液膜法處理重金屬?gòu)U水

液膜法處理重金屬?gòu)U水近年來隨著工業(yè)生產(chǎn)和城市現(xiàn)代化水平發(fā)展，廢水大量排放，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水的治理受到國(guó)內(nèi)外科研工作者的高度重視。重金屬?gòu)U水主要來自礦山坑內(nèi)排水，選礦廠尾礦排水，廢石場(chǎng)淋浸水，有色金屬冶煉廠除塵排水，有色金屬加工廠酸洗水，電鍍廠鍍件洗滌水，鋼鐵廠酸洗排水，以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等工業(yè)廢水。主要金屬污染源有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等。重金屬在環(huán)境中難以被降解，重金屬?gòu)U水污染具有毒效長(zhǎng)，生物不可降解的特點(diǎn)，可通過食物鏈作用進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)累積，從而導(dǎo)致各種疾病和機(jī)能紊亂，最終對(duì)人體健康造成嚴(yán)重?fù)p害。例如：日本水俁灣由汞中毒造成的“水俁病”，神通川流域由鎘引起的“痛痛病”，就是重金屬污染給人體健康帶來?yè)p害的典型事例。對(duì)重金屬?gòu)U水的治理包括傳統(tǒng)方法和新技術(shù)。其中，較傳統(tǒng)的方法有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、吸附法和膜分離法等?；瘜W(xué)沉淀法是工藝較成熟的方法，它具有去除范圍廣、效率高、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，但需要投加大量化學(xué)藥劑，并以沉淀物的形式沉淀出來，存在二次污染問題。電化學(xué)法工藝成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，無(wú)二次污染，所沉淀的重金屬可回收利用；缺點(diǎn)是耗電量大，廢水處理量小，出水水質(zhì)差，不適合處理低濃度廢水。物理吸附法主要是利用具有高的比表面積或表面具有高空隙結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如活性炭、礦物質(zhì)和分子篩等，吸附去除重金屬的方法?；钚蕴渴亲钤?、也是應(yīng)用最廣的吸附劑，但其價(jià)格昂貴，使用壽命短。改性后的殼聚糖用于吸附重金屬離子，具有吸附容量大、吸附速度快、易洗脫、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但目前多集中在改性殼聚糖的靜態(tài)吸附研究上，實(shí)際應(yīng)用還有一定差距。生物吸附指利用生物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)或成分特性來吸附水中的重金屬。但由于生物吸附容量一定、選擇性高，所以應(yīng)用范圍限制在低濃度、單組分的重金屬?gòu)U水的處理中。與其他技術(shù)相比，膜技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積少，使用范圍廣，處理效率高，節(jié)能并能實(shí)現(xiàn)重金屬的回收，另外不需加化學(xué)試劑，不會(huì)造成二次污染。膜技術(shù)包括反滲透、超濾、電滲析、液膜和滲透蒸發(fā)等。目前，反滲透和超濾膜在電鍍廢水處理中已得到廣泛應(yīng)用。大連化物所利用芳香聚酰胺型高分子化合物作為膜材料（DP-1）組裝成反滲透器對(duì)去除電鍍廢水中的鎳、鎘效果極佳。液膜法分離快、耗能少，重金屬資源可回收，近年來也已用于小型電鍍廠含Cr3+、Zn2+廢水處理。液態(tài)膜是Li在1968年發(fā)現(xiàn)并建議用來解決某些廢水問題的。它是與水不相混溶的乳化物。這些乳化物由一種油相所組成，該油相是由表面活性劑，不同的添加劑和烴類溶劑所組成的。烴溶劑使除去（解析）和撲集廢水中污染物的試劑水溶液微滴形成包膠。T.Kitagawa在實(shí)驗(yàn)室和在中間工廠進(jìn)行了用液態(tài)膜法除Cr6+，Hg2+，Ga2+，Cu2+的試驗(yàn)。試驗(yàn)制備液態(tài)膜乳化物的一般步驟為：在一個(gè)帶擋板的2L樹脂缶中，先放入表面活性劑和添加劑在油（總量為100克）中的溶液，在攪拌下，將撲集劑（內(nèi)相）的水（總量為50克）溶液滴到上面的油溶液中，所得到的乳化物在室溫下以1000~2000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌10~20分鐘，以保證包膠完全。