含重金属离子废水治理技术的研究进展

年 第 卷 第 期化 工 环 保 含 重 金 属 离 子 废 水 治 理 技 术 的 研 究 进 展王 韬 , , 李 鑫 钢 , 杜 启 云 ,大 津 工 业 大 学 中 空 纤 维 膜 材 料 与 膜 过 程 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实 验 室 , 天 津 仇天 津 大 学 精 馏 技 术 国 家 工 程 研 究 中 心 , 天 津 膜 天 膜 工 程 技 术 有 限 公 司 , 天 津 摘 要 介 绍 了 治 理 含 重 金 属 离 子 废 水 的 物 理 法 、 物 理 化 学 法 、 普 通 化 学 法 、 生 化 法 及 电 化 学 法 等 技 术 的 研 究 进 展论 述 了 电 一 生 物 祸 合 法 处 理 该 类 废 水 的 最 新 趋 势 指 出 将 不 同 治 理 技 术 加 以 藕 合 , 充 分 发 挥 不 同 技 术 的 优 点 、 取 长补 短 , 并 尽 量 避 免 它 们 之 间 的 相 互 抑 制 作 用 , 将 是 该 类 废 水 治 理 技 术 的 发 展 方 向 。 关 键 词 含 重 金 属 离 子 废 水 物 理 法 普 通 化 学 法 生 化 法 电 化 学 法 藕 合 工 艺中 图 分 类 号 甲 文 献 标 识 码 文 章 编 号 一 以 一 一 , 、 , , , , 刀 , 】 , , , , , 一 , 一浇重 金 属 污 染 是 当 今 世 界 三 大 水 环 境 污 染 方 式之 一 。 重 金 属 废 水 主 要 来 自 采 矿 、 有 色 金 属 、 电 镀 、电 解 、 农 药 、 医 药 、 油 漆 、 颜 料 等 工 业 。 重 金 属 污 染物 主 要 包 括 汞 、 福 、 铬 、 铅 、 锌 、 铜 、 钻 、 锰 、 钦 、 等 ,其 种 类 、 含 量 及 其 存 在 形 态 随 产 生 条 件 而 异 。 因 其进 人 环 境 后 不 能 被 生 物 降 解 , 而 往 往 是 参 与 食 物 链循 环 , 并 最 终 在 生 物 体 内 积 累 , 破 坏 生 物 体 的 正 常生 理 代 谢 活 动 , 进 而 危 害 人 体 健 康 川 。 为 保 证 我 国经 济 可 持 续 发 展 , 创 造 美 好 生 存 环 境 , 有 必 要 对 含重 金 属 离 子 废 水 的 治 理 技 术 进 行 研 究 开 发 。本 文 介 绍 了 国 内 外 含 重 金 属 离 子 废 水 治 理 技术 的 研 究 进 展 。物 理 法活 性 炭 吸 附 法活 性 炭 吸 附 法 , 利 用 了 活 性 炭 的 物 理 吸 附 、化 学 吸 附 以 及 氧 化 还 原 等 作 用 , 以 除 去 废 水 中 的 有毒 有 害 物 质 。 该 法 投 资 少 、 占 地 小 、 上 马 快 , 处 理 效果 好 。 但 活 性 炭 吸 附 速 度 较 慢 , 吸 附 容 量 较 小 , 故不 适 于 处 理 污 染 物 浓 度 较 高 的 废 水 民 活 性 炭 再 生程 序 复 杂 , 也 限 制 了 它 的 使 用 范 围 。反 渗 透 法反 渗 透 法 , 通 过 对 废 水 施 加 较 高 压 力 , 使 溶剂 水 透 过 特 种 半 透 膜 而 溶 质 难 以 透 过 的 原 理 对 废收 稿 日 期 一 一 修 订 日 期 一 一 。 作 者 简 介 王 韬 一 男 , 天 津 市 人 , 博 上 , 讲 师 , 主 要从 事 难 降 解 有 机 物 、 重 金 属 废 水 处 理 研 究 。 