水治理技术的研究现 状，离子交换树脂吸附剂的研究现状等内容进行了综述，并在此基础上提出了本 课题的研究背景、研究目的及意义以及主要研究内容。 1 2 重金属废水的来源及危害 重金属一般是指密度大于4 5g m 3 的金属，约有4 5 种，如铅、镉、铜、锌、 铁、钴、镍、锰、汞、金、银等。重金属在自然界的分布较广，广泛应用于冶金、 化工、军工、电子、医药、航天等领域【3 】。一部分重金属如锰、铜、锌等是生命 活动所需的微量元素，但大部分重金属具有毒性，在人体富集到一定浓度，便会 对人体产生严重的毒害作用。随着工业的发展，对重金属资源的需求量不断增加， 产生了大量的重金属废水，严重威胁着人类健康和生态环境。铅、镉均是重要的 重金属资源，铅、镉及其各自化合物毒性大且持久性强，是两种主要的重金属污 染物，对人体有着严重的毒害作用。本节将对铅、镉重金属废水的来源与危害作 一介绍。 1 2 1 重金属废水的来源 ( 1 ) 含铅废水的来源 铅是人类最早使用的金属之一，为带蓝色的银白色有色重金属，具有毒性。铅的 化学元素符号为p b ，是一种有延伸性的主族金属元素，其原子量为2 0 7 2 ，原子序数 8 2 ，是所有稳定的化学元素中原子序数最高的。铅质地柔软、抗张强度小，在空 气中表面易氧化而失去光泽变灰暗，表面会很快氧化生成保护薄膜，溶于稀硝酸、 热硫酸、有机酸等。铅可以形成+ 2 和+ 4 价的化合物，p b ( i v ) 的化合物具有较强的氧 化性，容易获得2 个电子形成6 s 2 构型相对稳定的p b ( i i ) 化合物。铅的化合物大都以单 质铅为原料制取，首先制出可溶性的硝酸铅或醋酸铅，再从这些可溶性化合物中制取其 他铅的化合物。 铅是自然界分布较广的元素，在地壳中的含量为o 0 0 1 6 ，方铅矿( p b s ) 是提取铅的主要来源。铅广泛应用于化工、合金、电子、轻工、医药、石油、军工等 领域，主要用作制造蓄电池、电缆套、防腐材料、红丹铅白、汽油防爆剂、合金、子弹 2 博士论文离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究 头、原子反应堆以及放射性防护材料等的原材料。由于铅和铅化合物的广泛应用，也造 成了环境中水体的铅污染。 环境中含铅废水的来源主要有2 个方面，一是自然来源，二是非自然来源【4 】。自然 来源是指地壳运动、火山爆发等自然现象将铅释放到环境中；非自然来源是指人类活动， 如工业、制造业、交通等活动所造成的铅排放。目前，人类活动是含铅废水的主要来源， 有以下几个方面：工业污染源、制造业污染源、交通污染源以及生活污染源。 ( 2 ) 含镉废水的来源 镉是银白色或铅灰色有光泽的有色种金属，具有毒性。镉的化学元素符号为 c d ，是一种过度元素，其原子量为1 1 2 4 ，原子序数4 8 。镉具有韧性和延展性，在 潮湿空气中缓慢氧化并失去金属光泽，并覆上一层氧化物薄膜，可防止进一步氧 化。镉不溶于水，溶于大多数酸中，易溶于汞中形成合金。镉可以形成+ 1 和+ 2 价 的化合物，在所有的稳定化合物中都呈+ 2 价。 在自然界中主要成硫镉矿( c d s ) 而存在；也有小量存在于锌矿中，所以也是 锌矿冶炼时的副产品。镉及其化合物用途广泛，可用于电池、合金、原子反应堆 中的中子吸收棒等的制造：镉的化合物广泛用于颜料、塑料稳定剂、荧光粉、杀 虫剂、杀菌剂、油漆等制造业。 环境中含镉废水的来源主要来自工业污染源、制造业污染源以及生活污染源。 在以镉及其化合物为原料的产品，如合金、颜料、塑料稳定剂、荧光粉、杀 虫剂、杀菌剂等制造过程中，将会产生含镉废水。 1 2 2 重金属对人体的危害 重金属在进入自然环境后便会存留、迁移和积累，在食物链的生物放大作用下，可 以成千上百倍的富集，最后对人体造成危害。重金属对人体的伤害极大，在人体内能和 蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积， 造成慢性中毒，能引起头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、结石、癌症等 病症，尤其对消化系统、泌尿系统、神经系统破坏及为严重。铅、镉是对人体毒害作用 较大且持久性强的重金属，下面将分别介绍其对人体的危害。 ( 1 ) 铅对人体的危害 铅是污染物中毒性很大并且以神经毒性为主的一种重金属元素，通过呼吸道和消化 道进入人体，也可以通过皮肤接触进入人体。铅的毒性与其化合物的形态、溶解度有关。 铅对许多器官系统和生理功能均产生危害，主要累及神经、运动、消化、循环、生殖及 免疫等系统，影响人的智力发育和骨骼发育，造成消化不良和内分泌失调，导致贫血、 高血压和心律失常以及破坏肾功能和免疫功能。