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(dá)的空隙結(jié)構(gòu), 如活性炭、 礦物質(zhì)、分子篩等?；钚蕴渴亲钤?也是應(yīng)用最廣的吸附劑。但價(jià)格 昂貴,使用壽命短。近年來(lái),發(fā)現(xiàn)礦物材料具有強(qiáng)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(duì) Pb2+、 Cu2+、 Ni2+和 Cd2+的選擇性吸附。 結(jié)果表明, 對(duì) Cd2+的最大吸附容量為 4.22 mg·g-1(初始質(zhì)量濃度為 80 mg·L1 ;對(duì) Pb2+、 Cu2+、 Ni2+的最大吸附容量分別為 27.7, 2

2、5.76和 13.03 mg·g-1 (初始質(zhì)量濃度為 800 mg ·L1 。且吸附順序?yàn)?Pb2+> Cu2>Cd2+> 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(duì) Zn2+有很強(qiáng)的吸附性, 吸附容量高達(dá) 114 mg·g-1。樹脂中含有羥基、羧基、氨基等活性基團(tuán)可與重金屬離子進(jìn)行螯合, 形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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?gòu)U水的理想樹脂材料,許多學(xué) 者對(duì)此都研究甚多,吸附機(jī)理的研究也比較

3、成熟。殼聚糖對(duì) Mn2+、 Cu2+、 Pb2+、 Cd2+、 Zn2+、 Ni2+和 Ag+等都有很強(qiáng)的去除能力。 Mckay 等評(píng)估了殼聚糖對(duì) 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 mg·g-1。近年來(lái),對(duì)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(jié)合后具有一定的磁性, 同時(shí)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(duì) Cd2+的最大吸附容量為 518 mg·g-1,而粉末殼聚糖只有 420 mg·g-1。吸附法吸

4、附法是應(yīng)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, 傳統(tǒng)的吸附劑是活性炭、 礦物質(zhì)、 分子篩等?；钚蕴烤哂泻軓?qiáng)的吸附能力,對(duì)重金屬的去除率高, 但處 理成本較高, 因而應(yīng)用受到限制。 近年來(lái)在這方面的研究主要集中在 尋求新型廉價(jià)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(duì)重金 屬離子模擬廢水進(jìn)行了研究。 鋸屑對(duì)重金屬的吸附速度較快, 不到 20 min 就能達(dá)到吸附平衡。吸附平衡遵循 Langmuir 等溫吸附模型。基 于堿土金屬被重金屬離子和質(zhì)子取代的離子交換機(jī)理得到了證實(shí)。 降

5、低溶液 pH ,吸附容量降低。所研究的三種鋸屑在 pH 3.55.0 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?gòu)U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(shí)驗(yàn)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(wù)。5 膜分離法作為一種新型的分離技術(shù),膜分離技術(shù)由于分離效率高、 無(wú)相變、節(jié) 能環(huán)保、 操作方便等優(yōu)點(diǎn), 在廢水處理領(lǐng)域具有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)優(yōu)勢(shì)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(xué)形態(tài)使溶液中的一種溶質(zhì)或溶劑滲透出來(lái), 從 而達(dá)到分離的目的。由于膜的

6、不同可以分為超濾、反滲透、納濾等。 超濾膜使用能透過(guò)膜來(lái)分離無(wú)機(jī)溶液中的大分子物質(zhì)和懸浮固體。 這 個(gè)特性使超濾膜能允許水和小分子量溶質(zhì)通過(guò), 而截留住大分子量的 物質(zhì)。 傳統(tǒng)的超濾通常只能分離水溶液中的大分子物質(zhì), 無(wú)法去除小 分子有機(jī)物和金屬離子。 如果在重金屬?gòu)U水中加入一些預(yù)處理劑進(jìn)行 預(yù)處理, 將其粒徑轉(zhuǎn)化為大于膜孔徑的顆粒, 這樣當(dāng)溶液用膜處理時(shí), 大于膜孔徑的組分被膜截留, 從而達(dá)到去除廢水中重金屬離子的目的, 目前主要有膠束強(qiáng)化超濾 (MEUF和聚合物強(qiáng)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(yàn) 了螯合后超濾和酸化后超濾以

7、分離十二烷基磺酸鈉 (SDS膠束中的 Cd2+和 Zn2+。結(jié)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 % Zn2+。選擇適當(dāng)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(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)。反滲透 (RO是以膜兩 側(cè)靜壓差為動(dòng)力,克服溶劑的滲透壓,使溶劑通過(guò) RO 膜,而污染 物質(zhì)則被膜截留而實(shí)現(xiàn)對(duì)液

