综述重金属处理与稳定化

综述重金属处理与稳定化综述重金属处理与稳定化 可再生能源学院可再生能源学院 应用化学应用化学 0901 班班 周密周密 如今 各种工农业生产频繁活动及家庭消费不断地向环境释放重金属 造成 环境中重金属超负荷 进而造成土壤重金属污染与污水重金属污染的加剧 重金属通常具有急性或慢性毒性 有时会以更复杂的方式毒害人体 如致 癌或非直接地引发某些疾病 土壤或灌溉水中的重金属会对植物生长产生不利 影响 并且将在植物的叶 茎或根部富集 以至其影响波及整个食物链 淡水 或海洋中的水生生物对水体中的重金属非常敏感 即使很低的浓度也会对它们 构成威胁 因此 重金属污染问题已经引起了全世界各国的普遍关注 特别是 发生在日本的由 Hg 污染引起的 水俣病 和由 Cd 污染引起的 骨痛病 事件 以及在欧洲一些国家陆续发现重金属污染产生的严重后果 使得关于重金属污 染与防治的研究倍受重视 本人就重金属处理与稳定化方面的研究进行了相关资料与文献的查寻和阅 读 作出了以下关于土壤重金属污染处理方法与污水重金属污染处理方法的综 述 并浅谈了个人的看法与展望 一 土壤重金属污染处理方法相关研究一 土壤重金属污染处理方法相关研究 土壤重金属污染已经成为全球性环境问题之一 威胁着生态系统和人类健康 目前 实际应用的传统修复技术有土地填埋 固定和淋洗等 但这些技术都存在治 理成本过高和破坏土壤结构等缺点 近年来 一种利用超富集植物来修复污染土壤的修复技术 因具有低成本和环 境友好等优点而得到极大受到人们的关注 但超富集植物提取土壤重金属的效 率取决于其吸收和转移重金属的能力 绝大多数超富集植物存在生长缓慢 生 物量低等缺点 因而其从土壤中提取重金属的总量很有限 另一方面 重金属在土 壤中的生物有效性较低 植物难以吸收 从而进一步影响超富集植物的提取效率 许多研究结果表明 EDTA 乙二胺四乙酸 DTPA 二乙基三胺五乙酸 等螯合剂 能提高土壤重金属的移动性 即活化土壤重金属 可显著提高植物的提取效率 但 因这些化学物质不易降解 易引起地下水的污染 据报道 螯合剂 EDDS 乙二胺 二琥珀酸 是一种可生物降解的物质 其可有效地活化土壤中的重金属 具较好的 应用前景 但因其价格昂贵 至今难以推广应用 因此 寻找络合活化能力强且易 降解的低成本螯合剂是近期土壤修复领域的研究热点之一 目前常用的化学合成的土壤重金属活化剂 EDTA 存在难降解 成本高等 问题 因此 华南农业大学与长江大学的周建利 郭晓方等人试图寻找出一种 易降解 成本低的天然螯合剂 他们选用 3 种天然植物叶子汁液 马尾松 湿地 松 酸藤果 并与 3 种浓度 1 25 2 50 5 00 mmol L 1 的 EDTA 作对比 对采 自广东清远市和乐昌市的二种铅锌矿废水污染水稻土 分别为酸性土壤和中性土 壤 进行重金属活化试验 比较不同天然植物螯合剂对土壤重金属 Cd Pb Zn 的 活化效率 结果表明 不同种类的植物汁液对土壤 Cd Pb 和 Zn 的活化能力为 酸藤果 湿地松 马尾松 1 1 鲜叶重 蒸馏水重 提取的酸藤果汁液的活化能力显著高于其 1 2 提 取的汁液 天然植物螯合剂对 Pb Cd 的活化能力明显低于 EDTA 但对 Zn 的活 化能力强 酸藤果 1 1 汁液和湿地松 1 2 汁液对酸性的酸性土壤活化量显著高 于 5 00 mmol L 1EDTA 其它天然植物螯合剂对 Zn 的活化量显著高于 2 50 mmol L 1EDTA 植物汁液对中性土壤重金属的活化率通常较低 结果表明 