綜述重金屬處理與穩(wěn)定化

1、。綜述重金屬處理與穩(wěn)定化可再生能源學(xué)院應(yīng)用化學(xué) 0901 班 周密 1091100102如今，各種工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)頻繁活動及家庭消費不斷地向環(huán)境釋放重金屬 , 造成環(huán)境中重金屬超負(fù)荷，進(jìn)而造成土壤重金屬污染與污水重金屬污染的加劇。重金屬通常具有急性或慢性毒性， 有時會以更復(fù)雜的方式毒害人體， 如致癌或非直接地引發(fā)某些疾病。土壤或灌溉水中的重金屬會對植物生長產(chǎn)生不利影響，并且將在植物的葉、莖或根部富集，以至其影響波及整個食物鏈；淡水或海洋中的水生生物對水體中的重金屬非常敏感， 即使很低的濃度也會對它們構(gòu)成威脅。因此，重金屬污染問題已經(jīng)引起了全世界各國的普遍關(guān)注。 特別是發(fā)生在日本的由 Hg污染引起的“

2、水俁病”和由 Cd 污染引起的“骨痛病”事件、以及在歐洲一些國家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)重金屬污染產(chǎn)生的嚴(yán)重后果， 使得關(guān)于重金屬污染與防治的研究倍受重視。本人就重金屬處理與穩(wěn)定化方面的研究進(jìn)行了相關(guān)資料與文獻(xiàn)的查尋和閱讀，作出了以下關(guān)于土壤重金屬污染處理方法與污水重金屬污染處理方法的綜述，并淺談了個人的看法與展望。一、土壤重金屬污染處理方法相關(guān)研究土壤重金屬污染已經(jīng)成為全球性環(huán)境問題之一 , 威脅著生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。目前 , 實際應(yīng)用的傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)有土地填埋、 固定和淋洗等 , 但這些技術(shù)都存在治理成本過高和破壞土壤結(jié)構(gòu)等缺點。近年來 , 一種利用超富集植物來修復(fù)污染土壤的修復(fù)技術(shù) , 因具有低成本和環(huán)境

3、友好等優(yōu)點而得到極大受到人們的關(guān)注。 但超富集植物提取土壤重金屬的效率取決于其吸收和轉(zhuǎn)移重金屬的能力。 絕大多數(shù)超富集植物存在生長緩慢、 生物量低等缺點 , 因而其從土壤中提取重金屬的總量很有限。 另一方面 , 重金屬在土壤中的生物有效性較低 , 植物難以吸收 , 從而進(jìn)一步影響超富集植物的提取效率。 許多研究結(jié)果表明 , EDTA(乙二胺四乙酸 ) 、DTPA(二乙基三胺五乙酸 ) 等螯合劑能提高土壤重金屬的移動性 , 即活化土壤重金屬 , 可顯著提高植物的提取效率 , 但因這些化學(xué)物質(zhì)不易降解 , 易引起地下水的污染。 據(jù)報道 , 螯合劑 EDDS(乙二胺二琥珀酸 ) 是一種可生物降解的物

4、質(zhì) , 其可有效地活化土壤中的重金屬 , 具較好的應(yīng)用前景 , 但因其價格昂貴 , 至今難以推廣應(yīng)用。因此 , 尋找絡(luò)合活化能力強且易降解的低成本螯合劑是近期土壤修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點之一。目前常用的化學(xué)合成的土壤重金屬活化劑 EDTA，存在難降解、成本高等問題。因此，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)與長江大學(xué)的周建利， 郭曉方等人試圖尋找出一種易降解、成本低的天然螯合劑。他們選用 3 種天然植物葉子汁液 馬尾松、濕地松、酸藤果 , 并與 3 種濃度 (1.25 、2.50 、5. 00 mmol L-1) 的 EDTA作對比 , 對采自廣東清遠(yuǎn)市和樂昌市的二種鉛鋅礦廢水污染水稻土 ( 分別為酸性土壤和中性土壤 )

