工業(yè)純水設(shè)備淺談重金屬?gòu)U水處理技術(shù)
【純水設(shè)備http://www.tjxqcs.com】摘要:近年來(lái)，隨著工業(yè)化的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的工業(yè)廢水未經(jīng)認(rèn)真處理就隨意排放，導(dǎo)致水體、土壤和環(huán)境重金屬污染。介紹了重金屬?gòu)U水的來(lái)源、危害及傳統(tǒng)處理方法，并展望了重金屬?gòu)U水處理的新技術(shù)。對(duì)生物法去除廢水中重金屬的前景進(jìn)行了展望。綜合利用各種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水資源和重金屬的雙重回收。
簡(jiǎn)介:水是人類(lèi)生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)工業(yè)純水設(shè)備，是整個(gè)社會(huì)進(jìn)步的維護(hù)者。根據(jù)聯(lián)合國(guó)最近的一份報(bào)告，世界上超過(guò)五分之一的人口處于中等或高供水壓力之下。中國(guó)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(guó)是水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家之一。據(jù)估計(jì)，到2010年，總?cè)笨趯⑦_(dá)到1140億噸。近年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和城市現(xiàn)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(yán)重。因此，重金屬?gòu)U水的處理受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視純水設(shè)備。本文綜述了重金屬?gòu)U水的來(lái)源、危害、處理重金屬?gòu)U水的幾種方法、優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)。
1。重金屬?gòu)U水來(lái)源及危害
一般來(lái)說(shuō),重金屬是指金屬的密度超過(guò)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(guò)度,就會(huì)造成對(duì)環(huán)境的破壞或人體。
廢水主要來(lái)自礦業(yè)、機(jī)械加工業(yè)、有色金屬冶煉行業(yè),石化行業(yè),電鍍行業(yè),等等,如尾礦排水、機(jī)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(fèi)電池廢物處理和廢石場(chǎng)淋溶水。此外，重金屬?gòu)U水可以在制藥、農(nóng)藥、油漆和涂料行業(yè)中產(chǎn)生。重金屬?gòu)U水中重金屬的種類(lèi)和含量與所從事的行業(yè)密切相關(guān)。
金屬?gòu)U水污染具有獨(dú)特的性質(zhì)。首先，它是生物可降解的，其次，它有毒性持久性。重金屬?gòu)U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(zhǎng)，導(dǎo)致減產(chǎn)或更大的損失。重金屬也可以通過(guò)植物根部進(jìn)入食物鏈，其副作用會(huì)被放大并聚集在人體中，導(dǎo)致代謝紊亂，生物功能下降，對(duì)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(yú)類(lèi)中積累，造成2248人死亡。重金屬?gòu)U水造成的危害大，損失大。因此，合理處理重金屬?gòu)U水具有重要意義。
2傳統(tǒng)的重金屬?gòu)U水處理方法
傳統(tǒng)的重金屬?gòu)U水處理工藝主要有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、膜分離法、吸附法和電解法。
2.1化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀法是將溶解在水溶液中的金屬離子通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，在廢水中加入藥物制劑，分離成不溶性沉淀物的過(guò)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(guò)程是指在重金屬?gòu)U水中加入堿性溶液工業(yè)純水設(shè)備。一般選用石灰石水(Ca(OH)2溶液)。廢水中的重金屬離子會(huì)產(chǎn)生不溶性的氫氧化物沉淀。該方法操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛，但容易造成二次污染。硫化物沉淀是指重金屬?gòu)U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(duì)穩(wěn)定，易于進(jìn)一步處理。鐵素體沉淀是在重金屬?gòu)U水中添加鐵鹽的過(guò)程。通過(guò)控制工藝過(guò)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(shí)去除多種重金屬離子，具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
2.2電化學(xué)方法
電化學(xué)方法是指使用電解的基本原理,使廢水中重金屬離子發(fā)生氧化還原反應(yīng)的積極的和消極的兩極分別通過(guò)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(guò)程。該方法是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程純水設(shè)備，在此過(guò)程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)和沉淀反應(yīng)，需要進(jìn)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(jià)值，但成本略高。當(dāng)考慮到低濃度重金屬?gòu)U水的處理成本時(shí)，很少采用這種方法。
2.3膜分離
膜分離技術(shù)是指在不改變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)的化學(xué)形態(tài)的情況下，利用一種特殊的半透膜分離和濃縮溶質(zhì)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(zhuǎn)化為特定大小的不溶性小顆粒，通過(guò)濾膜去除。膜分離方法優(yōu)點(diǎn)突出，效率高，無(wú)二次污染，但膜壽命短，需要認(rèn)真維護(hù)，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(shù)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(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。所述吸附劑應(yīng)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(jié)構(gòu)。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(yīng)用最廣泛的吸附劑。活性炭具有較強(qiáng)的吸附能力和較大的吸附能力。它能同時(shí)吸收各種重金屬離子，但使用壽命短，價(jià)格昂貴。吸附樹(shù)脂的方法是利用樹(shù)脂的官能團(tuán)和重金屬離子螯合物形成網(wǎng)狀絡(luò)合物進(jìn)行吸附。樹(shù)脂中含有許多活性官能團(tuán)，如羥基、羧基和氨基。應(yīng)用最廣泛的殼聚糖及其衍生物已被許多環(huán)境學(xué)者證實(shí)具有良好的吸附性能。生物吸附是指利用生物化學(xué)結(jié)構(gòu)或組分特性吸附廢水中的重金屬離子。生物吸附劑的本質(zhì)是一種特殊的離子交換劑，主要是細(xì)菌、藻類(lèi)和細(xì)胞提取物，對(duì)生物細(xì)胞起作用。生物吸附劑來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、回收方便，在重金屬?gòu)U水處理中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
