废水处理物理方法 7页

物理吸附主要是具有高的比表面积或表面具有高度发达的空隙结构，如活性炭、矿物质、分子筛等。活性炭是最早，也是应用最广的吸附剂。但价格昂贵，使用寿命短。近年来，发现矿物材料具有强大的吸附能力，如沸石、蛇纹石、硅藻土等。其中，沸石是目前发现的天然矿物中比表面积最大，吸附性能最好的矿物。Myroslav等在静态条件下研究了斜发沸石对Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+的选择性吸附。结果表明，对Cd2+的最大吸附容量为4.22mg·g-1（初始质量浓度为80mg·L1）；对Pb2+、Cu2+、Ni2+的最大吸附容量分别为27.7，25.76和13.03mg·g-1（初始质量浓度为800mg·L1）。且吸附顺序为：Pb2+>Cu2>Cd2+>Ni2+。LuizCAOliveira用NaY沸石和一种磁性离子氧化物合成了新的重金属离子吸附剂－磁性沸石。该沸石对Zn2+有很强的吸附性，吸附容量高达114mg·g-1。2.3.2树脂吸附树脂中含有羟基、羧基、氨基等活性基团可与重金属离子进行螯合，形成网状结构的笼形分子，因此能有效地吸附重金属。其中壳聚糖（Chitosan）及其衍生物是处理重金属废水的理想树脂材料，许多学者对此都研究甚多，吸附机理的研究也比较成熟。壳聚糖对Mn2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+和Ag+等都有很强的去除能力。Mckay等评估了壳聚糖对Hg+、Cd2+、Mn2+、Zn2+的最大吸附能力，各自的最大吸附量分别为815、222、164、75mg·g-1。近年来，对改性壳聚糖的吸附研究也大量涌现。Rorrer等将球形壳聚糖与戊二醛交联，n与磁性元素结合后具有一定的磁性，同时它的表面积比壳聚糖薄片大100倍。研究表明，球形交联壳聚糖对Cd2+的最大吸附容量为518mg·g-1，而粉末壳聚糖只有420mg·g-1。吸附法吸附法是应用多种多孔性吸附材料去除废水中重金属离子的一种方法。吸附法的核心是吸附剂的选择，传统的吸附剂是活性炭、矿物质、分子筛等。活性炭具有很强的吸附能力，对重金属的去除率高，但处理成本较高，因而应用受到限制。近年来在这方面的研究主要集中在寻求新型廉价吸附材料及改性产物如石榴皮、栗子壳，煤飞灰、褐煤屑等，取得了一系列的成果。Boi等采用三种落叶树的锯屑对重金属离子模拟废水进行了研究。锯屑对重金属的吸附速度较快，不到20min就能达到吸附平衡。吸附平衡遵循Langmuir等温吸附模型。基于碱土金属被重金属离子和质子取代的离子交换机理得到了证实。降低溶液pH，吸附容量降低。所研究的三种锯屑在pH3.5～5.0有最大的吸附量(7～8mg/g)。由于吸附剂再生的困难，因此吸附法主要处理低浓度的重金属废水和废水的深度处理。此外，吸附法处理重金属离子的许多研究工作还处于实验室阶段，需要更深入的研究，以便更好地为工业生产服务。5膜分离法作为一种新型的分离技术，膜分离技术由于分离效率高、无相变、节能环保、操作方便等优点，在废水处理领域具有相当的技术优势和广阔的发展前景。膜分离是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用n下，不改变溶液的化学形态使溶液中的一种溶质或溶剂渗透出来，从而达到分离的目的。由于膜的不同可以分为超滤、反渗透、纳滤等。超滤膜使用能透过膜来分离无机溶液中的大分子物质和悬浮固体。这个特性使超滤膜能允许水和小分子量溶质通过，而截留住大分子量的物质。传统的超滤通常只能分离水溶液中的大分子物质，无法去除小分子有机物和金属离子。如果在重金属废水中加入一些预处理剂进行预处理，将其粒径转化为大于膜孔径的颗粒，这样当溶液用膜处理时，大于膜孔径的组分被膜截留，从而达到去除废水中重金属离子的目的，目前主要有胶束强化超滤(MEUF)和聚合物强化超滤(PEUF)两种。Li等采用基于表面活性剂的MEUF法去除水溶液中的重金属离子。试验了螯合后超滤和酸化后超滤以分离十二烷基磺酸钠(SDS)胶束中的Cd2+和Zn2+。结果表明，采用螯合剂法，即加入EDTA是最佳的分离重金属离子(90.1%Cd2+，87.1%Zn2+)，和回收SDS(65.5%Cd2+，68.5%Zn2+)。选择适当孔径的超滤膜还可以有效地去除水中低含量Cu2+、Ni2+、Cd2+、Pb2+和Zn2+等金属离子的氢氧化物。用氢氧化钠调节pH，使重金属离子的氢氧化物呈胶体状态，继而用超滤膜截留，处理后的水中重金属含量远低于排放标准。反渗透(RO)是以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过RO膜，而污染物质则被膜截留而实现对液体混合物进行分离的膜过程。应用适当的RO膜去除重金属已经有较多的报道，如利用RO膜能有效去除废水中的Cu2+和Ni2+离子，添加Na2EDTA后截留效率能提高到99.5%。但该方法处理重金属废水还未广泛应用。纳滤也是一种很有前景的截n留重金属离子的技术。纳滤具有操作压力低、出水效率高、浓缩水排放少等优点。