5、進(jìn)行重金屬活化試驗 , 比較不同天然植物螯合劑對土壤重金屬 Cd、Pb、Zn 的活化-可編輯修改 -。效率。結(jié)果表明 , 不同種類的植物汁液對土壤Cd、 Pb 和 Zn 的活化能力為 :酸藤果 濕地松 馬尾松11( 鮮葉重蒸餾水重 ) 提取的酸藤果汁液的活化能力顯著高于其12 提取的汁液。天然植物螯合劑對 Pb、Cd的活化能力明顯低于 EDTA,但對 Zn 的活化能力強 , 酸藤果 11 汁液和濕地松 12 汁液對酸性的酸性土壤活化量顯著高于5. 00 mmol L-1EDTA,其它天然植物螯合劑對 Zn 的活化量顯著高于 2. 50 mmolL-1EDTA。植物汁液對中性土壤重金屬的活化率通

6、常較低。 結(jié)果表明 , 酸藤果汁液是一種較有前途的天然植物螯合劑。二、污水重金屬污染處理方法相關(guān)研究重金屬廢水主要來源于電鍍、 采礦、化工的行業(yè)， 重金屬污染無法通過降解作用自凈，但可以通過生物食物鏈富集。 在這一過程中， 難以分解的殘留的重金屬極易通過食物進(jìn)入人體，使人慢慢中毒，極度地危害人類健康。工業(yè)廢水中重金屬污染主要有五類：鉛 (Pb) 污染、汞(Hg) 污染、鎘 (Cd) 污染、鉻 (Cr) 污染、砷(As) 污染。目前，應(yīng)用于重金屬廢水處理方面的試劑有： 螯合劑、絮凝劑以及沉淀劑等，下面分別對不同試劑的處理原理以及應(yīng)用范圍簡述如下：（ 1）高分子螯合劑處理重金屬廢水高分子重金屬螯合

7、劑對重金屬廢水的處理具有成本低、 效果穩(wěn)定等優(yōu)點。 近年來人們對高分子重金屬螯合劑在廢水處理方面的研究十分重視。 高分子重金屬螯合劑是水溶性的一種。 高分子基體 ( 母體高分子 ) 具有親水性的螯合形成基， 它與水中的重金屬離子選擇性地反應(yīng)，生成不溶于水的金屬絡(luò)合物。重金屬螯合劑可以采用不同種類的多胺或聚乙烯亞胺與二硫化碳反應(yīng)得到,其基本結(jié)構(gòu)是 :CH 2NCH 2nCS+S Na重金屬螯合劑與重金屬離子反應(yīng), 生成高分子螯合物, 反應(yīng)方程式如下( 以Pb2+例 ) :CH2NCH2n + n Pb2+CH2NCH2CH2NCH22nCSSCCS+2+S NaS Pb S二硫代羧基的 S原子上

8、有 3對孤對電子 , 其中兩對可以占用 Pb2+的空 d軌道 , 形-可編輯修改 -。成配位鍵 , 根據(jù)配位場理論 ,d 軌道全空的情況下 , 易形成四面體型的結(jié)構(gòu)。 這樣各電子對之間的互相排斥的力量小 , 而 S原子的外層 4對電子也形成互斥力最小的正四面體構(gòu)型 , 形成穩(wěn)定的交聯(lián)狀的螯合物。不同的重金屬離子與重金屬螯合劑所形成的螯合結(jié)構(gòu)是不相同的 , 但最終的結(jié)果都是形成高分子重金屬離子螯合物 , 達(dá)到重金屬廢物穩(wěn)定化的目的。（ 2）絮凝劑處理重金屬廢水絮凝作為廢水處理的一種重要方法，是一種應(yīng)用最廣泛、 經(jīng)濟(jì)、簡便的水處理技術(shù)。通過絮凝作用，可使污水中懸浮微粒形成礬花， 并在沉降過程中互相