酸藤果汁液是一种较有前途的天然植物螯合剂 二 污水重金属污染处理方法相关研究二 污水重金属污染处理方法相关研究 重金属废水主要来源于电镀 采矿 化工的行业 重金属污染无法通过降 解作用自净 但可以通过生物食物链富集 在这一过程中 难以分解的残留的 重金属极易通过食物进入人体 使人慢慢中毒 极度地危害人类健康 工业废水中重金属污染主要有五类 铅 Pb 污染 汞 Hg 污染 镉 Cd 污染 铬 Cr 污染 砷 As 污染 目前 应用于重金属废水处理方面的试剂有 螯合剂 絮凝剂以及沉淀剂等 下面分别对不同试剂的处理原理以及应用范围简述如下 1 高分子螯合剂处理重金属废水 高分子重金属螯合剂对重金属废水的处理具有成本低 效果稳定等优点 近年来人们对高分子重金属螯合剂在废水处理方面的研究十分重视 高分子重 金属螯合剂是水溶性的一种 高分子基体 母体高分子 具有亲水性的螯合形成 基 它与水中的重金属离子选择性地反应 生成不溶于水的金属络合物 重金属螯合剂可以采用不同种类的多胺或聚乙烯亚胺与二硫化碳反应得到 其基本结构是 CH2 NCH2 n C S S Na 重金属螯合剂与重金属离子反应 生成高分子螯合物 反应方程式如下 以 Pb2 例 CH2 NCH2 n C S S Na Pb 2 CH2NCH2CH2NCH2 n CCSS S Pb 2 S n 2 二硫代羧基的S原子上有3对孤对电子 其中两对可以占用Pb2 的空d轨道 形 成配位键 根据配位场理论 d轨道全空的情况下 易形成四面体型的结构 这样 各电子对之间的互相排斥的力量小 而S原子的外层4对电子也形成互斥力最小的 正四面体构型 形成稳定的交联状的螯合物 不同的重金属离子与重金属螯合剂 所形成的螯合结构是不相同的 但最终的结果都是形成高分子重金属离子螯合物 达 到重金属废物稳定化的目的 2 絮凝剂处理重金属废水 絮凝作为废水处理的一种重要方法 是一种应用最广泛 经济 简便的水 处理技术 通过絮凝作用 可使污水中悬浮微粒形成矾花 并在沉降过程中互 相碰撞 使絮状物颗粒变大逐渐沉淀于底部 最后经水处理构筑物将 其分离除去 达到净化水的目的 目前广泛用于水处理的絮凝剂主要是无机絮 凝剂 有机絮凝剂及复合絮凝剂三大类 1 无机絮凝剂 1 1 铝盐絮凝剂 最常用的铝盐絮凝剂有硫酸铝 铝酸钠 聚氯化铝 聚硅硫酸铝等 而硫 酸铝是世界上利用最早 最多的铝盐絮凝剂 其具有运用便利 效果好等优点 铝盐的絮凝机理主要是其水解过程的中间产物能与水中不同阴离子和负电溶胶 形成聚合体 即产生聚合絮凝作用 铝盐在运用过程中主要受药剂投加量 pH 及颗粒物表面积 浓度等参数影响 铝盐作为一种有效的絮凝剂 在饮用水处 理中占有重要地位 但是 铝进入人体后 通过蓄积参与生物化学反应 能置 换人体内必需的营养元素和微量元素 使之流失或沉积 干扰破坏人体各部位 的生理功能 导致产生老年痴呆 铝性骨病 铝性贫血等中毒病症 1 2 铁盐絮凝剂 铁盐絮凝剂包括聚合氯化铁 液体聚合硫酸铁 氯化铁 聚合磷酸类复合 铁盐 聚合硅酸类复合铁盐 铝铁共聚复合絮凝剂等 铁盐絮凝的机理是其水 解产物能与水体颗粒物进行电中和脱稳 吸附架桥或黏附网捕卷扫 从而形成 粗大絮体 通过对絮体的去除 达到对水体的净化 张占梅等以含铁的低 2 天然有机高分子絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂包括壳聚糖 淀粉 纤维素 含胶植物 木质素 单宁 多糖类和蛋白质等类别及它们的衍生物 天然有机高分子絮凝剂主要通 过改性来提高其絮凝效果 