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重金属废水处理方法综述

发布时间:2011-12-1 15:59:07  中国污水处理工程网

在环境与人类健康领域,重金属主要指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等重金属[1]。他们以不同的形态存在于环境之中,并在环境中迁移、积累。采矿、冶金、化工等行业是水体中主要的人为污染源。重金属在食物链中的过量富集会对自然环境和人体健康造成很大的危害。有效处理水体中过量的重金属,能够有效降低食物链中各种动植物体内重金属的含量,从而减轻对人类的危害。为此,人们通过实践,提出了一些治理重金属废水的方法。

1重金属废水处理方法进展

1.1沉淀法

1.1.1氢氧化物沉淀法

往重金属废水中加入碱性溶液,利用OH-与重金属离子反应生成难溶的金属氢氧化物沉淀,通过过滤予以分离[2]。氢氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次沉淀法两种。分步沉淀法是分段加入石灰乳,利用不同的金属氢氧化物在不同的pH值下沉淀析出的特性,依次回收各种金属氢氧化物。一次沉淀法则是一次性投加石灰乳,使溶液达到额定的pH值,从而使废水中的各种重金属离子同时以氢氧化物沉淀的形式析出。

1.1.2硫化物沉淀法

将重金属废水pH值调节为一定碱性后,再通过向重金属废水中投加硫化钠或硫化钾等硫化物,或者直接通入硫化氢气体,使重金属离子同硫离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀,然后被过滤分离[2]。由于金属硫化物的溶度积比相应的金属氢氧化物的溶度积小得多,因此,硫化物沉淀法比氢氧化物沉淀法具有更多的优点,比如沉渣量少,容易脱水,沉渣金属品位高,有利于金属的回收。可是硫化物沉淀法也有不足之处,比方说硫化物结晶比较细小,难以沉降,因而应用也不是很广。

1.1.3还原-沉淀法

这种方法的原理是,用还原剂将重金属废水中的重金属离子还原为金属单质或者价态较低的金属离子,先将金属过滤收集,然后再往处理液中加入石灰乳,使得还原态的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀收集[2]。铜和汞等的回收可以利用这种方法,该法也常用于含铬废水的处理。较常使用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、铁粉等。

1.1.4絮凝浮选沉淀法

通过添加絮凝剂使得重金属废水中的小胶体颗粒稳定性变差,聚集形成大颗粒胶体物质,最终通过重力作用沉淀下来[3]。为增大胶体颗粒的尺寸,采用浮选的办法,用于将不稳定的胶体粒子变为固相絮凝物。这一浮选过程一般包括两个重要的步骤,一是调节pH值,二是加入含铁或铝盐的絮凝剂,以克服离子间静电排斥导致的稳定作用。

1.2物理化学法

1.2.1 吸附法

(1)物理吸附法

活性炭是最早使用的吸附剂,也是目前使用最广泛的吸附剂。之所以能够进行物理吸附,是因为活性炭具有高的比表面积以及高度发达的孔隙结构。后来在此基础上又出现了活性炭纤维等衍生物,去除效率高,但价格比较昂贵。能够用于物理吸附的材料还有各种矿物质以及分子筛等。

(2)树脂吸附

环保是树脂吸附法的一个重要的特点[4],这种方法能够分离、纯化、回收重金属,效果显着。主要是由于树脂中含有各种活性基团,比较典型的有羟基、羧基、氨基等,能够与重金属离子进行螯合,因而这些功能性树脂材料能有效的吸附重金属离子。根据活性基团的种类不同,分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

(3)生物吸附

近些年来,很多研究者将各种生物(如植物、细菌、真菌、藻类以及酵母)经处理加工成生物吸附剂,用于处理含重金属废水。生物体具有特定的化学结构以及成分特征,而生物吸附法的主要原理,就是利用生物体的这些特性来吸附溶于水中的重金属离子。生物吸附法具有几个特点:①生物吸附剂可以降解,一般不会发生二次污染;②来源广泛,容易获取并且价格便宜;③生物吸附剂容易解析,能够有效地回收重金属。

1.2.2浮选法

往重金属废水中通入气体产生气泡,废水中的胶体颗粒会附着在气泡表面,这些胶体粒子可随气泡的上浮从而实现将依附在粒子上的重金属离子加以分离。该方法具有如下优点:对小粒子的去除效果好,操作省时,费用低廉,在一定条件下,既可消除重金属污染,又可回收金属,并且还能避开某些重金属氢氧化物或碳酸盐过滤困难的问题。

1.2.3离子交换法

用离子交换树脂把废水中的重金属离子交换出来,从而除去重金属离子。不过,离子交换树脂价格昂贵,其再生费用也比较高,所以,在废水处理中使用很少。但对于少量有回收价值的有毒金属来说是个不错的方法。

1.3电化学处理技术

1.3.1电解法

电解法[4]的主要原理,是对重金属废水进行电解时,重金属离子在阴极得到电子被还原,这些重金属要么沉淀在电极表面,要么沉淀到反应槽底部,从而起到降低废水中重金属含量的效果。

1.3.2电沉积

这种方法的原理是,在传统的化学沉淀方法中,加入电压,通过改变溶液的电势,促进重金属离子更好地沉淀。电沉积在酸性和碱性废液中都适用[4]。

1.4生物化学法

1.4.1生物塘净化法

该方法的原理,是利用复合的水生生态系统的协同作用,完成对重金属污染物的吸收、积累、分解以及净化作用[5]。

1.4.2植物修复法

重金属污染植物修复,是指利用植物的生命活动,提取,吸收并固定被污染水体中的重金属离子,从而达到减轻重金属废水危害的目的。

2 重金属废水处理技术展望

以上所述方法都有各自的优缺点,在使用这些方法的时候需要根据重金属废水的具体特点进行方案的设计。很多时候,单一的方法往往很难取得较好的效果,同时使用两种或者多种方法则可以更好更快地达到治理重金属废水的目的。所以,将来在重金属废水处理领域,各种处理方法的复合应用会收到较好的效果。(谷腾水网)

参考文献:

[1]李爱琴, 王阳峰, 杨珊娇. 浅谈重金属污染对健康的危害[J]. 河南机电高等专科学校学报, 2005, 13(4): 49-50.

[2]《三废治理与利用》编委会. 三废治理与利用[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995.

[3] 杨杰. 工业废水中重金属离子的处理方法[J]. 城市给排水. 2007, 21(5): 23-25

[4] 余萍, 任月明, 张密林. 处理重金属废水技术的研究进展[J]. 环境科学与管理, 2006, 31(7): 103-108.

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