工業純水設備淺談重金屬廢水處理技術
【蘭州純水設備http://www.bc-shanghai.cn】摘要:近年來，隨著工業化的快速發展和城市化進程的加快，越來越多的工業廢水未經認真處理就隨意排放，導致水體、土壤和環境重金屬污染。介紹了重金屬廢水的來源、危害及傳統處理方法，并展望了重金屬廢水處理的新技術。對生物法去除廢水中重金屬的前景進行了展望。綜合利用各種技術，實現水資源和重金屬的雙重回收。
簡介:水是人類生存和發展的物質基礎工業純水設備，是整個社會進步的維護者。根據聯合國最近的一份報告，世界上超過五分之一的人口處于中等或高供水壓力之下。中國水資源總量居世界第六位，但人均水資源量約為世界人均水資源量的四分之一。中國是水資源嚴重短缺的國家之一。據估計，到2010年，總缺口將達到1140億噸。近年來，隨著工業生產的發展和城市現代化水平的提高，大量廢水被排放，水源中重金屬積累加劇，重金屬污染嚴重。因此，重金屬廢水的處理受到國內外學者的高度重視純水設備。本文綜述了重金屬廢水的來源、危害、處理重金屬廢水的幾種方法、優缺點及發展趨勢。
1。重金屬廢水來源及危害
一般來說,重金屬是指金屬的密度超過4.5克/立方厘米,如黃金、銀、銅、鐵、鉛、鋅、鎳、鈷、鉻、汞、鎘等。有些是人體不可缺少的微量元素,但如果過度,就會造成對環境的破壞或人體。
廢水主要來自礦業、機械加工業、有色金屬冶煉行業,石化行業,電鍍行業,等等,如尾礦排水、機械加工的水、除塵、排水的有色金屬冶煉廠、有色金屬加工廠的酸洗水,用水浪費電池廢物處理和廢石場淋溶水。此外，重金屬廢水可以在制藥、農藥、油漆和涂料行業中產生。重金屬廢水中重金屬的種類和含量與所從事的行業密切相關。
金屬廢水污染具有獨特的性質。首先，它是生物可降解的，其次，它有毒性持久性。重金屬廢水流入河流和湖泊，污染土壤，土壤中的金屬可以被作物吸收，影響作物生長，導致減產或更大的損失。重金屬也可以通過植物根部進入食物鏈，其副作用會被放大并聚集在人體中，導致代謝紊亂，生物功能下降，對人體造成極大的危害。1956年，熊本縣水俁縣一家氮肥公司廢水中的汞在海水和魚類中積累，造成2248人死亡。重金屬廢水造成的危害大，損失大。因此，合理處理重金屬廢水具有重要意義。
2傳統的重金屬廢水處理方法
傳統的重金屬廢水處理工藝主要有化學沉淀法、電化學法、膜分離法、吸附法和電解法。
2.1化學沉淀
化學沉淀法是將溶解在水溶液中的金屬離子通過化學反應，在廢水中加入藥物制劑，分離成不溶性沉淀物的過程。常用的方法有中和沉淀、硫化物沉淀和鐵氧體沉淀。中和沉淀過程是指在重金屬廢水中加入堿性溶液工業純水設備。一般選用石灰石水(Ca(OH)2溶液)。廢水中的重金屬離子會產生不溶性的氫氧化物沉淀。該方法操作簡便，應用廣泛，但容易造成二次污染。硫化物沉淀是指重金屬廢水中添加硫化鈉(Na2S)溶液，重金屬離子以硫化物的形式沉積。該方法形成的沉淀相對穩定，易于進一步處理。鐵素體沉淀是在重金屬廢水中添加鐵鹽的過程。通過控制工藝過程，可使各種重金屬離子與鐵氧體共沉淀，然后分離、分離。該方法能同時去除多種重金屬離子，具有獨特的應用優勢。
2.2電化學方法
電化學方法是指使用電解的基本原理,使廢水中重金屬離子發生氧化還原反應的積極的和消極的兩極分別通過電解,使重金屬積累,沉淀在電極表面或存款容器的底部,然后過程。該方法是一個復雜的過程純水設備，在此過程中發生氧化還原反應和沉淀反應，需要進一步分離純化。但該方法可以回收部分重金屬，具有一定的價值，但成本略高。當考慮到低濃度重金屬廢水的處理成本時，很少采用這種方法。
2.3膜分離
膜分離技術是指在不改變溶液中溶質的化學形態的情況下，利用一種特殊的半透膜分離和濃縮溶質和溶劑的方法。膜分離法可分為微濾法、超濾法、納濾法、反滲透法、電滲析法、液膜法等。該方法將廢水中的重金屬離子轉化為特定大小的不溶性小顆粒，通過濾膜去除。膜分離方法優點突出，效率高，無二次污染，但膜壽命短，需要認真維護，投資成本較高。
2.4吸附法
吸附是利用吸附劑吸附廢水中的重金屬。常用的吸附方法有物理吸附法、樹脂吸附法和生物吸附法。在物理吸附法中，吸附劑將廢水中的重金屬離子吸附到表面，再將廢水中的重金屬離子去除實驗室純水設備。所述吸附劑應具有較高的比表面積或所述吸附劑表面具有豐富的高密度孔隙結構。常用的吸附劑有活性炭、沸石、粘土礦物、分子篩等。活性炭是最早、應用最廣泛的吸附劑。活性炭具有較強的吸附能力和較大的吸附能力。它能同時吸收各種重金屬離子，但使用壽命短，價格昂貴。吸附樹脂的方法是利用樹脂的官能團和重金屬離子螯合物形成網狀絡合物進行吸附。樹脂中含有許多活性官能團，如羥基、羧基和氨基。應用最廣泛的殼聚糖及其衍生物已被許多環境學者證實具有良好的吸附性能。生物吸附是指利用生物化學結構或組分特性吸附廢水中的重金屬離子。生物吸附劑的本質是一種特殊的離子交換劑，主要是細菌、藻類和細胞提取物，對生物細胞起作用。生物吸附劑來源豐富、價格低廉、回收方便，在重金屬廢水處理中應用越來越廣泛。