急性铅中毒的症状表现为：头痛，颤 抖，神经性烦躁，在严重的情况下可能会导致死亡；慢性铅中毒会导致心悸，易 1 绪论 博士论文 激动，血象红细胞增多，症状表现为失眠、多梦、记忆减退、疲乏，进而发展为 狂躁、失明、神志模糊、昏迷，严重者会因脑血管缺氧而死亡。铅对人体的危害 具体如下 5 - 1 4 l ： 对神经系统的危害 铅对神经系统的危害主要是引起大脑皮层、轴突和突触的改变以及引起末梢神经 炎，使人体出现感觉异常，如上肢前臂和下肢小腿出现麻木、肌肉痛，早期有闪电样疼 痛，进而发展为感觉减退和肢体无力。当人体血铅浓度达到6 0 8 0p , g l o o m l 时，便会出 现头痛、疲乏、记忆力减退、失眠和易恶梦惊醒等症状。 对消化系统的危害 铅对人体消化系统的损害程度与接触铅量的多少、时间及中毒途径都有关系。对 肝脏的损害多见于消化道铅中毒者。可引起肝肿大、黄疸，甚至于肝硬化或肝坏死。 对免疫系统的危害 四乙基铅可使白细胞数减少，白细胞的吞噬能力下降，从而减弱机体的免疫能力恢 复到正常水平。当人体处于疲劳、外伤、感染、缺钙等状态时，可使骨内磷酸铅再次进 入血中，发生内源性铅中毒。 对循环系统的危害 铅作用于血管壁引起细小动脉痉挛，导致腹绞痛、视网膜小动脉痉挛、高血压细小 动脉硬化。铅中毒者面色苍白，也是由于皮肤血管收缩所致。铅能影响大脑的能量代谢， 使心脏泵血功能降低，导致自主神经功能失调，造成心电传导改变，表现为心率变慢。 对运动系统的危害 贫血为铅中毒的早期症状之一。正常红细胞膜上有一种三磷腺苷酶，此酶能控制红 细胞内外的钾、钠离子和水分的分布，当铅抑制此酶后，红细胞内的钾、钠离子和水分 脱失，从而造成中毒性贫血。 对儿童健康的危害 儿童体内的铅主要来自于生活环境中污染的空气、日常接触的含铅物品以及含铅食 物。由于儿童代谢快、活动量大，对铅的吸收率高、易感性强、接触途径多，以及不良 卫生习惯等，容易引起铅中毒。铅可损伤儿童大脑中枢及周围神经系统，导致儿童生长 发育迟缓、智力低下，以及出现心情烦躁、异常行为等症状。 ( 2 ) 镉的人体的危害 镉是一种毒性极强的累积性的环境污染物，通过呼吸道和消化道进入人体，能够对 人体健康造成严重危害。镉在生物体内的半衰期长达1 0 3 0 年，是已知的最易在人体内 长期蓄积的毒物之一，从而使人体某些器官的镉含量随着年龄的增长而增加。长期生活 在镉含量较低的大气中或食用含有低浓度镉的食物，就有产生严重疾病甚至死亡的风 4 博士论文离子交换树脂改性及在起爆药废水中应用研究 险。急性镉中毒会出现恶心、呕吐、腹泻、腹痛、肌肉酸痛和虚脱等症状，严重者会导 致支气管肺炎、肺水肿，可因急性呼吸衰竭而死亡；慢性镉中毒可对肾脏、骨骼、肝 等器官以及免疫、生殖等系统造成伤害，镉对人体的危害具体如下【15 捌】； 对肾脏的危害 肾脏是镉慢性毒作用的最主要的蓄积部位和靶器官，可造成肾近曲小管的功能下 降，肾近曲小管吸收功能的下降又可导致钙的流失，最后造成骨软化。一般认为镉所致 的肾损伤是不可逆的。 对骨骼的危害 镉可引起人体骨质疏松、软骨症和骨折。微量的镉就足以引起骨钙的丢失，影响骨 的生长、钙化，且骨胶原、基质及d n a 的合成也受到抑制。 对肺的危害 最早发现镉对人体的伤害是肺损伤。大量吸入镉蒸气后，会出现呼吸道刺激症状， 如咽喉干痛、流涕、干咳、胸闷、呼吸困难等，还可能伴有头晕、乏力、关节酸痛、寒 战、发热等类似流感表现。并可使支气管黏膜上皮细胞变性、坏死、脱落，肺毛细血管 扩张、充血、肺间质高度水肿，肺泡内充满大量的蛋白浆液，严重时可导致死亡。 对免疫系统的危害 巨噬细胞是来自组织或体液的具有重要免疫功能的细胞，镉在体内外均影响巨噬细 胞功能。镉可抑制巨噬细胞分泌肿瘤坏死因子及一氧化氮，这两种分子均是巨噬细胞杀 瘤的主要效应分子，从而抑制了巨噬细胞对肿瘤的杀伤作用。 对神经系统危害 儿童脑组织发育不够完善，中枢神经系统对镉的敏感性比成人高，在相同的污染环 境中，镉对儿童神经系统的危害比成人严重。已经发现，接触镉的儿童智商水平和视觉 发展水平下降，学习能力降低。 1 3 重金属废水处理技术研究现状 随着社会经济的发展，对铅、镉重金属的需求量不断增加，在工业生产的同时产生 了大量的重金属废水，也带来了严重的环境污染问题，危害着人民的生活与身心健康。 由于重金属废水污染的严重性，其所带来的环境污染问题也得到越来越多的重视，如何 经济有效的治理重金属废水也成为关注的焦点。 对于含铅、镉重金属废水，常规的处理方法有化学沉淀法、膜分离法、生物吸附法、 电解法、铁氧体法以及离子交