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]。 它们以不同的形态存在于环境中,在环境中迁移、积累。 采矿、冶金、化工等行业是水体人为污染的主要来源。 重金属在食物链中的过量积累将对自然环境和人类健康造成巨大危害。 有效处理水中过量的重金属,可以有效降低食物链中各种动植物体内重金属的含量,从而减少对人类的危害。 为此,人们通过实践提出了一些处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
向重金属废水中加入碱性溶液,OH-与重金属离子反应生成不溶性金属氢氧化物沉淀,通过过滤分离[2]。 氢氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次性沉淀法两种。 逐步沉淀法是分阶段加入石灰乳,利用不同金属氢氧化物在不同pH值下沉淀的特性,依次回收各种金属氢氧化物。 一次性沉淀法则是一次性加入石灰乳,使溶液达到额定pH值,使废水中的各种重金属离子同时以氢氧化物沉淀的形式沉淀下来。
1.1.2 硫化物沉淀法
将重金属废水的pH值调节至一定碱度后,向重金属废水中添加硫化钠或硫化钾等硫化物,或直接通入硫化氢气体,使重金属离子与硫化物发生反应离子生成不溶性金属硫化物。 该物质沉淀,然后通过过滤分离[2]。 由于金属硫化物的溶度积远小于相应金属氢氧化物的溶度积,因此硫化物沉淀法比氢氧化物沉淀法更具优点,如沉渣少、易脱水、且金属品位高,有利于金属回收。 然而,硫化物沉淀法也有缺点。 例如,硫化物晶体较小,难以沉降,因此应用不广泛。
1.1.3 还原沉淀法
该方法的原理是利用还原剂将重金属废水中的重金属离子还原为金属元素或较低价态的金属离子。 首先将金属过滤收集,然后将石灰乳加入到处理液中使其处于还原状态。 重金属离子以氢氧化物的形式沉淀和收集[2]。 此法可回收铜、汞等,也常用于含铬废水的处理。 较常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、沉降法
通过添加絮凝剂,重金属废水中的小胶体颗粒稳定性变差,它们聚集形成大颗粒的胶体物质,最终靠重力沉降[3]。 为了增加胶体颗粒的尺寸,采用浮选将不稳定的胶体颗粒变成固体絮凝物。 这种浮选过程一般包括两个重要步骤,一是调节pH值,二是添加含有铁盐或铝盐的絮凝剂,以克服离子间静电斥力造成的稳定作用。
1.2 物理化学方法
1.2.1 吸附法
(1)物理吸附法
活性炭是最早使用的吸附剂,也是目前应用最广泛的吸附剂。 由于活性炭具有高比表面积和高度发达的孔隙结构,物理吸附成为可能。 后来在此基础上又出现了活性炭纤维等衍生物,其去除效率较高,但价格相对较贵。 可用于物理吸附的材料包括各种矿物质和分子筛。
(2)树脂吸附
环保是树脂吸附法的重要特点[4]。 该方法可以分离、纯化、回收重金属,效果显着。 主要是因为树脂中含有各种活性基团,一般为羟基、羧基、氨基等,可以螯合重金属离子,因此这些功能性树脂材料可以有效吸附重金属离子。 根据活性基团的类型,分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
(3)生物吸附
近年来,许多研究人员将各种生物(如植物、细菌、真菌、藻类和酵母)加工成生物吸附剂,用于处理含有重金属的废水。 生物体具有特定的化学结构和成分特征,生物吸附的主要原理是利用生物体的这些特征来吸附水中溶解的重金属离子。 生物吸附法有几个特点:①生物吸附剂可降解,一般不造成二次污染; ②来源广泛,易得,价格便宜; ③生物吸附剂易于分析,能有效回收重金属。
1.2.2 浮选法
将气体引入重金属废水中以产生气泡。 废水中的胶体颗粒会粘附在气泡的表面。 这些胶体颗粒可以随气泡漂浮,从而分离附着在颗粒上的重金属离子。 该方法具有以下优点:对小颗粒的去除效果好,操作省时,成本低,在一定条件下不仅可以消除重金属污染,还可以回收金属,还可以避免某些重金属氢氧化物或碳的产生。酸过滤的问题比较困难。
1.2.3 离子交换法
利用离子交换树脂交换废水中的重金属离子,去除重金属离子。 但离子交换树脂价格昂贵,再生成本也较高,因此很少用于废水处理。 但对于少量值得回收的有毒金属来说,这是一个好方法。
1.3 电化学处理技术
1.3.1 电解法
电解法[4]的主要原理是重金属废水电解时,重金属离子在阴极接受电子而被还原。 这些重金属要么沉淀在电极表面,要么沉淀到反应池底部,从而降低废水中的重金属含量。 影响。
1.3.2 电镀
该方法的原理是在传统的化学沉淀法中,加入电压,通过改变溶液的电位来促进重金属离子更好的沉淀。 电沉积适用于酸性和碱性废液[4]。
1.4 生化法
1.4.1生物池净化方法
该方法的原理是利用复杂水生生态系统的协同作用来完成重金属污染物的吸收、积累、分解和净化[5]。
1.4.2 植物修复方法
重金属污染植物修复是指利用植物生命活动提取、吸收和固定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
上述方法各有优缺点。 使用这些方法时,需要根据重金属废水的具体特点来设计方案。 很多时候,单一的方法很难取得好的效果。 同时采用两种或两种以上的方法可以达到更好更快处理重金属废水的目的。 因此,未来在重金属废水处理领域,多种处理方法的联合应用将会取得更好的效果。