电 话电 邮基 金 项 目 天 津 市 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目中 国 博 士 后 科 学 基 金 资 助 项 目。 化 工 环 保】 , 年 第 卷水 进 行 浓 缩 。 该 法 投 资 少 、 占 地 面 积 小 、 操 作 方 便 ,可 回 收 有 用 材 料 , 实 现 废 水 的 “ 零 排 放 ” , 其 关 键 是制 造 高 效 长 寿 的 反 渗 透 膜 。 待 处 理 的 废 水 一 般 为多 级 逆 流 漂 洗 槽 中 的 第 一 级 废 水 , 经 反 渗 透 器 及 蒸发 器 联 用 浓 缩 后 可 回 到 镀 槽 循 环 使 用 。 为 避 免 杂质 的 积 累 , 最 好 与 离 子 交 换 法 联 合 使 用 。 目 前 , 反渗 透 法 多 用 于 镀 镍 、 镀 铜 废 水 的 处 理 。超 滤 法聚 合 物 增 强 超 滤 可 使 结 合 了 重 金 属 离 子 的 聚合 物 大 分 子 被 超 滤 膜 有 效 截 流 。 因 此 , 用 不 同 的 水溶 性 聚 合 物 , 通 过 不 同 的 聚 合 物 官 能 团 即 可 在 低 能耗 下 选 择 性 分 离 重 金 属 离 子 。 等 用 壳 聚糖 、 聚 乙 烯 亚 胺 等 作 聚 合 剂 , 采 用 超 滤 法 去 除 水 中的 , , , 去 除 率 约 。 凡等 川 以 十 二 烷 基 苯 磺 胺 表 面 活 性 剂 增 强 的超 滤 膜 处 理 质 量 浓 度 为 一 的 含 废 水 , 使 之 形 成 、 十 二 甲 基 胺 系 统 ,去 除 率 。物 理 化 学 法离 子 交 换 法离 子 交 换 法 一 是 利 用 离 子 交 换 树 脂 对 废 水 中阴 阳 离 子 的 选 择 性 交 换 作 用 进 行 废 水 处 理 的 方 法 。几 乎 所 有 无 机 有 害 离 子 都 可 用 离 子 交 换 法 进 行 处理 。 处 理 后 的 废 水 可 用 作 镀 液 补 充 水 或 清 洗 水 。若 不 考 虑 再 生 洗 脱 液 的 处 理 , 采 用 离 子 交 换 法 有 可能 实 现 无 废 水 排 放 的 “ 零 排 放 系 统 ” 。该 法 的 不 足 之 处 是 一 次 性 投 资 高 、 占 地 面 积较 大 , 废 水 中 污 染 物 浓 度 不 宜 太 高 。 在 处 理 电 镀 废水 时 , 该 法 与 蒸 发 浓 缩 、 反 渗 透 、 电 渗 析 等 方 法 联 合使 用 , 废 水 处 理 效 果 更 好 。电 渗 析 法电 渗 析 法 川 利 用 对 一 废 水 通 以 低 压 直 流 电 时 , 阴阳 离 子 定 向 运 动 并 选 择 性 的 透 过 阴 、 阳 薄 膜 的 性质 , 将 电 解 质 浓 缩 在 一 定 的 区 域 内 , 在 另 一 些 区 域内 得 到 较 纯 的 水 , 处 理 水 中 电 解 质 浓 度 不 能 过 低 ,以 保 证 有 足 够 的 电 导 , 从 而 提 高 渗 析 效 率 。 用 该法 , 浓 缩 液 与 淡 液 的 浓 缩 比 可 达 倍 左 右 , 高 于 反渗 透 法 , 且 浓 缩 液 可 回 用 于 镀 槽 。 为 避 免 膜 的 堵塞 , 需 对 进 水 严 格 过 滤 , 除 去 固 体 杂 质 。 为 防 止 电渗 析 过 程 中 膜 之 间 的 渗 漏 , 对 制 造 电 渗 析 器 的 工 艺要 求 较 高 。 盯 等 对 离 子 交 换 电 渗 析 处 理, , , , 进 行 了 报 道 , 介 绍 了 离 子 吸附 顺 序 及 混 合 液 中 竞 争 吸 附 的 情 况 。