去除水体中重金属离子方法

发布日期：2019-03-18 11:48　浏览次数：

　水体中的重金属离子主要来源于选矿、冶炼、电镀等领域。重金属具有很高的毒性、非生物降解性、生物富集性以及不能参与人体代谢等特性，如果长期饮用即使含有极微量重金属离子的水，也会导致重金属在人体中的富集，从而产生一系列的毒理反应，如肾衰竭、龃齿、肝功损坏、佝偻、神经紊乱、肿瘤等，对人体造成不可逆转的健康危害。因此，防治水体重金属污染是保证人体健康的重要要素之一。
水体中重金属离子的去除方法主要有化学沉淀法、电化学法、离子交换法、生物法、吸附法等。相对于其他方法，吸附法因具有原料来源广泛、产品易得、设备操作简单、效率高、选择性高、回收利用率高、不易造成二次污染等优点而备受关注。在吸附法中，吸附剂是去除重金属离子的决定性因子。在众多的吸附剂中，高分子材料以其具有的原料丰富、产品类型多变、功能官能团含量高、易分离、易保存等特点而被广泛使用，在水体重金属离子的去除中占有重要地位。对此，笔者对各类高分子材料在水体重金属离子去除中的研究进展进行了综述。

背景技术
随着城市化的进程加快和工业的迅猛发展，重金属排放导致的水环境污染日益严重。水体中的重金属因其不易分解、易迁移、且能够经食物链在生物体内富集，从而污染环境、危害生态，进而威胁人类健康。近些年来，汞、铬、镉等重金属污染事件引起了人类对重金属环境污染的高度重视。目前我国各大江河湖库普遍受到不同程度的重金属离子污染，化工工业(如采矿、冶炼、铅蓄电池、皮革及其制品、化学原料及其制品)排放的大量含有重金属离子(Cd，Cr，Cu，Ni，As，Pb，Zn，Hg)的污水是其源头，迫切需要在排放前对这些重金属离子加以处理。
传统的重金属离子废水处理的方法有吸附法、膜分离法、化学沉淀法、离子交换法和电化学法等，这些方法均能在一定程度上净化重金属废水，但是存在去除不彻底、成本高、操作复杂，容易造成废料后处理及二次污染问题等。例如吸附法只是简单的物理分离重金属，而做不到将有毒重金属离子转换成无毒、低毒的重金属离子，存在潜在的二次污染;而化学法需要消耗大量的还原试剂，运行费用高，且会产生大量难以处理的污泥等问题。
光催化/光电催化技术能够同时去除废水中的金属离子和有机污染物，得到无毒或毒性较小的产物，具有低耗能，无毒化，选择性好，常温常压，快速高效等优点，有可能成为优异的重金属离子处理技术。目前，利用光催化/光电催化技术去除废水中重金属离子的研究非常少，而且光阳极主要是以TiO2为主的大量半导体光催化剂。但是，半导体光催化剂存在光谱响应范围窄，光生电子-空穴利用率低等显著缺点，使得其去除重金属离子的效率十分低下。
处理方法
1.1化学沉淀法
化学沉淀法是目前应用最广泛的重金属废水处理方法，因为它操作简单、处理费用相对便宜。在化学沉淀过程中，化学物质与重金属离子形成不溶性沉淀物。形成沉淀物可以通过沉淀或过滤与水分离，经处理的水可达标排放或重复利用。传统的化学沉淀处理方法主要包括氢氧化物沉淀、硫化物沉淀和铁氧体沉淀。

1.1.1氢氧化物沉淀法
氢氧化物沉淀法是通过添加碱性物质调节pH值使重金属离子生成难溶的氢氧化物而沉淀分离，该具有操作简单、价格低廉、pH值易于控制等特点，是重金属废水处理中最常应用的方法。氢氧化物沉淀法虽然得到了广泛的应用，但是在操作时还需要注意以下几个方面：①中和沉淀后，废水中若pH值高，需要中和处理后才可排放;②废水中常常有多种重金属共存，当废水中含有Zn、Pb、Sn、Al等两性金属时，pH值偏高，沉淀可能有再溶解倾向，因此要严格控制pH值，实行分段沉淀;③有些颗粒小，不易沉淀，则需加入絮凝剂辅助沉淀生成;④废水中有些阴离子如：卤素、氰根等有可能与重金属形成络合物，因此要在中和之前需经过预处理。
1.1.2硫化物沉淀法
硫化物沉淀法是用硫化物(硫化钠、硫化氢等)去除废水中溶解性重金属离子的一种有效方法。与氢氧化物沉淀法相比，硫化物沉淀法可以在相对低的pH值条件下(7~9之间)使金属高度分离，处理后的废水一般不用中和，形成的金属硫化物具有易于脱水和稳定等特点[4]。硫化物沉淀法也存在着一些缺点：①硫化物沉淀剂在酸性条件下易生成硫化氢气体，产生二次污染;②硫化物沉淀物颗粒较小，易形成胶体，会对沉淀和过滤造成一定的不利影响。

1.1.3铁氧体沉淀法
铁氧体法处理重金属废水就是向废水中投加铁盐，通过控制pH值、氧化、加热等条件，使废水中的重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀物，然后采用固液分离的手段，达到去除重金属离子的目的。该法是日本NEC公司首先提出的，用于处理重金属废水及实验室污水的处理，得到较好的效果。铁氧体共沉淀可一次去除废水中多种重金属离子，形成的沉淀颗粒大，容易分离，颗粒不返溶，不会产生二次污染，而且形成的是一种优良的半导体材料。但是这种方法在操作中需要加热到70oC左右，并且在空气中慢慢氧化，操作时间长，消耗能量多。

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