【《含Ni2+废水的处理分析现状与进展国内外文献综述》4300字】

11含Ni2+废水的处理研究现状与进展国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u7784含Ni2+废水的处理研究现状与进展国内外文献综述 199131.1化学法处理含Ni2+废水的研究现状与进展 1124101.2生物法处理含Ni2+废水的研究现状与进展 2101211.3物理化学法处理含Ni2+废水的研究现状与进展 3依据含Ni2+废水的产生不同、类型不同及重金属在水中的存在状态不同，处理的手段也不一样。目前，国内外常用的含Ni2+废水的处理方式有三种，即化学处理法、生物处理法及物理化学处理法。1.1化学法处理含Ni2+废水的研究现状与进展化学法是指通过产生化学反应去除水中重金属离子的方法，具体方法是化学沉淀法、化学还原法和电化学法等。（1）化学沉淀法化学沉淀法是采用中化学物质，使水中污染物质分离出来，进而减少水中重金属含量的方法，具有技术完善、投资不高、去除成本不高等优势。研究人员对于化学沉淀法处理含Ni2+废水进行了大量的探究，郭琳[13]等人将硫化钠和硫酸亚铁连用来处理含Ni2+废水，研究表明在pH=2.0、FeSO4·7H2O投加量为1.29g/L、Na2S的投加量为0.52g/L、LIME的投加量为1.12g/L及PAM投加量为0.02g/L的条件下进行试验，反应后废水中的Ni2+浓度从20.5mg/L减小到0.022mg/L，99%以上的Ni2+可被沉淀；李乐卓[14]等以中和共沉淀-铁氧体法处理含Ni2+、Cr2O72-废水，在Fe2+/(Ni2++Cr2O72-)=9、pH=9.0及溶液温度为70℃条件下，Ni2+、Cr2O72-去除率都能达98.0%以上；此外，又有黄新等人使用Na2CO3作为沉淀剂处理含Ni2+废水，研究表明，在Na2CO3浓度为100mg/L、Ni2+浓度为2g/L、pH>9.3、溶液温度在74℃的试验条件下，Ni2+的去除效果最佳，Ni2+基本完全转化为NiCO3[15]。化学沉淀法处理含Ni2+废水具有诸多优点，但通常情况下，单独的化学沉淀法处理后很难满足排放要求，需要结合其它工艺进一步处理，且反应后会产生较多的含镍污垢，既额外的增加了处理成本，又容易造成二次污染[16,17]。（2）化学还原法化学还原法是一种比较可行的含重金属废水解决方案，即在处理重金属废水的过程中添加有机的、无机的以及离子态等类型的还原剂还原重金属离子，而后将被还原后产生的沉淀物进行分离，即可达到废水处理的目的。王琳等制备了新型羧甲基纤维素钠桥联FeS材料，并对电镀厂镍原水、镍初级处理水以及终处理水等高浓度含Ni2+废水进行处理，研究表明，在pH为9.5、羧甲基纤维素钠桥联FeS或Na2S·9H2O投加量为200mg/L条件下，处理后三种废水的镍含量均小于0.1mg/L[18]；陈仪取摸索了纳米FeS溶胶对于含镍废水的处理及应用，研究结果表明，在纳米材料的投加量为计算使用量的1.2-1.5倍、pH为3.0-6.0的范围内，反应15min即可使废水中的Ni2+浓度不超过0.5mg/L[19]，具有较好的处理效果。化学还原法处理重金属废水具有运行简便、处理花费不高等优点，但该方法适用范围不广泛，处理重金属离子后的废水显碱性，且加入的还原剂可能会引发二次污染[20]。（3）电化学法电化学法是在电流作用下，处理含高浓度重金属废水的十分有力的方法[21]。电化学法由于具有反应灵敏、速度快、能力强和重金属能回收利用等[21]优点而被使用于环境保护方向。