重金屬?gòu)U水處理方法綜述
在環(huán)境與人類健康領(lǐng)域,重金屬主要指汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、砷(As)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鈷(Co)、鎳(Ni)等重金屬。他們以不同的形態(tài)存在于環(huán)境之中,并在環(huán)境中遷移、積累。采礦、冶金、化工等行業(yè)是水體中主要的人為污染源。重金屬在食物鏈中的過(guò)量富集會(huì)對(duì)自然環(huán)境和人體健康造成很大的危害。有效處理水體中過(guò)量的重金屬,能夠有效降低食物鏈中各種動(dòng)植物體內(nèi)重金屬的含量,從而減輕對(duì)人類的危害。為此,人們通過(guò)實(shí)踐,提出了一些治理重金屬?gòu)U水的方法。
1重金屬?gòu)U水處理方法進(jìn)展
1.1沉淀法
1.1.1氫氧化物沉淀法
往重金屬?gòu)U水中加入堿性溶液,利用OH-與重金屬離子反應(yīng)生成難溶的金屬氫氧化物沉淀,通過(guò)過(guò)濾予以分離。氫氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次沉淀法兩種。分步沉淀法是分段加入石灰乳,利用不同的金屬氫氧化物在不同的pH值下沉淀析出的特性,依次回收各種金屬氫氧化物。一次沉淀法則是一次性投加石灰乳,使溶液達(dá)到額定的pH值,從而使廢水中的各種重金屬離子同時(shí)以氫氧化物沉淀的形式析出。
1.1.2硫化物沉淀法
將重金屬?gòu)U水pH值調(diào)節(jié)為一定堿性后,再通過(guò)向重金屬?gòu)U水中投加硫化鈉或硫化鉀等硫化物,或者直接通入硫化氫氣體,使重金屬離子同硫離子反應(yīng)生成難溶的金屬硫化物沉淀,然后被過(guò)濾分離。由于金屬硫化物的溶度積比相應(yīng)的金屬氫氧化物的溶度積小得多,因此,硫化物沉淀法比氫氧化物沉淀法具有更多的優(yōu)點(diǎn),比如沉渣量少,容易脫水,沉渣金屬品位高,有利于金屬的回收??墒橇蚧锍恋矸ㄒ灿胁蛔阒?,比方說(shuō)硫化物結(jié)晶比較細(xì)小,難以沉降,因而應(yīng)用也不是很廣。
1.1.3還原-沉淀法
這種方法的原理是,用還原劑將重金屬?gòu)U水中的重金屬離子還原為金屬單質(zhì)或者價(jià)態(tài)較低的金屬離子,先將金屬過(guò)濾收集,然后再往處理液中加入石灰乳,使得還原態(tài)的重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀收集。銅和汞等的回收可以利用這種方法,該法也常用于含鉻廢水的處理。較常使用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、鐵粉等。
1.1.4絮凝浮選沉淀法
通過(guò)添加絮凝劑使得重金屬?gòu)U水中的小膠體顆粒穩(wěn)定性變差,聚集形成大顆粒膠體物質(zhì),最終通過(guò)重力作用沉淀下來(lái)。為增大膠體顆粒的尺寸,采用浮選的辦法,用于將不穩(wěn)定的膠體粒子變?yōu)楣滔嘈跄?。這一浮選過(guò)程一般包括兩個(gè)重要的步驟,一是調(diào)節(jié)pH值,二是加入含鐵或鋁鹽的絮凝劑,以克服離子間靜電排斥導(dǎo)致的穩(wěn)定作用。
1.2物理化學(xué)法
1.2.1 吸附法
(1)物理吸附法
活性炭是最早使用的吸附劑,也是目前使用最廣泛的吸附劑。之所以能夠進(jìn)行物理吸附,是因?yàn)榛钚蕴烤哂懈叩谋缺砻娣e以及高度發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。后來(lái)在此基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了活性炭纖維等衍生物,去除效率高,但價(jià)格比較昂貴。能夠用于物理吸附的材料還有各種礦物質(zhì)以及分子篩等。
(2)樹(shù)脂吸附