3 重金屬?gòu)U水處理新技術(shù)
3.1 納米技術(shù)及材料
納米技術(shù)作為一門(mén)新興學(xué)科，對(duì)其研究才剛剛開(kāi)始。但納米技術(shù)在水污染治理方面的巨大潛力已得到廣泛認(rèn)同。納米過(guò)濾是一種由壓力驅(qū)動(dòng)的新型膜分離過(guò)程，介于反滲透與超濾之間。納濾膜主要存在以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)膜的截留相對(duì)分子質(zhì)量為100~1 000，納濾膜存在真正的微孔，孔徑處于納米級(jí)范圍。(2)納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同，對(duì)單價(jià)離子的截留率低，對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率則相對(duì)較高，由于讓大部分單價(jià)離子自由通過(guò)，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(shí)納濾膜的通量高，與反滲透相對(duì)，納米過(guò)濾具有設(shè)備投資低、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。目前，采用納米過(guò)濾技術(shù)可有效去除鎳﹑鉻(Ⅵ)﹑鎘﹑銅等重金屬污染物(主要來(lái)源于工業(yè)廢棄物泄漏和工業(yè)廢水排放)。
3.2 光催化技術(shù)
光催化法是一種環(huán)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(guò)還原或氧化反應(yīng)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(shí)驗(yàn)研究階段，實(shí)驗(yàn)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(jī)理：(1)光生電子直接還原金屬離子;(2)間接還原工業(yè)純水設(shè)備，即由空穴先氧化被添加的有機(jī)物，然后由產(chǎn)生的中間體來(lái)還原金屬離子;(3)氧化去除金屬離子。近年來(lái)，利用半導(dǎo)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(guān)注，尤其對(duì) Cr6+的研究最為廣泛。光催化法耗能低、無(wú)毒性、選擇性好、常溫常壓、快速高效，在重金屬?gòu)U水處理中前景廣闊且日益受到重視純水設(shè)備，但從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)光催化法還存在著許多問(wèn)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(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(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(zhǎng)程結(jié)構(gòu)有序、孔徑分布窄、比表面大(>1 000 cm2/g)、孔隙率高且水熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，介孔材料是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和前沿之一。近年來(lái)，研究者通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)修飾或改性處理，已制備出了諸多新型功能化介孔材料，對(duì)含Hg、Cu、Pb、Cd 等的廢水治理展示了誘人前景實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。馬國(guó)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(zhì)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?gòu)U水，結(jié)果顯示SBA-15(NH2)對(duì) Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均有很強(qiáng)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?gòu)U水仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段，吸附劑的價(jià)格限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。
3.4 基因工程技術(shù)
Wilson在20世紀(jì)90年代嘗試用基因工程技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行改造，并將其應(yīng)用于含汞廢水的治理，取得了較好結(jié)果。隨后其他研究者也逐漸將基因工程技術(shù)應(yīng)用于不同類(lèi)型重金屬?gòu)U水的處理，從而使這一領(lǐng)域的研究日趨活躍工業(yè)純水設(shè)備?；蚬こ碳夹g(shù)應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的治理指通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將外源基因轉(zhuǎn)入微生物細(xì)胞中，使之表現(xiàn)出一些野生菌沒(méi)有的優(yōu)良遺傳性狀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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?gòu)U水目前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，真正用于工業(yè)水平還存在一些問(wèn)題，如利用基因工程菌連續(xù)化處理重金屬?gòu)U水就面臨難題。
4、結(jié)語(yǔ)
水資源匱乏和環(huán)境污染的當(dāng)今社會(huì)，應(yīng)該對(duì)重金屬?gòu)U水處理更加重視，意識(shí)到重金屬?gòu)U水處理具有具大意義。應(yīng)當(dāng)綜合運(yùn)用各種技術(shù)來(lái)進(jìn)行處理廢水中的重金屬，實(shí)現(xiàn)水資源和重金屬的雙重回收，爭(zhēng)取最大的利益。更多環(huán)保及純水處理設(shè)備資訊請(qǐng)關(guān)注皙全蘇州純水設(shè)備網(wǎng)。
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