9、碰撞， 使絮狀物顆粒變大逐漸沉淀于底部，最后經(jīng)水處理構(gòu)筑物將其分離除去，達(dá)到凈化水的目的。 目前廣泛用于水處理的絮凝劑主要是無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑及復(fù)合絮凝劑三大類。1 無機(jī)絮凝劑1.1 鋁鹽絮凝劑最常用的鋁鹽絮凝劑有硫酸鋁、鋁酸鈉、聚氯化鋁、聚硅硫酸鋁等。 而硫酸鋁是世界上利用最早、最多的鋁鹽絮凝劑，其具有運用便利、效果好等優(yōu)點。鋁鹽的絮凝機(jī)理主要是其水解過程的中間產(chǎn)物能與水中不同陰離子和負(fù)電溶膠形成聚合體，即產(chǎn)生聚合絮凝作用。 鋁鹽在運用過程中主要受藥劑投加量、 pH 及顆粒物表面積、 濃度等參數(shù)影響。 鋁鹽作為一種有效的絮凝劑， 在飲用水處理中占有重要地位。但是，鋁進(jìn)入人體后，通過蓄積參

10、與生物化學(xué)反應(yīng)，能置換人體內(nèi)必需的營養(yǎng)元素和微量元素， 使之流失或沉積， 干擾破壞人體各部位的生理功能，導(dǎo)致產(chǎn)生老年癡呆、鋁性骨病、鋁性貧血等中毒病癥。1.2 鐵鹽絮凝劑鐵鹽絮凝劑包括聚合氯化鐵、 液體聚合硫酸鐵、 氯化鐵、聚合磷酸類復(fù)合鐵鹽、聚合硅酸類復(fù)合鐵鹽、 鋁鐵共聚復(fù)合絮凝劑等。 鐵鹽絮凝的機(jī)理是其水解產(chǎn)物能與水體顆粒物進(jìn)行電中和脫穩(wěn)、 吸附架橋或黏附網(wǎng)捕卷掃，從而形成粗大絮體，通過對絮體的去除，達(dá)到對水體的凈化。張占梅等以含鐵的低。2 天然有機(jī)高分子絮凝劑天然有機(jī)高分子絮凝劑包括殼聚糖、淀粉、纖維素、含膠植物、木質(zhì)素、單寧、多糖類和蛋白質(zhì)等類別及它們的衍生物。 天然有機(jī)高分子絮凝劑主

11、要通過改性來提高其絮凝效果， 改性后的該類絮凝劑與化學(xué)合成類絮凝劑相比， 具有以下優(yōu)點：（1）原料來源豐富，制備成本低，價格便宜，屬可再生資源； （ 2）無毒易生化降解，不造成二次污染； （3）種類多，分子內(nèi)活性基團(tuán)多，可選擇性大，易根據(jù)需要采用不同的制備方法進(jìn)行改性。3 人造有機(jī)高分子絮凝劑目前，人造有機(jī)高分子絮凝劑運用較多的有二甲基二烯丙基氯化銨、 聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等。章詩芳等用聚丙烯酰胺處理飲用水，能有效去除水中色度、-可編輯修改 -。有機(jī)物和藻類等，可提高水質(zhì)，降低成本和致突變性。但由于聚丙烯酰胺的單體有毒，因此，在應(yīng)用上應(yīng)控制其出水濃度低于國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。 翁曉姚等將聚丙烯酰胺作

12、為助凝劑來凈化水。 實驗證明其對低濁低溫水處理效果明顯， 并且對高負(fù)荷水有較強的適應(yīng)能力，但會影響其濾速。 因此，人造有機(jī)高分子在水處理應(yīng)用中比天然高分子廣泛，且在環(huán)境中的絮凝活性穩(wěn)定。4 無機(jī) - 有機(jī)復(fù)合絮凝劑參與制備復(fù)合絮凝劑的有機(jī)絮凝劑主要有殼聚糖、二甲基二烯丙基氯化銨、聚丙烯酰胺等； 無機(jī)絮凝劑主要有鐵鹽和鋁鹽等絮凝劑。 復(fù)合絮凝劑解決了無機(jī)絮凝劑絮凝速度慢、礬花小等缺點，得到了廣泛的應(yīng)用，且具有高效、可行、成本低等特點。葉霞等以殼聚糖與硫酸鋁為原料，制備成的復(fù)合絮凝劑具有絮體形成迅速、礬花大、易分離等特點， 同時減輕了鋁在環(huán)境中的二次污染， 對城市景觀水的處理效果好。復(fù)合絮凝劑不但