環(huán)保是樹(shù)脂吸附法的一個(gè)重要的特點(diǎn),這種方法能夠分離、純化、回收重金屬,效果顯著。主要是由于樹(shù)脂中含有各種活性基團(tuán),比較典型的有羥基、羧基、氨基等,能夠與重金屬離子進(jìn)行螯合,因而這些功能性樹(shù)脂材料能有效的吸附重金屬離子。根據(jù)活性基團(tuán)的種類不同,分為陽(yáng)離子交換樹(shù)脂和陰離子交換樹(shù)脂。
(3)生物吸附
近些年來(lái),很多研究者將各種生物(如植物、細(xì)菌、真菌、藻類以及酵母)經(jīng)處理加工成生物吸附劑,用于處理含重金屬?gòu)U水。生物體具有特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及成分特征,而生物吸附法的主要原理,就是利用生物體的這些特性來(lái)吸附溶于水中的重金屬離子。生物吸附法具有幾個(gè)特點(diǎn):①生物吸附劑可以降解,一般不會(huì)發(fā)生二次污染;②來(lái)源廣泛,容易獲取并且價(jià)格便宜;③生物吸附劑容易解析,能夠有效地回收重金屬。
1.2.2浮選法
往重金屬?gòu)U水中通入氣體產(chǎn)生氣泡,廢水中的膠體顆粒會(huì)附著在氣泡表面,這些膠體粒子可隨氣泡的上浮從而實(shí)現(xiàn)將依附在粒子上的重金屬離子加以分離。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn):對(duì)小粒子的去除效果好,操作省時(shí),費(fèi)用低廉,在一定條件下,既可消除重金屬污染,又可回收金屬,并且還能避開(kāi)某些重金屬氫氧化物或碳酸鹽過(guò)濾困難的問(wèn)題。
1.2.3離子交換法
用離子交換樹(shù)脂把廢水中的重金屬離子交換出來(lái),從而除去重金屬離子。不過(guò),離子交換樹(shù)脂價(jià)格昂貴,其再生費(fèi)用也比較高,所以,在廢水處理中使用很少。但對(duì)于少量有回收價(jià)值的有毒金屬來(lái)說(shuō)是個(gè)不錯(cuò)的方法。
1.3電化學(xué)處理技術(shù)
1.3.1電解法
電解法的主要原理,是對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行電解時(shí),重金屬離子在陰極得到電子被還原,這些重金屬要么沉淀在電極表面,要么沉淀到反應(yīng)槽底部,從而起到降低廢水中重金屬含量的效果。
1.3.2電沉積
這種方法的原理是,在傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀方法中,加入電壓,通過(guò)改變?nèi)芤旱碾妱?shì),促進(jìn)重金屬離子更好地沉淀。電沉積在酸性和堿性廢液中都適用。
1.4生物化學(xué)法
1.4.1生物塘凈化法
該方法的原理,是利用復(fù)合的水生生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同作用,完成對(duì)重金屬污染物的吸收、積累、分解以及凈化作用。
1.4.2植物修復(fù)法
重金屬污染植物修復(fù),是指利用植物的生命活動(dòng),提取,吸收并固定被污染水體中的重金屬離子,從而達(dá)到減輕重金屬?gòu)U水危害的目的。
2 重金屬?gòu)U水處理技術(shù)展望
以上所述方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),在使用這些方法的時(shí)候需要根據(jù)重金屬?gòu)U水的具體特點(diǎn)進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。很多時(shí)候,單一的方法往往很難取得較好的效果,同時(shí)使用兩種或者多種方法則可以更好更快地達(dá)到治理重金屬?gòu)U水的目的。所以,將來(lái)在重金屬?gòu)U水處理領(lǐng)域,各種處理方法的復(fù)合應(yīng)用會(huì)收到較好的效果。