3 重金屬廢水處理新技術
3.1 納米技術及材料
納米技術作為一門新興學科，對其研究才剛剛開始。但納米技術在水污染治理方面的巨大潛力已得到廣泛認同。納米過濾是一種由壓力驅動的新型膜分離過程，介于反滲透與超濾之間。納濾膜主要存在以下兩個特點：(1)膜的截留相對分子質量為100~1 000，納濾膜存在真正的微孔，孔徑處于納米級范圍。(2)納濾膜對不同價態離子的截留效果不同，對單價離子的截留率低，對二價及多價離子的截留率則相對較高，由于讓大部分單價離子自由通過，使得納濾膜只需使用較低的操作壓力(一般為0.5~1.5 MPa);同時納濾膜的通量高，與反滲透相對，納米過濾具有設備投資低、能耗低的優點。目前，采用納米過濾技術可有效去除鎳﹑鉻(Ⅵ)﹑鎘﹑銅等重金屬污染物(主要來源于工業廢棄物泄漏和工業廢水排放)。
3.2 光催化技術
光催化法是一種環境友好型水處理方法，利用光催化劑表面的光生電子或空穴等活性物種，通過還原或氧化反應去除重金屬。目前，光催化法降解廢水中的重金屬大多還處于實驗研究階段，實驗室最常用的光催化劑是二氧化鈦(TiO2)。TiO2光催化去除重金屬離子有3 種機理：(1)光生電子直接還原金屬離子;(2)間接還原工業純水設備，即由空穴先氧化被添加的有機物，然后由產生的中間體來還原金屬離子;(3)氧化去除金屬離子。近年來，利用半導體 TiO2光催化法去除或回收廢水中的 Se4+、Cu2+、Hg2+、Ag+和Cr6+等金屬離子的研究備受關注，尤其對 Cr6+的研究最為廣泛。光催化法耗能低、無毒性、選擇性好、常溫常壓、快速高效，在重金屬廢水處理中前景廣闊且日益受到重視純水設備，但從實際應用的角度出發光催化法還存在著許多問題，如重金屬離子在光催化劑表面的吸附率低，光催化劑的吸光范圍窄等。
3.3 新型介孔材料
根據國際理論和應用化學聯合會(IUPAC)定義，介孔材料指孔徑介于 2~50 nm 的多孔材料。介孔材料具有長程結構有序、孔徑分布窄、比表面大(>1 000 cm2/g)、孔隙率高且水熱穩定性好等優點。因此，介孔材料是當今國際上的研究熱點和前沿之一。近年來，研究者通過對材料進行化學修飾或改性處理，已制備出了諸多新型功能化介孔材料，對含Hg、Cu、Pb、Cd 等的廢水治理展示了誘人前景實驗室純水設備。馬國正等以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑，合成了A1-MCM-41介孔分子篩，研究表明，Cd2+能定量吸附在A1-MCM-41 分子篩上，最大吸附量為136.86 mg/g(Cd2+的初始質量濃度為400 mg/L)。A.M.Liu等用氨基功能介孔材料SBA-15處理含重金屬廢水，結果顯示SBA-15(NH2)對 Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均有很強的去除能力。目前利用新型高效介孔材料吸附劑處理重金屬廢水仍處于實驗研究階段，吸附劑的價格限制了其在工業上的應用。
3.4 基因工程技術
Wilson在20世紀90年代嘗試用基因工程技術對微生物進行改造，并將其應用于含汞廢水的治理，取得了較好結果。隨后其他研究者也逐漸將基因工程技術應用于不同類型重金屬廢水的處理，從而使這一領域的研究日趨活躍工業純水設備。基因工程技術應用于重金屬廢水的治理指通過轉基因技術，將外源基因轉入微生物細胞中，使之表現出一些野生菌沒有的優良遺傳性狀，從而實現對重金屬 Hg、Cu、Cd 等高效的生物富集。利用基因工程處理重金屬廢水目前尚處于實驗研究階段，真正用于工業水平還存在一些問題，如利用基因工程菌連續化處理重金屬廢水就面臨難題。
4、結語
水資源匱乏和環境污染的當今社會，應該對重金屬廢水處理更加重視，意識到重金屬廢水處理具有具大意義。應當綜合運用各種技術來進行處理廢水中的重金屬，實現水資源和重金屬的雙重回收，爭取最大的利益。更多環保及純水處理設備資訊請關注皙全蘇州純水設備網。
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