【《染料重金属废水处理研究的文献综述》2900字】

染料重金属废水处理研究的文献综述去除受污染水域中的重金属离子是目前最困难和最具有挑战性的任务。因此，最好在将废水向水资源排放之前，就对废水中所含的重金属进行净化和去除。去除重金属离子污染物的效率取决于水或废水处理技术。化学沉淀法、混凝-絮凝法、离子交换法、膜分离法和吸附法都是比较常见的处理技术。然而，它们也有其固有的优点和局限性。1化学沉淀法化学沉淀是一种用于去除重金属的有效技术，主要用于处理造纸生产和电镀工业的排放废水。在处理过程中，一些沉淀剂被投入至废水中与废水中的重金属发生沉淀反应，形成沉淀，其中石灰因为可用性较强又成本低廉，被用作最常用的沉淀剂[24]。通过这种反应，金属可以通过沉淀，自然分离后被去除。通过优化pH值、温度、初始浓度和离子电荷等参数，可提高去除能力和效率。化学沉淀去除重金属的机制如式（1-1）所示。 M2++2(OH)其中M2+为金属离子，OH−为沉淀剂，M(OH)2为产生的沉淀。在氢氧化物沉淀过程中使用混凝剂可提高过滤或沉淀对重金属的去除效果。另一方面，金属硫化物沉淀也属于化学沉淀法的一种，这种方法产生的污泥通过重力沉降或过滤去除。由于硫化物离子和H2S的毒性，该工艺需要预处理和后处理，此外还需要精确控制试剂的添加。因此，化学沉淀法虽然投资成本低，操作简单，易于自动化，在pH为碱性条件（9-11）时，处理效果最好，但这也意味着在进行化学沉淀处理前还需适当调节废水pH，增加了技术成本，在沉淀反应过程中，不仅需要大量的化学物质将重金属降低到可接受的放电水平，金属沉淀速度缓慢，沉降效果差，还会在反应结束后产生大量需要进一步处理的有毒化合物的污泥，不符合绿色经济的理念[24,25]。化学沉淀法也不适用于低浓度重金属废水的处理，限制了其在染料复合废水的应用[26]。2混凝-絮凝法凝固-絮凝法是去除重金属的高效物理化学方法[27]。在第一阶段，通过添加混凝剂使胶体颗粒不稳定，导致混凝沉降，为了增大粒径，不稳定的颗粒先絮凝成较大的颗粒，该技术能有效减少浊度、NOM和其他废水污染物[28]。最广泛使用的混凝剂有硫酸铝、硫酸铁、聚合氯化铝（PACl）、聚合硫酸铁（PFS）和聚丙烯酰胺（PAM）[29]。在第二阶段，絮凝体在温和搅动下凝聚，沉淀，然后作为污泥处置。由于其多功能性，该工艺可作为前处理、后处理或主要废水处理。混凝-絮凝法产生的污泥易于沉降和脱水，比较经济，但由于化学物质的消耗较大，重金属去除不完全，运行成本较高。混凝-絮凝法产生的大量的污泥可能阻碍其作为全球污水处理技术的采用，这可以归因于有毒污泥必须转化为稳定的产品，以防止重金属泄漏到环境[30]。3离子交换法在离子交换过程中，不溶性物质（树脂）从电解质溶液中除去离子，并以化学当量的量释放出相同电荷的其他离子，而且该过程中树脂的结构不会发生任何变化[31]。最常见的离子交换材料是合成有机树脂，无机三维基质和新一代混合材料[32]。使用足够的离子交换树脂可以为污染控制要求提供有效且经济的解决方案[33]。离子交换完毕，可分离装载的树脂，用合适的试剂洗脱可以回收更浓的金属。金属离子去除过程中发生的物理化学相互作用可以用式（2-2）表示[31]: nRSO3树脂溶液树脂溶液其中RSO3-和Mn+表示附着在离子交换树脂的阴离子基团和金属阳离子，而n是反应组分的系数，取决于金属离子的氧化状态。离子交换法处理效率高，反应时间短，可有效处理无机污染废水，且较化学沉淀法和混凝-絮凝法来说不会产生污泥，方便清理，低成本的材料和树脂均可以重新再生。但是它们的性能具有高度特异性，树脂不适用于所有重金属；离子交换体系对溶液的pH高度敏感，且在离子交换处理之前必须强制对废水进行预处理，投资和运营成本高[34,35]。4膜分离法膜分离技术所用的膜简而言之就是一种屏障，它允许所选组化合物通过的同时又能阻挡其他化合物的通过。该技术可用于悬浮固体，有机和无机污染物的去除[36]。根据它的制造材料，膜被归类为有机（由合成有机聚合物制成，例如聚乙烯或醋酸纤维素）或无机（陶瓷，金属，沸石，二氧化硅等）[37]。膜过程可以根据其驱动力进行分类：由低压（微滤（MF），超滤（UF），蒸馏）驱动，由高压（纳米滤窝（NF）和反渗透（RO））和通过渗透压（例如，直接渗透（FO），电渗析（ED）和液体膜（LM））[38]。其中MF，UF，NF和RO是比较常用的方法，但这些方法在去除过程中需考虑孔的尺寸和分布，表面电荷，亲水程度，溶液的流动和官能团等因素[38]。以RO为例，RO膜可以除去高达99％的金属和金属离子，它不仅可以用来处理废水，还可以净化其他类型的水（如地下水[39]）。去除效率高是普遍膜分离技术的优点，在膜分离过程中，无需化学添加剂，无涉及相变，无二次污染，整个环节又节省能源又环保，但它仍受尺寸或空间、充电排斥效应的限制，工艺复杂，还会因为在产生膜污垢，渗透通量降低的同时还会对膜造成污染，需要不时更换膜而增加运营成本[40]。5吸附法吸附是去除水中重金属的最佳方法之一。它是污染物从气体或液体阶段传播，在固体或液体凝结相（吸附剂）上通过分子间作用力，化学反应等形成分子或原子层，以此从气相或者液相中分离重金属的过程[41]。由于成本低、环保、选材范围广、可重复使用，吸附法已广泛应用于商业领域，关于吸附剂的制备也是废水处理研究的热点。活性炭（AC）、聚合物材料、生物材料、磁性材料、农业和工业残留物是一些最常用的吸附剂[42]。图1.1为这些吸附剂吸附过程的示意图。同样地，目前这些常用的吸附剂仍存在不足，比如在控制高效率的同时成本也随着增高，保持高效率低成本时又缺乏回收性能。因此，开发兼具高吸附性能、低生产成本、可重复性利用的新型吸附剂材料仍是当前基础研究和实际应用的重要课题。近年来，为保证低成本，农业或工业等一些废弃物衍生而来的吸附剂越来越受到关注，如污泥、柚子皮、稻壳、鱼骨等等[43-46]，这些废弃物不仅低成本，还更遵循保护环境、资源再利用的理念，基于此，未来越来越多的废弃物的回收利用会成为研究关注热点。图1.1吸附法应用于水处理的步骤[36]Fig.1.1Stepsofadsorptionmethodapplinginwatertreatment参考文献[1] 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