杨剑谭探讨了微电解法对含Ni2+废水的效用，研究结果表明，在废水pH为3.0、总投加量为120.0g/L、铁炭投加量相等的条件下，电解2h，微电解法可去除废水中64.49%的Ni2+[22]；李存海等人采用絮凝与电解法结合的方法处理含Ni2+废水，先以NaOH溶液调节废水pH至9.0使部分重金属离子沉淀，而后加入一定量的KAI(SO4)2·12H2O、聚合硫酸铁（PFS）和阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）进行絮凝，随后在槽电压4.5V下电解4h即可使废水中Ni2+含量满足排放要求[23]；此外，专利201711397170.8提出了一种含有锌镍络合物电镀废水解决的方法，该方法在pH为3.0-6.0、25-45mA/cm2的电流密度、1-2.5g/L的NaCl浓度及40-80r/min的搅拌速度的条件下对废水处理能力较强[24]。电化学法处理含Ni2+废水效果较好，并取得了较大的研究成果，但其能耗高、环境要求高等缺点对电解法的应用起到了一定的限制。1.2生物法处理含Ni2+废水的研究现状与进展生物法是凭借微生物或植物的提取、富集等作用减少废水中重金属的方式，包括以下几种。（1）微生物电解法微生物电解法是在微生物电解池（MEC）及外加电压的共同作用下，将重金属离子处理减少的方法[25]，具有消耗少、能大量用于废水中的重金属再利用等优点。科研人员对于微生物电解法处理含Ni2+废水进行了大量研究，其中赵欣等研究了单室微生物电解池对含Ni2+模拟废水的去除效果，结果表明，在Ni2+浓度为12.5mg/L、外加电压为0.7V、初始pH为7.0、PBS浓度为100mmol/L条件下，可减少88.2%的镍[26]；而BangyuQin等人以不锈钢为阴极、碳毡为阳极，对双室微生物电解池处理含Ni2+废水进行了研究，并探索了柠檬酸盐作为还原剂对Ni2+还原的影响，研究表明，在未加柠檬酸盐、pH为6.0、30℃的情况下，Ni2+的去除效果随着二硫酸盐摩尔比的增大而变好，去除率高达99%[27]。微生物电解法能耗低，处理效果好，但其对高浓度含Ni2+废水的处理效果不佳，且对废水水质要求较高。（2）生物吸附法生物吸附法处理电镀废水主要是凭借人工培育的细菌来实现的，其关键问题在于可用于吸附Ni2+的菌种难以寻找[28]。庞秀芬等人从水体环境中筛选出对Ni2+有富集性能的特殊菌种，在温度、pH适宜的条件下培育将近半小时，y188细胞对实验室废水中Ni2+的去除率为98.49%[29]；此外有试验研究显示，红杆菌对Ni2+的去除率较高，白腐菌对Ni2+的最高去除能力接近56mg/g[30]。生物法吸附法处理电镀含Ni2+废水具有没有二次污染、综合处理能力强、运行费用低等优点，但其处理菌生长速度慢，花费时间不短，且回用领域受到约束[31]。（3）水生植物富集法水生植物富集法是运用金属富集植物或超金属富集植物提取、除去或富集废水中重金属的方法[32]。宋力等选取水景植物荷花、睡莲对黑臭河道沉积物重金属Cd2+、Cr3+、Cu2+、Ni2+和Pb2+进行去除研究，并探究了种植植物后沉积物中重金属的变化及重金属在植物中的分布特征。研究表明，睡莲与荷花对于沉积物中Cd2+的去除率分别达到36.7%和31.4%，睡莲对沉积物中Ni2+的去除效率仅为12.4%，荷花对沉积物中Ni2+和Pb2+的去除率分别为20.1%和20.1%[33]；管东红等人介绍了，水浮莲、水葫芦、浮萍及槐叶苹，四种著名的水生植物修复重金属的机理和作用[34]；谢辉主要研究了水葫芦茎叶和根系的重金属富集规律，结果表明，水葫芦根对Zn2+的最大去除率为81.8%[35]。但水生植物处理污水的见效时间相比物理、化学等手段来说较长，并且相关研讨比较缺少。生物法虽具有不会再次污染、避免化学药品、污垢产生少、综合处理能力强、可将Ni2+、Cu2+、Zn2+等重金属离子有效去除及运转花费少等优势，但处理菌生长缓慢，一般至少要一天以上，处理时间长，效果缓慢，并且处理后废水虽然能够再次利用，但水里微生物很多，制约其多次利用的领域，这些都对生物法的使用起到了约束作用。1.3物理化学法处理含Ni2+废水的研究现状与进展物理化学法是指废水中的重金属在不转变其化学形态的条件下进行提取、提高浓度、从水中分出来的方法，具体方法包括以下几种。（1）膜分离法膜分离法是使用渗透膜的选择透过性对水中不同组分进行分离，在外界压力作用下，一些分子量比较大的物质被阻拦下来，从而将水中的物质和液体分离开来，实现净化水体中重金属污染物的效果[36,37]，主要包括液膜法、电渗析法和反渗透法等。