普 通 化 学 法化 学 法 是 在 废 水 中 投 加 药 剂 , 利 用 化 学 反 应 使废 水 中 的 有 害 离 子 沉 淀 分 离 或 分 解 而 除 去 的 方 法 。化 学 法 投 资 少 、 见 效 快 、 处 理 技 术 容 易 掌 握 , 是 国 内外 广 泛 采 用 且 有 发 展 前 途 的 废 水 处 理 方 法 。等 川 用 新 型 一 吸 附 剂 对 含 , , 废 水 进 行 处 理 , 考 察 了 吸 附 动 力 学 、 吸 附热 力 学 及 废 水 、 金 属 离 子 初 始 浓 度 、 温 度 、 鳌 合 反应 时 间 等 对 处 理 效 果 的 影 响 。 由 韩 昊 等 开 发 的高 分 子 重 金 属 捕 集 沉 淀 剂 是 一 种 液 体 鳌 合树 脂 , 在 常 温 下 , 该 树 脂 与 废 水 中 的 , , , , , , , , , , , , 等 迅 速 反 应 ,生 成 不 溶 性 的 鳌 合 盐 , 并 形 成 絮 状 沉 淀 , 从 而 达 到捕 集 去 除 废 水 中 重 金 属 离 子 的 目 的 。该 法 的 缺 点 是 要 不 断 的 消 耗 化 工 材 料 , 并 因 沉淀 产 生 含 有 大 量 重 金 属 污 染 物 的 污 泥 , 排 出 的 水 回用 困 难 , 且 占 地 面 积 较 大 。电 化 学 法电 化 学 法 利 用 通 电 时 阴 阳 极 的 电 化 学 反 应 而使 废 水 中 的 有 毒 物 分 解 、 氧 化 还 原 、 沉 淀 。 多 种金 属 可 从 水 溶 液 中 电 沉 积 到 阴 极 上 ” 。 该 法 的 优点 是 设 备 相 对 简 单 , 一 个 电 解 槽 可 兼 有 氧 化 、 还原 、 凝 聚 及 上 浮 等 多 种 功 能 , ” , 易 于 自 动 控 制 以电 子 作 为 反 应 剂 , 可 避 免 产 生 二 次 污 染 。 将 电 化 学法 用 于 环 境 污 染 治 理 已 成 为 人 们 十 分 关 注 的 研 究领 域 , 。普 通 电 化 学 法众 多 学 者 对 电 化 学 法 去 除 重 金 属 离 子 的 可 行性 进 行 了 大 量 研 究 。 近 年 来 , 等 研 制 了 往 复振 荡 筛 电 化 学 反 应 器 , 考 察 了 振 幅 、 振 荡 频 率 和浓 度 等 因 素 对 去 除 稀 释 液 中 的 影 响 , 并 建立 了 基 于 表 面 更 新 理 论 的 数 学 模 型 。 等 采用 经 磷 灰 石 改 性 铂 电 极 以 增 强 对 电 化 学 萃 取的 敏 感 性 和 选 择 性 。三 维 电 极 法三 维 电 极 是 在 传 统 二 维 电 解 槽 电 极 间 装 填 粒状 或 碎 屑 状 材 料 并 使 之 表 面 带 电 , 并 在 其 表 面 发 生电 化 学 反 应 。 与 传 统 的 二 维 电 极 相 比 , 它 能 增 加电 解 槽 的 面 积 比 提 高 物 质 迁 移 速 度 无 需 加 人 支持 电 解 质 从 而 避 免 了 副 反 应 的 发 生 和 环 境 污 染 产物 分 离 容 易 体 系 内 电 阻 较 低 、 能 量 利 用 率 高 , 为 处理 低 电 导 、 本 征 动 力 学 速 度 慢 或 极 限 扩 散 电 流 小 的第 期 王 韬 等 含 重 金 属 离 子 废 水 治 理 技 术 的 研 究 进 展 废 水 处 理 系 统 开 辟 了 一 条 新 的 途 径 ” 。 三 维 电 极的 缺 点 是 床 内 电 流 电 位 分 布 不 均 , 有 可 能 导 致 局 部出 现 “ 死 区 ” 或 发 生 副 反 应 。