分離無(wú)機(jī)離子需往油相中加入離子載體。除銘和汞用Alamine336，它是C8一C10的叔胺；除銅用Lix64N，此為兩種肟的混合物；除鎘用Aliquat336（氯化甲基三辛錢）。這些離子載體都是GeneralMillS公司生產(chǎn)的。實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)操作:先在一個(gè)ZL帶擋板的樹脂擊中放入要提取的廢水溶液（100—500克），向其中加入適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)膜乳化物（50克），兩相溶液用兩個(gè)帶marine型推進(jìn)器的變速混合器攪拌，每個(gè)推進(jìn)器上有三片葉片。攪拌速度200一400轉(zhuǎn)/分。定期地取出料液進(jìn)行分析，監(jiān)視污染物除去的效果.分析Cd2+，Cr6+，Cu2+和Hg2+用原子吸收光譜。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)除重金屬離子的期間歇試驗(yàn)金屬離子穿過液態(tài)膛壁的遷移過程是“加速遷移”的一個(gè)很好例子，這一點(diǎn)可用銘遷移化學(xué)來說明:用胺中和的萃?。海?R3N］有機(jī)相+［H++Cr02-］水相=［（RNH）Cr0］有機(jī)相（1）L j>-*iz>I'L 0 7 』' L\R /OO-yJ>iz>i'借助生成鹽的萃?。海郏≧NH）X］有機(jī)相+［2H++Cr02-］水相=［（RNH）Cr0］有機(jī)相+［2H++X2-］水相L\R /O J'iz>I'L 0 7 』 ' L\R /OO-7j >iz>i'L J 'J 乙 乙/ J 乙乙/(2)X=SO4或2Cl無(wú)論按方程式(1)或(2),萃取作用均發(fā)生在外膜相的界面上(圖1)。確切的萃取機(jī)理取決于按方程(3)或方程式(4)所使用的解析劑。金屬離子的解析作用，發(fā)生于內(nèi)膜相的界面上，可用下面兩種辦法來完成：堿解析：[(RNH)Cr0]有機(jī)相+[4(Na++OH-)]水相=[(^H)Cr0]有機(jī)相L\ /OOTJ ，-* ,z ''' L\ /J ' L\R/OOTJ ，-* ,z '''+[2(2Na++Cr042-)]有機(jī)相+[3H2O]水相(3)酸解析：[(RNH)Cr0]有機(jī)相+HSO水相=[(RNH)SO]有機(jī)相+[2H++Cr02-]有機(jī)相J 乙乙/ 乙 J 乙+[3H2O]水相(4)用堿析時(shí)，在液膜內(nèi)再生游離肟，按方程式(1)可重新萃取另外的Cr2072-用酸萃取時(shí)，再生出按方程式(2)萃取時(shí)所使用的胺鹽。這兩種辦法在液態(tài)膜技術(shù)中都得到了成功的應(yīng)用液態(tài)膜法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)，在于逆流卒取與解析在同一段內(nèi)進(jìn)行，而不是象溶劑萃取那樣需要在分開的兩段內(nèi)進(jìn)行。此外，采用逆流萃取并解析的液態(tài)膜法，按方程式(1)和(2)將生成的絡(luò)合離子不斷除去，就可以促使反應(yīng)平衡不斷向右移動(dòng)，這就消除一些溶劑萃取法所固有的嚴(yán)重限制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將最初含400ppm銘的料液處理10分鐘，幾乎除去了全部的銘。為使銘從外部料液進(jìn)入液態(tài)膜乳化物的內(nèi)部試劑相，必須控制兩相的pH值在一定的臨界限度以內(nèi)。當(dāng)外部相為酸性，內(nèi)部相為用2%NaOH產(chǎn)生的不變的堿性PH時(shí)，銘的轉(zhuǎn)移速度很快。在這些條件下處理15分鐘，外相中的銘從39Oppm降12ppm(除去效率為97%)，但是當(dāng)外相為堿性時(shí)，卻看不到銘的轉(zhuǎn)移。從廢水中除鎘的原理雖然與除銘基本相似，但也產(chǎn)生了特殊問題。在從金屬鍍槽流出的廢水中，鎘與氤化物形成牢固的絡(luò)合物：Cd2++4CN-<~~>Cd(CNM4使用液體離子交換劑如Aliguat336(氯化甲基三辛銨)很容易將該絡(luò)合物從水溶液中萃取出來，但是，因?yàn)镃d(CN)42-在堿性條件下的溶解度很大(K穩(wěn)=1019解析十分困難。常用的解析劑如