液膜分离技术有运用简略、去除效果优异和不会再次造成污染等优势，因此该措施在环境治理、化工废水和电镀废水等方面被大规模的应用[38]。万金宝等人结合中和-微滤工艺处理重金属酸性废水，结果表明，在pH为9.0-9.5的区间内、添加絮凝剂的条件下，机械搅拌60min后，初始浓度为133.2mg/L的Zn2+、Pb2+的去除率分别达到了99.92%和99.77%，具有良好的处理效果[39]。但是由于液膜稳定性差，出水水质无法保证。电渗析法是在外加电力的驱使下，利用离子自身性能，将废物从水中分离移除的技术[40]。ChenxiaoJiang等人设计电渗析系统以去除Cr3+（电镀废料）和乙酰丙酮（acac，制药废料）混合所得的络合物（Cr(acac)n(3−n)+），研究结果表明，Cr3+和乙酰丙酮的去除率分别达到了99.5%和97.8%[41]。电渗析法能够高效的去除溶液中的重金属，然而电渗析运行过程中易发生浓差极化而生成水垢。反渗透法是在压力驱动下溶液通过反渗透膜系统，实现溶液中的溶剂和溶质分离的过程[42]。反渗透技术由于处理范围广、污水水质包容性强，在化工及环境工程方面渐渐广泛的运用起来。Mohsen-Nia等采用反渗透技术处理含二价铜和镍离子的重金属废水得到了优异的效果，实现了99.5%的去除率[43]。但是反渗透法也存在能量消耗多、花费较高等不足，影响了其进一步的工业化运用。（2）离子交换法离子交换法是利用树脂含有的氨基、羟基、羧基等活性基团能与重金属离子产生螯合反应的原理[44]，处理污染物。离子交换树脂是一种具有格子状结构、含有特殊能力基团的高分子物质。树脂功能与重金属去除有较大关系，经常被使用的离子交换树脂有阴阳离子交换树脂和腐植酸树脂等。付永胜等[45]制备了木质素离子交换树脂，在25℃条件下，其对二价镉的富集量将近92.15mg/g；吝珊珊等[46]人采用离子交换树脂去除城市污泥酸浸液中的Zn2+、Cu2+、Ni2+、Pb2+等重金属，研究结果表明，在树脂用量为40g/L、pH=3.0、45℃的条件下具有较好的处理效果；Nguyen等以DowexG-26.7树脂处理浓度为0.5-0.7g/L的CuSO4废水，实验结果表明，在pH=2.5、反应时间为14min、A/R=100mL/g的条件下，材料对Cu2+的吸附率达99.6%[47]。离子交换法具备去除速率快、使用设备简单、方面操作等优势，已被判定为去除废水中重金属的有效、方面的方法，但是离子交换法存在树脂易被氧化而失效、再生频繁且再生液需进一步处理，额外增加了操作费用，使得离子交换法在使用过程从受到限制，且富集重金属后的离子交换树脂是危险废弃物，危害性极大。（3）吸附法吸附法因具有高效的重金属去除能力和较强的经济可行性，而成为应用最多、最具前途的方法之一[48]。吸附法主要是吸附材料利用其材料中存在各种有机基团与金属离子结合，从而可以明显地移除水中的重金属。常见的吸附材料有活性炭、陶瓷、硅藻土、分子筛、煤渣、钢屑、粉煤灰及其改良后的材料等。黄喜寿等采用吸附法去除铅锌冶炼废水中的Pb2+和Ni2+，在吸附材料投加量为0.1g/L、Ni2+离子浓度100μg/L、室温及pH为7.0的条件下，Ni2+的去除率可达96.3%[49]；D.Sivakumar等人采用竹子制备活性炭吸附材料以用于电镀含Ni2+废水的处理，探究了材料投加量、机械搅拌速度、活性炭粒径及Ni2+稀释浓度的影响，结果表明，在吸附剂投加量为为1.5g/L、机械搅拌速度为25rpm、稀释浓度为75%、粒径为0.6mm的条件下，反应110min时溶液中98.7%的Ni2+得到去除[50]；唐楚寒等人充分利用高岭土高机械强度及多孔结构的特点对壳聚糖进行改性，合成了新型重金属吸附剂-高岭土负载改性壳聚糖，降低了壳聚糖处理污水的成本，并研究了材料去除水中Cu2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+等重金属离