对 三 维 电 极 的 研 究 ” 最 初 是 从 多 孔 介 质 开 始 ,年 和 设 计 了 流 化 床 三 维电 极 。 此 后 , 研 究 人 员 又 设 计 出 移 动 床 、 涡 流 床 、 滚筒 床 等 新 型 三 维 电 极 , 通 过 适 当 的 设 计 使 填 充 粒 子 在阴 极 馈 电 器 表 面 靠 重 力 缓 慢 移 动 或 成 涡 流 状 运 动 或随 滚 筒 运 动 , 既 保 证 了 粒 子 间 的 接 触 , 又 提 高 了 传 质速 率 。 喷 射 床 电 极 则 是 将 圆 柱 形 槽 体 底 部 做 成 圆 锥形 , 液 流 由 底 部 喷 嘴 喷 人 槽 中 , 使 槽 体 形 成 一 个 中 心区 , 作 为 避 免 电 极 结 块 的 搅 拌 区 。 总 之 , 采 用 三 维 电极 处 理 重 金 属 离 子 废 水 的 前 景 十 分 广 阔 。生 化 法生 物 膜 法 是 将 微 生 物 细 胞 附 着 在 固 体 载 体 上生 长 繁 殖 , 并 在 其 上 形 成 膜 状 生 物 污 泥 。 该 法 已 成为 当 今 废 水 生 物 处 理 研 究 领 域 的 主 流 , 具 有 污 泥 产生 量 少 、 参 与 净 化 反 应 的 微 生 物 种 类 多 且 存 活 时 间长 、 对 废 水 水 质 和 水 量 变 动 适 应 能 力 强 及 运 行 操 作简 单 方 便 等 优 点 。微 生 物 和 金 属 的 相 互 作 用 大 体 上 可 分 为 以 下情 形 ” 一 ” 。 许 多 细 菌 和 真 菌 都 能 通 过 胞 内 相 互 作用 使 汞 发 生 甲 基 化 作 用 , 但 在 环 境 中 发 生 甲 基 化起 主 导 作 用 的 是 硫 酸 盐 还 原 菌 细 胞 表 面 的 许 多官 能 团 能 够 与 金 属 离 子 发 生 相 互 作 用 微 生 物 与有 毒 金 属 通 过 胞 外 相 互 作 用 生 成 酸 性 代 谢 产 物 使金 属 与 沉 积 物 分 离 或 通 过 胞 外 多 糖 上 的 带 负 电 的官 能 团 产 生 金 属 络 合 物 , 这 些 官 能 团 为 丙 酮 酞基 、 磷 酞 基 、 经 基 、 唬 琅 酞 基 和 糖 酞 基 等 。 。 研 究 发现 ” , 胞 外 聚 合 物 可 和 金 属 元 素 发 生 较 强 的 相 互 作用 , 有 时 甚 至 是 成 键 作 用 。等 ” 评 述 了 利 用 无 活 性 微 生 物 体 吸附 重 金 属 离 子 技 术 , 指 出 其 优 点 是 不 受 对 细 胞 毒 化作 用 及 细 胞 本 身 生 理 特 征 、 生 长 性 质 的 限 制 , 原 料可 从 发 酵 行 业 廉 价 、 方 便 的 取 得 缺 点 是 , 因 死 细 胞本 身 无 代 谢 能 力 , 无 法 通 过 基 因 工 程 学 提 高 微 生 物的 处 理 潜 力 , 吸 附 过 程 中 不 能 改 变 金 属 离 子 的 化 合价 , 降 低 重 金 属 离 子 的 毒 性 。电 一 生 物 祸 合 法将 电 化 学 法 与 生 物 法 藕 合 , 发 挥 其 各 自 的 优势 , 进 一 步 提 高 含 重 金 属 离 子 废 水 的 处 理 效 果 , 是近 年 来 处 理 该 类 废 水 的 一 项 新 技 术 。与 通 常 情 况 不 同 , 在 生 物 体 系 中 进 行 电 解 有 其特 殊 性 ” , 为 了 不 影 响 微 生 物 的 活 性 , 电 解 或 电 沉积 电 流 密 度 必 须 较 低 。 