8、體混合物進(jìn)行分離的膜過(guò)程。 應(yīng)用適當(dāng)?shù)?RO 膜去除重金屬已經(jīng)有較多的報(bào)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?gòu)U水還未廣泛應(yīng)用。 納濾也是一種很有前景的截留重金屬離子的技術(shù)。 納濾具有操作壓力低、出水效率高、濃縮水排 放少等優(yōu)點(diǎn)。最近 Murthy 和 Chaudhari 應(yīng)用商品化的納濾膜分離水 溶液中的鎳和鎘,結(jié)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?gòu)U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(yīng),從而

9、去除廢水中重金屬離子的方法。 目前離子交換樹脂法處理重金屬?gòu)U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 üz 和 Veli 研究了 Dowex HCR S/S 陽(yáng)離子交換樹脂去除鎳離子和鋅離子,結(jié)果表明,在 最佳條件下鎳和鋅的去除率都在 98 %以上。應(yīng)用離子交換樹脂處理 廢水,不僅樹脂可以再生,而且操作簡(jiǎn)單、工藝條件成熟、流程短。 但樹脂抵抗水中有機(jī)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(wèn)題。3 重金屬?gòu)U水處理新技術(shù)3.1 納米技術(shù)及材料納米技術(shù)是指在 1100 n

10、m 尺度上研究和應(yīng)用原子、分子現(xiàn)象,由 此發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究緊密聯(lián)系的新科學(xué)技術(shù)。 達(dá)到納米尺度范圍或以它們?yōu)榛締卧鶚?gòu)成的材料就是納米材料。 納米技術(shù)作為一門新興學(xué)科, 對(duì)其研究才剛剛開始。 但納米技術(shù)在水 污 染治 理方面 所具 有的 巨大潛 力已 得到廣 泛認(rèn) 同。 納米過(guò) 濾 (Nanofiltration , NF 是一種由壓力驅(qū)動(dòng)的新型膜分離過(guò)程,介于反 滲透與超濾之間。納濾膜主要存在以下 2 個(gè)特點(diǎn):(1膜的截留相 對(duì)分子質(zhì)量為 1001 000,納濾膜存在真正的微孔,孔徑處于納米級(jí)范圍； （2）納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同，對(duì)單價(jià)離子的 截留率低，對(duì)二

11、價(jià)及多價(jià)離子的截留率則相對(duì)較高，由于讓大部分單 價(jià)離子自由通過(guò)，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(shí)納濾膜的通量高，相比于反滲透，納米過(guò)濾具有 設(shè)備投資低，能耗低的優(yōu)點(diǎn)。利用納米級(jí)的零價(jià)鐵處理含鉻（VI）廢 水， 已經(jīng)收到了良好效果。 近來(lái)， JHChoi 等合成了納米級(jí)的 ETS10， 該材料對(duì) Pb2+和 Cd2+均有很強(qiáng)的吸附性。 3.2 光催化技術(shù) 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(guò)還原或氧化反應(yīng)去除水中的重金屬離子。 目前，實(shí)驗(yàn)室常用的光催化劑有 TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2

12、、 WSO2 和 Fe2O3。其中 TiO2 以良好的光催化熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)被 更多地采用。TiO2 光催化除去重金屬離子可能存在 3 種機(jī)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(jī)物，然后由產(chǎn)生的中間體來(lái)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(xì)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(wú)毒性，選擇性好，常溫常壓，快速高效等，在重金屬?gòu)U水 處理中前景廣闊且日益受到重視。 但從實(shí)際應(yīng)用的

13、角度出發(fā)還存在著 許多問(wèn)題。如重金屬離子在光催化劑表面的吸附率低，光催化劑的吸 光范圍窄等。 3.3 新型介孔材料根據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（(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(zhǎng)程結(jié)構(gòu)有序、 孔徑分布窄、比表面大（>1000cm2·g-1） 、孔隙率高且水熱穩(wěn)定性好 等優(yōu)點(diǎn)。因此，介孔材料是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和前沿之一。近年 來(lái)，研究者通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)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?gòu)U水治理展示 了誘人前景。馬國(guó)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(jié)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(jié)果表明， 產(chǎn)物 SBA-15 (NH2 對(duì) Cu2+、 Zn2+、Cr3+和 Ni2+均有很強(qiáng)的去除力。 3.4 基因工程技術(shù) Wilson 在上世紀(jì) 90 年代嘗試用基因工程技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行改造， 并 將其應(yīng)用于含汞廢水的治理，取得了較好結(jié)果。隨后其他研究者也逐 漸將基因工程