最近Murthy和Chaudhari应用商品化的纳滤膜分离水溶液中的镍和镉，结果发现镍和镉的截留率分别为98.94%和82.69%。6离子交换处理法离子交换树脂法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的活性离子与重金属离子能发生交换反应，从而去除废水中重金属离子的方法。目前离子交换树脂法处理重金属废水得到了广泛的研究。最常用的树脂是交联聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸酯树脂。Alyüz和Veli研究了DowexHCRS/S阳离子交换树脂去除镍离子和锌离子，结果表明，在最佳条件下镍和锌的去除率都在98%以上。应用离子交换树脂处理废水，不仅树脂可以再生，而且操作简单、工艺条件成熟、流程短。但树脂抵抗水中有机物污染的性能低和抗氧化性能较差，以及树脂再生洗脱工艺繁琐，产生的高浓度洗脱液较难处理，易形成“二次污染”等问题。n3重金属废水处理新技术3.1纳米技术及材料纳米技术是指在1～100nm尺度上研究和应用原子、分子现象，由此发展起来的多学科的基础研究与应用研究紧密联系的新科学技术。达到纳米尺度范围或以它们为基本单元所构成的材料就是纳米材料。纳米技术作为一门新兴学科，对其研究才刚刚开始。但纳米技术在水污染治理方面所具有的巨大潜力已得到广泛认同。纳米过滤（Nanofiltration，NF）是一种由压力驱动的新型膜分离过程，介于反渗透与超滤之间。纳滤膜主要存在以下2个特点：（1）膜的截留相对分子质量为100～1000，纳滤膜存在真正的微孔，孔径处于纳米n级范围；（2）纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同，对单价离子的截留率低，对二价及多价离子的截留率则相对较高，由于让大部分单价离子自由通过，使得纳滤膜只需使用较低的操作压力（一般为0.5～1.5MPa）；同时纳滤膜的通量高，相比于反渗透，纳米过滤具有设备投资低，能耗低的优点。利用纳米级的零价铁处理含铬（VI）废水，已经收到了良好效果。近来，JHChoi等合成了纳米级的ETS－10，该材料对Pb2+和Cd2+均有很强的吸附性。3.2光催化技术光催化法是一种环境友好型水处理方法，利用光催化剂表面的光生电子或空穴等活性物种，通过还原或氧化反应去除水中的重金属离子。目前，实验室常用的光催化剂有TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2、WSO2和Fe2O3。其中TiO2以良好的光催化热力学和动力学优势被更多地采用。TiO2光催化除去重金属离子可能存在3种机理：（1）光生电子直接还原金属离子；（2）间接还原，即由空穴先氧化被添加的有机物，然后由产生的中间体来还原金属离子；（3）氧化除去金属离子。纳米TiO2能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表面，利用光生电子将其还原为细小的金属晶体，并沉积在催化剂表面，这样既消除了废水的毒性，又可从工业废水中回收重金属。光催化法，耗能低，无毒性，选择性好，常温常压，快速高效等，在重金属废水处理中前景广阔且日益受到重视。但从实际应用的角度出发还存在着许多问题。如重金属离子在光催化剂表面的吸附率低，光催化剂的吸光范围窄等。n3.3新型介孔材料根据国际理论和应用化学联合会（(IUPAC）定义，介孔材料指孔径介于2～50nm的多孔材料。介孔材料具有长程结构有序、孔径分布窄、比表面大（>1000cm2·g-1）、孔隙率高且水热稳定性好等优点。因此，介孔材料是当今国际上的研究热点和前沿之一。近年来，研究者通过对材料进行化学修饰或改性处理，已制备出了诸多新型功能化介孔材料，为含Hg、Cu、Pb、Cd等的重金属废水治理展示了诱人前景。马国正等以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，合成了A1-MCM-41介孔分子筛，结果表明，Cd2+能定量吸附在A1-MCM-41分子筛上，静态饱和吸附量为136.86mg·g-1。AMLiu和KHidajat等用氨基功能介孔材料SBA-15，结果表明，产物SBA-15(NH2)对Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均有很强的去除力。3.4基因工程技术Wilson在上世纪90年代尝试用基因工程技术对微生物进行改造，并将其应用于含汞废水的治理，取得了较好结果。随后其他研究者也逐渐将基因工程技术应用于不同类型重金属废水的处理，从而使这一领域的研究日趋活跃。基因工程技术应用于重金属废水的治理指通过转基因技术，将外源基因转入微生物细胞中表达，使之表现出一些野生菌没有的优良遗传性状，从而实现对重金属Hg、Cu、Cd等高效邹照华等，重金属废水处理技术研究进展19的生物富集。利用基因工程处理重金属废水目前尚处于实验研究阶段，真正用于工业水平还存在一些问题，如利用基因工程菌连续化处理重金属废水就面临难题。