廢水處理物理方法.

1、物理吸附 主要是具有高的比表面積或表面具有高度發(fā)達的空隙結構, 如活性炭、 礦物 質、分子篩等。活性炭是最早 ,也是應用最廣的吸附劑。但價格 昂貴 ,使用壽命短。 近年來,發(fā)現(xiàn)礦物材料具有強大的吸附能力 ,如 沸石、蛇紋石、硅藻土等。其中 ,沸石 是目前發(fā)現(xiàn)的天然礦物中比表 面積最大, 吸附性能最好的礦物。 Myroslav 等在靜 態(tài)條件下研究了斜發(fā)沸石對Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+的選擇性吸附。結果表 明，對Cd2+的最大吸附容量為4.22 mg g-1（初始質量濃度為80 mg L1 ;對Pb2+、 Cu2+、Ni2+的最大吸附容量分別為27.7, 25.76和13.03 mg

2、 g-1 （初始質量濃度為 800 mg L1 。且吸附順序為 :Pb2+ Cu2Cd2+ Ni2+。 Luiz C A Oliveira 用 NaY 沸 石和一種磁性離子氧化物合成了新 的重金屬離子吸附劑 -磁性沸石。該沸石對 Zn2 +有很強的吸附性 , 吸附容量高達 114 mgg-1。 2.3.2 樹脂吸附 樹脂中含有羥基、羧基、氨基等活性基團可與重金屬離子進行螯合 , 形成網(wǎng)狀 結構的籠形分子 ,因此能有效地吸附重金屬。其中殼聚糖 （Chitosan 及其衍生物是處 理重金屬廢水的理想樹脂材料 ,許多學 者對此都研究甚多 ,吸附機理的研究也比較成 熟。殼聚糖對Mn2+、Cu2+、Pb

3、2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+和Ag+等都有很強的去 除能力。Mckay等評估了殼聚糖對Hg+、Cd2+、Mn2+、Zn2+的最大吸附能力， 各自的最大吸附量分別為815、222、164、75 mgg-1。近年來，對改性殼聚糖的 吸附研究也大量涌現(xiàn)。 Rorrer 等將球形殼聚糖與戊二醛交聯(lián) , 與磁性元素結合后具有一定的磁性 , 同時它的表面積比殼聚糖薄片大 100 倍。 研究表明，球形交聯(lián)殼聚糖對Cd2+的最大吸附容量為518 mgg-1,而粉末殼聚糖只有 420 mg g-1。 吸附法 吸附法是應用多種多孔性吸附材料去除廢水中重金屬離子的一種方 法。 吸附 法的核心是吸附劑的選擇 ,

4、 傳統(tǒng)的吸附劑是活性炭、 礦物質、 分子篩等?；钚蕴烤?有很強的吸附能力 ,對重金屬的去除率高 , 但處 理成本較高 , 因而應用受到限制。 近 年來在這方面的研究主要集中在 尋求新型廉價吸附材料及改性產(chǎn)物如石榴皮、栗 子殼,煤飛灰、 褐煤 屑等,取得了一系列的成果。 Bo i 等采用三種落葉樹的鋸屑對 重金 屬離子模擬廢水進行了研究。 鋸屑對重金屬的吸附速度較快 , 不到 20 min 就 能達到吸附平衡。吸附平衡遵循 Langmuir 等溫吸附模型?；?于堿土金屬被重金屬 離子和質子取代的離子交換機理得到了證實。 降 低溶液 pH ,吸附容量降低。所研 究的三種鋸屑在 pH 3.55.0

5、有最 大的吸附量 （78 mg/g。 由于吸附劑再生的困難 , 因此吸附法主要處 理低濃度的重金屬廢水和廢水的深度處理。 此外, 吸附法處理重 金屬 離子的許多研究工作還處于實驗室階段 , 需要更深入的研究 , 以便更 好地為工 業(yè)生產(chǎn)服務。 5 膜分離法 作為一種新型的分離技術 ,膜分離技術由于分離效率高、 無相變、節(jié) 能環(huán)保、 操作方便等優(yōu)點 , 在廢水處理領域具有相當?shù)募夹g優(yōu)勢和廣 闊的發(fā)展前景。 膜分離 是利用一種特殊的半透膜 , 在外界壓力的作用 下, 不改變?nèi)芤旱幕瘜W形態(tài)使溶液中的一種溶質或溶劑滲透出來, 從 而達到分 離的目的。由于膜的不同可以分為超濾、反滲透、納濾等。 超濾膜使

6、用能透過膜 來分離無機溶液中的大分子物質和懸浮固體。 這 個特性使超濾膜能允許水和小分 子量溶質通過 , 而截留住大分子量的 物質。 傳統(tǒng)的超濾通常只能分離水溶液中的大 分子物質 , 無法去除小 分子有機物和金屬離子。 如果在重金屬廢水中加入一些預處 理劑進行 預處理, 將其粒徑轉化為大于膜孔徑的顆粒 , 這樣當溶液用膜處理時 , 大于 膜孔徑的組分被膜截留 , 從而達到去除廢水中重金屬離子的目的 , 目前主要有膠束強 化超濾（MEUF和聚合物強化超濾（PEUF兩種。Li等采用基于表面活性劑的 MEUF 法去除水溶液中的重金屬離子。試驗 了螯合后超濾和酸化后超濾以分離十 二烷基磺酸鈉（SDS膠

