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重金属废水处理工艺及应用探究

重金属废水处理工艺及应用探究 【摘 要】重金属废水如果直接排放到自然环境中会造成严重的污染,随着 科技的进步,我国重金属处理技术取得了很大进展,处理方法也有很多种。本文 将对吸附法在重金属废水处理中的应用进行探讨, 以促进我国废水处理技术的发 展。 【关键词】重金属;废水处理;吸附法 目前处理重金属废水的方法有吸附法、化学沉淀法、离子交换法、生物吸附 法、 电化学法、 电解法、 膜分离法等, 各种方法在处理重金属废水方面各有优势。 吸附法主要是利用具有高比表面积结构或者特殊官能基团的吸附材料对水中重 金属离子进行吸附。 吸附法作为传统的重金属废水处理方法具有操作简便、效率 高、能耗低、无二次污染、投资费用低等优点,被认为是去除水中重金属最有应 用前景的方法。 。笔者对吸附法处理重金属废水做一综述。 1 多孔材料吸附废水中的重金属离子研究 多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料, 其比表面积 大,有利于重金属离子的吸附。传统的孔材料主要有活性炭、硅藻土、沸石、海 泡石、膨润土、介孔材料等。王泽红等以天然沸石为原料,采用酸、碱、盐改性 后用来处理废水中的铅和铜离子,实验结果表明,通过碱改性的沸石对铅和铜的 去除能力大为改善, 对初始质量浓度 100mg/L 的铜和铅溶液, 其去除率可达 99% 以上,可以达标排放。谢治民等用 FeCl3 改性海泡石处理废水中的锑,实验结果 表明:铁改性海泡石结构发生了变化,增强了其吸附性能;海泡石对 pH 有缓冲 作用,增加其使用范围;用 0.1mol/LNaOH 再生后,使用 6 次,吸附量可达 12.5mg/g。实验表明,改性的金属-有机骨架化合物不仅显示很强的吸附亲和力 (Kd=4.73× 105mL/g)和很高的吸附 Hg2+容量(最大吸附量可达 714.29mg/g) , 而且吸附平衡时间短。金属-有机骨架材料因其具有高比表面积和高孔隙率,吸 附容量大,是重金属废水处理材料发展的一个方向。 2 工农业废弃物吸附废水中的重金属离子研究 一些工业、农业、矿物加工的废弃物原料来源广泛,价格成本低,处理工艺 流程简单,并能以废治废、提高资源回收利用率。这些材料稍微加工或处理就可 用于对重金属废水的处理。低费用的工业废弃物主要有粉煤灰、高炉渣、黑液木 质素、工业污泥以及农业加工废料如米糠、甘蔗渣、稻壳、麸皮、花生壳等。周 利民等考察了粉煤灰对 Cd2+和 Ni2+的单组分吸附和双组分吸附性能,实验结果 表明,粉煤灰可有效吸附水溶液中的 Cd2+和 Ni2+,去除率随溶液 pH 的升高而 增加,吸附约 60min 后趋于平衡。粉煤灰对 Ni2+的吸附容量高于 Cd2+。双组分 吸附时,Ni2+和 Cd2+之间存在明显的竞争吸附效应;用稀酸进行脱附,脱附实 验表明,Cd2+比 Ni2+易于脱附,对 Cd2+脱附率>60%,对 Ni2+脱附率>35%。 尹奇德等用改性城市污泥为吸附剂, 去除工业电镀废水中的重金属离子 Cd (Ⅱ) 、 Ni(Ⅱ) 。结果表明,pH 是影响污泥灰对重金属离子吸附的重要因素,镉(Ⅱ) 、 镍(Ⅱ)吸附的最佳 pH 分别为 6.0、6.5;当吸附剂最佳质量浓度为 10g/L 时, Cd(Ⅲ) 、Ni(Ⅱ)的吸附容量分别达到 1.21、1.02mg/g。张再利等以花生壳为 生物吸附剂,通过序批式实验研究了其对 Pb2+、Cu2+、Cr3+、Cd2+、Ni2+的吸 附过程,花生壳对这 5 种金属离子的最大吸附量分别是 32.25、7.09、3.82、2.95、 2.22mg/g,说明花生壳可用于处理低质量浓度的多种重金属混合废水。尽管这些 吸附材料来源广、成本较低,但工业废弃物可能渗出一些有害元素到水中,产生 二次污染,吸附剂一旦吸附饱和之后很难回收,难以处置。农业废弃物未经处理 即作为吸附剂使用, 存在吸附量小,使用过程中增加水体的化学需氧量和总有机 碳的问题。而且这些廉价的吸附剂,往往存在吸附率低、使用量大的缺点。 3 纳米材料吸附废水中重金属离子研究 随着纳米科学与纳米技术的发展, 它能将当前水处理中存在的问题通过使用 纳米吸附剂、 纳米催化剂、 生物活性纳米颗粒以及纳米结构催化膜等得到解决或 者大大改善。纳米材料具有很大的比表面积,是一种优良的吸附剂。多种纳米材 料用于重金属吸附,如纳米零价铁、铁氧化物、二氧化钛、二氧化铈、碳纳米管、 钛酸纳米管等。 一些研究表明, 纳米材料在去除水中有毒离子和有机污染物方面 显示出比块体材料更高的吸附能力。并且,随着径粒的减少,纳米材料的吸附能 力显著增加。 例如, Fe3O4 纳米晶的粒径从 300nm 减少到 12nm, 其去除 As (Ⅲ) 和 As(Ⅵ)的效率以几何数量级增加。纳米材料的吸附能力优于传统的高性能 吸附材料,如活性炭、沸石、聚合物离子交换树脂等。为了避免磁性纳米 Fe3O4 在水溶液中发生氧化和团聚,用腐殖酸修饰的纳米 Fe3O4 吸附水中的重金属离 子,结果显示纳米 Fe3O4 不仅在自来水、天然水中甚至在酸性或碱性溶液中都 很稳定,且吸附能力强、吸附平衡时间短。总之,纳米吸附剂展示了其高吸附容 量、快速以及重复利用的特性。 4 层次纳米材料吸附废水中重金属离子研究 纳米颗粒处理废水时是悬浮在溶液中,在实际应用中,需要增加分离步骤以 便将纳米颗粒吸附剂从溶液中分离出来。 层次纳米结构材料是指由两级或两级以 上纳米结构单元构成, 整体具有微米大小的材料。由于构成层次结构材料的纳米 结构单元具有高比表面积, 并且表面功能基团能与重金属离子结合,因此层次纳 米材料在处理重金属方面显示了巨大的潜力。 层次结构纳米材料局部具有纳米结 构而整体属于微米级,这使其具有良好的机械特征,如强度高、便于传输、易于 回收和再生。层次纳米材料的微观结构特性使其适合用来去除水中的有害离子。 一些层次纳米氧化物如 CeO2、Fe2O3、γ-Al2O3、TiO2、MgO 等显示出高吸附 能力。 相关研究

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