重金属废水处理方法的研究进展

重金属废水处理方法的研究进展

水体是人类生态环境的重要组成部分，对环境具有一定的敏感性。由于人类活动影响,进入水体环境中的污染物质越来越多,特别是采矿、冶炼、化工、电镀、电子等行业的发展,以及民用固体废弃物不合理填埋堆放,重金属污染物事故性排放等使得各种重金属污染物进入水体。重金属污染物在水体中具有相当高的稳定性和难降解性,积累到一定限度就会对水体——水生植物——水生动物系统产生严重危害,并可能通过食物链直接或间接地影响到人体健康。水体重金属污染已经成为当今世界上最严重的环境问题之一,如何科学有效地解决重金属对水体的污染已经成为各国政府以及广大环保工作者研究的热点。1重金属污染处理技术的现状目前常用的重金属废水处理的方法主要有:中和凝聚沉淀法、硫化物沉淀法、还原法、离子交换法、吸附法等物理、化学方法。1.1废水中重金属离子的沉淀中和凝聚沉淀法是在含有重金属废水中加入碱进行中和,使其生成不溶于水的氢氧化物以沉淀形式分离。中和凝聚沉淀法应知道最适宜的pH值和处理后残品在溶液中的重金属离子浓度。然而,实际废水中重金属离子常常与其他成分共存,理论上不形成沉淀。例如,废水中的卤素、氰离子、氨离子等与其他金属形成稳定的络合物共存时,对氢氧化物生成反应有影响,甚至不形成沉淀。另外,锌和铅在高pH范围内形成络合物,有再溶解的倾向。对于六价铬Cr(Ⅵ)以铬酸根离子(CrO2−442-)存在,即使在碱性介质中也不形成沉淀,而只有三价铬Cr(Ⅲ)离子的还原处理采用氢氧化铬沉淀方法。所以此法在实际应用中要考虑共沉现象、络合现象对金属沉淀的影响。1.2金属离子检测在含重金属的废水中加入硫化钠溶液,使重金属以硫化物的形式沉淀。由于重金属离子与S2-有着很强的亲合力,能生成溶度积很小的硫化物,使重金属处理完全。Cd>Hg>Ag>Ca>Bi>Cu>Sb>Sn>Pb>Zn>Ni>Co>Fe>As>Ti>Mn,前面的金属比后面的易与S2-形成硫化物,其溶解度也越小,处理起来越容易。硫化物沉淀在形成过程中容易产生胶体,给分离带来困难,不仅沉淀物分离需要合适的pH值条件,而且硫化钠、硫氢化钠等无机硫化物与酸性物质接触,产生硫化氢气体,所以在安全技术方面要求严格。1.3价还原至溢价含金属离子废水用还原剂接触反应,将金属离子由高价还原至低价。还原剂常用的是硫酸亚铁和亚硫酸盐。例如,沉淀铜法是让废水通过装有铁屑的流槽中,Cu2+被还原为Cu,积于铁屑表面而加以回收。1.4交换剂和电解质液间进行用离子交换树脂把溶存在废水中的离子交换到离子交换体中,除去或者回收重金属。它是在固相离子交换剂和液相电解质溶液间进行的。离子交换树脂一般以苯乙烯、二乙烯基苯的聚合物为基体,其上附加离子交换基的粒状或膜状树脂。由于离子交换树脂价格昂贵,再生也需要很高的费用,因此,一般废水处理上很少使用,但它用于处理量小,毒性大,有回收价值的重金属是不错的方法。1.5金属吸附活性炭法:金属氢氧化物基础上的活性炭吸附法是利用吸附剂吸附溶存于废水中重金属离子的一种方法,主要使用的吸附剂是活性炭。调解溶液至碱性,由于形成不易溶解的金属氢氧化物,金属吸附到活性炭上的性能大大地改善。例如,吸附法除汞:在卤素离子的存在下,pH在1～2时,生成汞-卤化物,汞被吸附到活性炭上的性能就大大增加了;把汞的形式转化,使其在碱性介质中生成硫化物,也可以增大汞在活性炭上的吸附。1.6回收水中物质是一种膜分离技术。通过反渗透,废水得到浓缩,而被压过膜的水得到了澄清。用它处理工业废水,即可回收水中有用物质,又可回收水可以供重复使用。因此,它可以用作废水处理的一种高级手段。工业上,废水处理常用的反渗透膜以醋酸纤维素膜为多,孔径为20～50埃。其大小只能让水通过,该膜适用于pH范围3～8。膜易被废水中的有机物和污染物堵塞,使水产量降低和膜寿命缩短。2重金属离子浓度低的危害传统的物理、化学方法处理含重金属离子废水都因为操作过程繁琐且具有二次污染而不够理想,尤其是当重金属离子浓度较低时,往往由于操作费用和原材料成本相对较高而难以投入实际应用。而借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的生物技术(生物吸附、植物修复等),以其原材料来源丰富、成本低廉等优势而倍受关注。2.1影响吸附效果的因素生物体借助化学作用吸附金属离子称为生物吸附。其吸附机理较为复杂:生物吸附主要包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化还原反应等过程。生物吸附的影响因素有很多,一般认为pH值、温度、吸附剂粒径大小、化学预处理、吸附时间、重金属离子初始浓度等因素对吸附效果都有影响。生物吸附法具有如下特点:(1)在低浓度下,金属可以被选择性地去除;(2)节能、处理效率高;(3)操作的pH值和温度条件范围宽;(4)易于分离回收重金属;(5)吸附剂易再生回用;(6)能利用从工业发酵工厂及废水处理厂中排放出大量的微生物菌体,用于重金属的吸附处理,在废物利用的同时也解决了重金属污染的净化问题。因此,生物吸附技术在处理重金属污染和回收重金属方面有广阔的应用前景。但目前生物吸附技术还只是处于经验、实验室阶段,在实用化和工业化应用中还存在着许多问题有待研究解决:微生物细胞吸附重金属的机理如何基因工程技术怎样构建具有较强吸附能力或特异性能吸附金属能力的微生物;怎样选择合适的材料和固定化技术;如何完善吸附柱或流化床的工艺等诸多问题都需要做更加深入、细致的研究。2.2生物处理技术广义上的植物修复技术是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技术的总称。目前有关植物修复技术仍主要集中在无机污染(重金属和类金属)植物修复上。重金属污染植物修复的内容主要包括植物萃取、植物稳定、植物挥发、根系过滤和种苗过滤等。植物修复技术与其他的技术相比具有技术和经济上的双重优势,实施较简便、成本较低、对环境扰动少。种植植物不仅可以净化和美化环境,而且在清除土壤中重金属污染物的同时,可以从富含金属的植物残体中回收贵重金属,取得直接的经济效益。缺点是治理效率较低,不能治理重污染土壤。植物修复技术作为一种新的污染治理替代技术已被证明具有极大的潜力和市场前景,但目前许多研究是根据盆栽试验估算出相应的植物修复潜力,因此植物修复技术从实验室走向产业化应用还需时日。如上所述,虽然重金属处理方法较多,但可根据不同废水的种类、性质、组成以及处理后达到的环境标准要求,选择合适有效的方法。由于生物技术处理重金属废水具有效率高、成本低、二次污染少等优点,近年来