改性后的该类絮凝剂与化学合成类絮凝剂相比 具 有以下优点 1 原料来源丰富 制备成本低 价格便宜 属可再生资源 2 无毒易生化降解 不造成二次污染 3 种类多 分子内活性基团多 可选择性大 易根据需要采用不同的制备方法进行改性 3 人造有机高分子絮凝剂 目前 人造有机高分子絮凝剂运用较多的有二甲基二烯丙基氯化铵 聚丙 烯酰胺 聚丙烯酸钠等 章诗芳等用聚丙烯酰胺处理饮用水 能有效去除水中 色度 有机物和藻类等 可提高水质 降低成本和致突变性 但由于聚丙烯酰 胺的单体有毒 因此 在应用上应控制其出水浓度低于国家规定标准 翁晓姚 等将聚丙烯酰胺作为助凝剂来净化水 实验证明其对低浊低温水处理效果明显 并且对高负荷水有较强的适应能力 但会影响其滤速 因此 人造有机高分 子在水处理应用中比天然高分子广泛 且在环境中的絮凝活性稳定 4 无机 有机复合絮凝剂 参与制备复合絮凝剂的有机絮凝剂主要有壳聚糖 二甲基二烯丙基氯化铵 聚丙烯酰胺等 无机絮凝剂主要有铁盐和铝盐等絮凝剂 复合絮凝剂解决了无 机絮凝剂絮凝速度慢 矾花小等缺点 得到了广泛的应用 且具有高效 可行 成本低等特点 叶霞等以壳聚糖与硫酸铝为原料 制备成的复合絮凝剂具有絮体形成迅速 矾花大 易分离等特点 同时减轻了铝在环境中的二次污染 对城市景观水的 处理效果好 复合絮凝剂不但可以克服单独使用某一絮凝剂时出现的絮凝效果 差 成本高 出水水质差 效率低等不足 而且可以减少处理后水中的某些二 次污染物质 减少铝 铁等有害金属离子对人体的危害 因此 高分子复合絮 凝剂 特别是天然高分子复合絮凝剂的应用 对饮用水处理是最佳的选择 3 沉淀剂处理重金属废水 DTCR 是以具有国际先进水平的 高分子重金属离子捕捉沉淀剂 为核心 技术的系列处理药剂 能在常温下与废水中 Hg Cd Pd Mn Ni Zn Cr 2 等各种重金属离子迅速反应 生成不溶水的螯合 盐 再加入少量的有机或 和 无机絮凝剂下 形成絮状沉淀 从而达到捕集 去除重金属的目的 形成一种新处理方法 螯合沉淀法 DTCR 是一长链的高分子 含有大量的极性基 这极性基中的硫离子原子 半径较大 带负电 易于极化变形 产生负电场 捕捉阳离子 同时趋向成键 生成难溶的氨基二硫代甲酸盐 TDC 盐 而析出 这样生成的难溶 TDC 盐 有的是离子键或强极性键 如 TDC Ag 大多数是配价键 如 TDC Cu TDC Zn TDC Fe 关于上述配价键的结构 同一金属离子螯合 的配价基极可能来自不同的 DTCR 分子 这样生成的 TDC 盐的分子会是高交 联的 立体结构的 原 DTCR 的分子量为 10 15 万 而生成的难溶螯合盐的 分子可达到数百万 甚至上千万 故此种金属盐一旦在水中生成 受重力作用 便有好的絮凝沉析效果 目前 传统化学沉淀法无法完全达到环保要求 而 DTCR 经有关单位试用 证实 处理方法简单 可在原化学沉淀法装置上直接投放 费用低 能做到多种 重金属离子共存的情况下一次处理后 即可达到环保要求 即使对废水中重金 属共存盐与络合盐 如 EDTA NH3 柠檬酸等 也能充分发挥作用 并有 絮凝体粗大 沉淀快 脱水快 后处理容易 污泥量少且稳定无毒 没有二次 公害等特点 可广泛运用于以下行业的污水处理 电镀工业 电子工业 石化 工业 金属加工工业 垃圾焚烧处理 电厂烟道气洗涤等 三 我对重金属处理前景的看法三 我对重金属处理前景的看法 随着工业的发展 环境的污染越来越严重 近年来人们对重金属废水处理 的研究十分重视 开发出许多种处理方法来去除废水中的重金