随着现代城市化的推进和工业的飞速发展, 越来越多的生活污水和工业废水没有经过二次净化处理就直接排放到江河湖海中, 废水中含有大量的重金属离子已经成为人们所关注的重点之一。工业废水是造成环境严重污染的主要污染源, 其中重金属离子Cu、Pb、Cd、Hg和Ni及其化合物被列为环境优先控制污染物。因此, 对于废水中的重金属离子的吸附成为现代社会的焦点。
水体中的铅离子主要来源于蓄电池、冶金、五金、机械等工业废水。水体中的铅元素是完全不能降解的, 对生态环境造成了极大的危害, 被划为第一类污染物;镉污染, 水体中的铬元素主要来源于采矿、制革、电镀和印染等工业生产及燃料燃烧所产生的含铬污染物的废气、废水与废渣。铬的毒性与其存在的价态有关, 六价铬比三价铬毒性高100倍, 并易被人体吸收且在体内蓄积, 三价铬和六价铬可以相互转化。铬是人体内必需的微量元素之一, 它在维持人体健康方面起关键作用。铬对人体十分有利的微量元素, 不应该被忽视, 它是正常生长发育和调节血糖的重要元素。
重金属污染主要是通过废水排出到环境中, 对环境造成一定的危害。它以各种各样的存在形态之间可以随着水环境条件的改变而产生转化, 具有多形态的特点。重金属污染具有以下特点:
(1) 重金属通过生物体进行大量的富集。重金属离子通过吸附作用而沉淀富集到河流中, 对人体的产生严重的威胁。经过庞大的食物链的反应, 它通过食物、水体积累造成慢性中毒, 严重危害人体和动植物的健康和生存。
(2) 重金属离子毒性是具有长期性的。在自然界中, 食物链可以将一些微量的重金属元素通过沉积, 富集起来, 转化为毒性强的有机化合物, 如在天然水体中的无机汞可以转化为毒性更强的甲基汞。
(3) 微量重金属元素可产生毒性。铅离子的大量摄入会对人体的神经、消化、血液、生殖等方面造成一定危害;铜离子会对导致肝炎症状, 严重时会出现小脑运动失调和帕金斯综合症;当人体内的锌含量过高时, 会降低人体的免疫能力。
共沉淀方法处理重金属主要是采用氢氧化钠、难溶盐、铁氧体沉淀。氢氧化物沉淀法完全是依靠沉淀重力的作用。铁氧体法是向水中加入铁盐, 使污水中的重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀。硫化物沉淀法是通过加入硫化物沉淀剂使重金属离子以沉淀形式析出。这种方法工艺简单、设备要求不高、高效率、快速分离, 它能处理高浓度的重金属离子和大量重金属工业废水。
吸附法是指利用多孔性结构的材料来处理重金属废水的方法。吸附法只发生在固液界面, 通过吸附剂与吸附质之间的作用力, 从而是吸附质被富集在吸附剂上。该法具有方便、易于操作、设计简单、速度快、吸附量大、处理效率高等特点, 以免造成二次污染, 吸附法被广泛的应用在吸附重金属离子中。
离子交换法是指在液相中的重金属离子与固相的离子之间发生的可逆性离子交换的过程。它是一种多孔性功能高分子材料, 能够与溶液中的离子进行交换, 从而达到减少重金属离子的目的。它具有处理污水量大、出水水质好, 可回收水和重金属离子, 但其缺点是交换树脂成本高、选择性能不太理想。
自从Nollet发现了膜分离现象后, 生物膜受到了广泛的关注。它采用一种特殊的半透膜, 利用化学位差和膜的选择性透过作用对物质进行分离、分级、提纯的效果。膜技术作为一门新型的分离技术, 具有低耗能、无二次污染、装置简单、操作容易, 便于维护和出水水质好且稳定等优点。
天然沸石具有一定的吸附和交换能力, 每一种沸石都有大小均一的孔道, 大约在0.3-1nm之间, 只能通过相对应的分子。沸石具有良好的应用前景, 它被广泛用于土壤改良剂、污水净化剂, 以及废水中重金属、有机物、染料等污染物质的去除。沸石在全球许多国家都有丰富的资源, 为很多产业都带来了方便。
壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物, 可生物降解, 无毒, 分子中带有大量的活性基团, 如氨基、羟基。与金属的结合能力很强, 大量的存在于自然界中, 如甲壳类动物外骨骼、虾壳、螃蟹壳等都成为生产壳聚糖的最好的原料来源。进一步研究壳聚糖在环境保护事业上具有重要的角色, 近些年来, 越来越多的科研人员都在利用壳聚糖作为处理重金属离子废水的重要材料之一。
膨润土是以蒙脱石为主要成分的黏土矿物, 由于其具有良好的吸附性和粘结性、较大的比表面积, 可以从水中吸附重金属, 因此可作为一种很好的含重金属废水原材料。天然膨润土表面的硅氧结构具有强的亲水性, 且具有较大的层间距。因此, 膨润土的吸附和离子交换只能发生在表面空隙中。
目前, 国内外研究使用的农业废弃物主要有米糠、稻壳、麦麸、麦壳、木屑、树皮、花生壳、椰壳、核桃壳、棉籽壳、废茶叶、玉米芯、甘蔗渣、果皮、豆壳、秸秆、板栗等, 并且农业废弃物中含有大量的纤维素对重金属离子有较好的吸附性能。农业废弃物中的大量生物质能通过多种途径将重金属离子吸附到其细胞表面。
开发廉价、高效、可以循环使用的吸附剂将是吸附研究的一个重要方向。重金属水质比较复杂, 且水体中含有多种重金属离子, 在处理过程中应该考虑如何将传统方法与新工艺结合起来, 形成新型工艺。将处理后的重金属回收利用, 以达到经济效益和环境效益相统一, 是今后重金属废水处理技术的发展趋势。
摘要：重金属离子的污染已经成为我国环境污染中最为严重的污染物之一。本文介绍了重金属废水的危害、分类以及主要的处理方法的应用, 还有吸附重金属离子的几种吸附性材料, 以及目前应用效果最广泛的吸附剂。因此, 需要制备一些高效、环保和廉价的吸附材料来降低重金属对人类健康所带来的危害和对生态环境的破坏。
关键词：吸附材料,重金属,废水
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