7、束中的Cd2+和Zn2+。結果表明，采用螯合劑法，即加入EDTA 是最佳的分 離重金屬離子（90.1 % Cd2+, 87.1 %Zn2+和回收SDS（65.5 % Cd2+, 68.5 % Zn 2+。選擇適當孔徑的超濾膜還可以有效地去除水中低含量Cu2+、Ni2+、 Cd2+、Pb2+和Zn2+等金屬離子的氫氧化物。用氫氧化 鈉調(diào)節(jié)pH，使重金屬離子 的氫氧化物呈膠體狀態(tài) ,繼而用超濾膜截留,處理后的水中重金屬含量遠低于排放標 準。反滲透(RO是以膜兩側靜壓差為動力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過RO膜， 而污染物質則被膜截留而實現(xiàn)對液體混合物進行分離的膜過程。 應用適當?shù)?RO 膜去除重金

8、屬已經(jīng)有較多的報道,如利用RO膜能有效去除廢水 中的Cu2+和Ni2+ 離子, 添加 Na2EDTA 后截留效率能提高到 99.5 %。但該方法處理重金屬廢水還未 廣泛應用。納濾也是一種很有前景的截 留重金屬離子的技術。納濾具有操作壓力低、出水效率高、濃縮水排 放少等 優(yōu)點。最近 Murthy 和 Chaudhari 應用商品化的納濾膜分離水 溶液中的鎳和鎘 ,結果 發(fā)現(xiàn)鎳和鎘的截留率分別為 98.94 %和 82.69 %。 6 離子交換處理法 離子交換樹脂法處理重金屬廢水是利用離子交換樹脂上的活性離子 與重金屬 離子能發(fā)生交換反應 ,從而去除廢水中重金屬離子的方法。目前離子交換樹脂法處 理

9、重金屬廢水得到了廣泛的研究。 最常用的樹脂是交聯(lián)聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸 酯樹脂。Aly zLi和Veli研究了 Dowex HCR S/S陽離子交換樹脂去除鎳離子和鋅離 子,結果表明 ,在最佳條件下鎳和鋅的去除率都在 98 %以上。應用離子交換樹脂處 理廢水,不僅樹脂可以再生 ,而且操作簡單、工藝條件成熟、流程短。但樹脂抵抗水 中有機物污染的性能低和抗氧化性能較差 , 以及樹脂再生洗脫工藝繁瑣 , 產(chǎn)生的高 濃度洗脫液較難處理 , 易形成“二次污染”等問題。 3 重金屬廢水處理新技術 3.1 納米技術及材料 納米技術是指在 1100 nm 尺度上研究和應用原子、分子現(xiàn)象 ,由此發(fā)展起來 的多學

10、科的基礎研究與應用研究緊密聯(lián)系的新科學技術。 達到納米尺度范圍或以 它們?yōu)榛締卧鶚嫵傻牟牧暇褪羌{米材料。 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所具有的巨大潛力已得到廣泛 認同。納米過濾 (Nanofiltration , NF 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 2 個特點 :（1 膜的截留相 對分子質量為 1001 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(tài)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

11、， 使得納濾膜只需使用較低的操作壓力（一般為0.51.5 MPa）;同時納濾膜的通 量高，相比于反滲透，納米過濾具有 設備投資低，能耗低的優(yōu)點。利用納米級的 零價鐵處理含鉻（VI）廢水，已經(jīng)收到了良好效果。 近來，JHChoi等合成了納 米級的ETS10,該材料對Pb2+和Cd2+均有很強的吸附性。3.2光催化技術光 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，通過還原或氧化反應去除水中的重金屬離子。 目前，實驗室常用的光催 化劑有 TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2、WS02 和 Fe2O3o 其中 TiO2 以良好 的光催化熱力學和動力

12、學優(yōu)勢被 更多地采用。 TiO2 光催化除去重金屬離子可能存 在 3 種機理： （1） 光生電子直接還原金屬離子;（2）間接還原，即由空穴先氧 化被添加 的有機物，然后由產(chǎn)生的中間體來還原金屬離子;（3）氧化除去金屬 離子。納米 TiO2 能將高氧化態(tài)汞、銀、鉑等貴重金屬離子吸附于表 面， 利用光 生電子將其還原為細小的金屬晶體， 并沉積在催化劑表面， 這樣既消除了廢水的 毒性， 又可從工業(yè)廢水中回收重金屬。 光催化法， 耗能低，無毒性，選擇性好， 常溫常壓，快速高效等，在重金屬廢水 處理中前景廣闊且日益受到重視。 但從實 際應用的角度出發(fā)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

13、 低，光催化劑的吸 光范圍窄等。 3.3新型介孔材料根據(jù)國際理論和應用化學聯(lián)合會（IUPAC ）定義，介孔材 料指孔徑介于 250 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（1000cm2g-1）、孔隙率高且水熱穩(wěn)定性好 等優(yōu)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，為含 Hg、 Cu、 Pb、 Cd 等的重金屬廢水治理展示 了誘人前景。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，結果表明，Cd2+能定量吸附在A1-MCM-41 分子篩上，靜態(tài)飽和吸附量為136.86mg g-1。AMLiu和KHidajat等用氨基功能介 孔材料SBA-15,結果表明，產(chǎn)物SBA-15 (NH2對Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均 有很強的去除力。 3.4 基因工程技術 Wilson 在上世紀 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