曹 宏 斌 等 发 现 , 生 物 膜 耐电 性 远 强 于 游 离 细 菌 , 固 定 在 特 制 填 料 上 的 生 物 膜可 承 受 巧 刀 的 直 流 电 , 倍 于 游 离 细 菌 的 承 受能 力 。 适 当 的 电 场 条 件 不 但 能 强 化 重 金 属 离 子 的定 向 迁 移 , 而 且 能 调 节 微 生 物 的 代 谢 , 它 能 增 加 细胞 指 数 , 缩 短 有 丝 分 裂 周 期 , 提 高 有 丝 分 裂 速 度 和生 化 处 理 重 金 属 离 子 废 水 的 效 果 ” 。李 天 成 “ 提 出 了 电 沉 积 一 生 物 膜 复 合 工 艺 处理 含 重 金 属 有 机 废 水 的 方 法 在 此 基 础 上 , 刘 瑞轩 和 张 敬 分 别 选 用 电 镀 厂 含 和 的 实际 废 水 , 以 及 溶 度 积 相 差 悬 殊 的 , 和 模 拟 废水 进 行 实 验 研 究 。 等 用 电 生 物 膜 反 应 器 处 理 含高 浓 度 苯 酚 的 和 废 水 , 在 电 压 、 电 场 强度 、 电 流 密 度 刀 , 的 条 件 下 , 苯 酚 降 解率 提 高 了 , 岁 和 分别 在 和 内 降 至 以 下 , 达 到 国 家 规定 的 工 业 废 水 回 用 标 准 一 城 市污 水 再 生 利 用 工 业 用 水 水 质 。结 语随 着 现 代 化 工 业 的 发 展 , 许 多 江 河 湖 海 以 及 地下 水 都 受 到 含 重 金 属 离 子 废 水 的 严 重 污 染 , 废 水 中重 金 属 离 子 的 去 除 是 我 国 当 前 急 需 解 决 的 三 废 治理 问 题 之 一 , 也 是 可 持 续 发 展 战 略 所 面 对 的 必 然 课题 。 针 对 不 同 组 成 、 不 同 污 染 程 度 的 重 金 属 废 水 ,将 不 同 治 理 技 术 加 以 藕 合 , 充 分 发 挥 它 们 的 优 点 ,取 长 补 短 , 并 尽 量 避 免 处 理 方 法 之 间 的 相 互 抑 制 作用 , 从 而 使 藕 合 技 术 发 挥 出 更 好 的 功 效 , 将 是 该 类废 水 治 理 技 术 的 发 展 方 向 。参 考 文 献陈 勇 生 , 孙 启 俊 , 陈 钧 等 重 金 属 的 生 物 吸 附 技 术 研 究环 境 科 学 进 展 , , 一刘 晓 波 , 何 国 建 活 性 炭 三 维 电 极 对 印 染 废 水 的 处 理 研究 环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 , , 一林 海 , 营 小 东 , 李 天 听 活 性 炭 纤 维 电 化 学 处 理 染 料 废水 北 京 科 技 大 学 学 报 , , 一冯 逸 仙 , 杨 世 纯 反 渗 透 水 处 理 工 程 北 京 中 国 电 力 出版 社 , 一吴 国 琳 水 污 染 的 监 测 与 控 制 北 京 科 学 出 版 社 ,一, , 。一 化 工 环 保】 年 第 卷, , 一, , 随一 城, , 一梁 郁 强 , 贾 宗 剑 , 江 凤 仪 活 性 污 泥 吸 附 重 金 属 十 的研 究 环 境 技 术 , , 一张 英 , 徐 章 法 , 徐 伯 兴 等 电 化 学 工 艺 在 废 水 处 理 领 域的 应 用 上 海 化 工 , , 一, , ,一, ,一, ,一 一, , 一韩 妥 , 孙 来 九 , 王 瑛 重 金 属 捕 集 沉 淀 剂 处 理 含 络 合 铜废 水 的 工 艺 研 究 化 工 环 保 , , 一刁 , , 一周 军 , 金 奇 庭 电 解 法 处 理 废 水 的 研 究 进 展