13、可以克服單獨使用某一絮凝劑時出現(xiàn)的絮凝效果差、成本高、出水水質(zhì)差、 效率低等不足， 而且可以減少處理后水中的某些二次污染物質(zhì)，減少鋁、鐵等有害金屬離子對人體的危害。因此，高分子復(fù)合絮凝劑，特別是天然高分子復(fù)合絮凝劑的應(yīng)用，對飲用水處理是最佳的選擇。（ 3）沉淀劑處理重金屬廢水DTCR是以具有國際先進(jìn)水平的高分子重金屬離子捕捉沉淀劑為核心技術(shù)的系列處理藥劑，能在常溫下與廢水中 Hg2、 Cd 2、 Pd 2、 Mn 2、 Ni 2 、 Zn 2、 Cr 23、等各種重金屬離子迅速反應(yīng)，生成不溶水的螯合鹽，再加入少量的有機(jī)或（和）無機(jī)絮凝劑下，形成絮狀沉淀，從而達(dá)到捕集去除重金屬的目的，形成一種新

14、處理方法 螯合沉淀法。DTCR是一長鏈的高分子，含有大量的極性基，這極性基中的硫離子原子半徑較大、帶負(fù)電，易于極化變形，產(chǎn)生負(fù)電場，捕捉陽離子，同時趨向成鍵，生成難溶的氨基二硫代甲酸鹽（TDC鹽）而析出。這樣生成的難溶TDC鹽，有的是離子鍵或強極性鍵，如TDCAg，大多數(shù)是配價鍵，如TDCCu、 TDCZn、 TDC Fe。關(guān)于上述配價鍵的結(jié)構(gòu)，同一金屬離子螯合的配價基極可能來自不同的DTCR分子，這樣生成的 TDC鹽的分子會是高交聯(lián)的、立體結(jié)構(gòu)的，原 DTCR的分子量為 1015 萬，而生成的難溶螯合鹽的分子可達(dá)到數(shù)百萬，甚至上千萬，故此種金屬鹽一旦在水中生成，受重力作用，便有好的絮凝沉析效

15、果。目前，傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法無法完全達(dá)到環(huán)保要求， 而 DTCR經(jīng)有關(guān)單位試用證實 : 處理方法簡單， 可在原化學(xué)沉淀法裝置上直接投放， 費用低，能做到多種重金屬離子共存的情況下一次處理后， 即可達(dá)到環(huán)保要求， 即使對廢水中重金屬共存鹽與絡(luò)合鹽（如： EDTA、NH3、檸檬酸等）也能充分發(fā)揮作用，并有絮凝體粗大、沉淀快、脫水快、后處理容易、污泥量少且穩(wěn)定無毒、沒有二次公害等特點，可廣泛運用于以下行業(yè)的污水處理：電鍍工業(yè)、電子工業(yè)、石化工業(yè)、金屬加工工業(yè)、垃圾焚燒處理、電廠煙道氣洗滌等。三、我對重金屬處理前景的看法隨著工業(yè)的發(fā)展， 環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重， 近年來人們對重金屬廢水處理的研究十分重視， 開發(fā)出許多種處理方法來去除廢水中的重金屬， 以使之達(dá)到排放-可編輯修改 -。標(biāo)準(zhǔn)。但由于重金屬廢水排放量大，廢水中重金屬濃度稀，成分復(fù)雜，處理達(dá)標(biāo)要求十分嚴(yán)格， 傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)都相應(yīng)