废水处理物理方法.

1、物理吸附 主要是具有高的比表面积或表面具有高度发达的空隙结构, 如活性炭、 矿物 质、分子筛等。活性炭是最早 ,也是应用最广的吸附剂。但价格 昂贵 ,使用寿命短。 近年来,发现矿物材料具有强大的吸附能力 ,如 沸石、蛇纹石、硅藻土等。其中 ,沸石 是目前发现的天然矿物中比表 面积最大, 吸附性能最好的矿物。 Myroslav 等在静 态条件下研究了斜发沸石对Pb2+、Cu2+、Ni2+和Cd2+的选择性吸附。结果表 明，对Cd2+的最大吸附容量为4.22 mg g-1（初始质量浓度为80 mg L1 ;对Pb2+、 Cu2+、Ni2+的最大吸附容量分别为27.7, 25.76和13.03 mg

2、 g-1 （初始质量浓度为 800 mg L1 。且吸附顺序为 :Pb2+ Cu2Cd2+ Ni2+。 Luiz C A Oliveira 用 NaY 沸 石和一种磁性离子氧化物合成了新 的重金属离子吸附剂 -磁性沸石。该沸石对 Zn2 +有很强的吸附性 , 吸附容量高达 114 mgg-1。 2.3.2 树脂吸附 树脂中含有羟基、羧基、氨基等活性基团可与重金属离子进行螯合 , 形成网状 结构的笼形分子 ,因此能有效地吸附重金属。其中壳聚糖 （Chitosan 及其衍生物是处 理重金属废水的理想树脂材料 ,许多学 者对此都研究甚多 ,吸附机理的研究也比较成 熟。壳聚糖对Mn2+、Cu2+、Pb

3、2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+和Ag+等都有很强的去 除能力。Mckay等评估了壳聚糖对Hg+、Cd2+、Mn2+、Zn2+的最大吸附能力， 各自的最大吸附量分别为815、222、164、75 mgg-1。近年来，对改性壳聚糖的 吸附研究也大量涌现。 Rorrer 等将球形壳聚糖与戊二醛交联 , 与磁性元素结合后具有一定的磁性 , 同时它的表面积比壳聚糖薄片大 100 倍。 研究表明，球形交联壳聚糖对Cd2+的最大吸附容量为518 mgg-1,而粉末壳聚糖只有 420 mg g-1。 吸附法 吸附法是应用多种多孔性吸附材料去除废水中重金属离子的一种方 法。 吸附 法的核心是吸附剂的选择 ,

4、 传统的吸附剂是活性炭、 矿物质、 分子筛等。活性炭具 有很强的吸附能力 ,对重金属的去除率高 , 但处 理成本较高 , 因而应用受到限制。 近 年来在这方面的研究主要集中在 寻求新型廉价吸附材料及改性产物如石榴皮、栗 子壳,煤飞灰、 褐煤 屑等,取得了一系列的成果。 Bo i 等采用三种落叶树的锯屑对 重金 属离子模拟废水进行了研究。 锯屑对重金属的吸附速度较快 , 不到 20 min 就 能达到吸附平衡。吸附平衡遵循 Langmuir 等温吸附模型。基 于碱土金属被重金属 离子和质子取代的离子交换机理得到了证实。 降 低溶液 pH ,吸附容量降低。所研 究的三种锯屑在 pH 3.55.0

5、有最 大的吸附量 （78 mg/g。 由于吸附剂再生的困难 , 因此吸附法主要处 理低浓度的重金属废水和废水的深度处理。 此外, 吸附法处理重 金属 离子的许多研究工作还处于实验室阶段 , 需要更深入的研究 , 以便更 好地为工 业生产服务。 5 膜分离法 作为一种新型的分离技术 ,膜分离技术由于分离效率高、 无相变、节 能环保、 操作方便等优点 , 在废水处理领域具有相当的技术优势和广 阔的发展前景。 膜分离 是利用一种特殊的半透膜 , 在外界压力的作用 下, 不改变溶液的化学形态使溶液中的一种溶质或溶剂渗透出来, 从 而达到分 离的目的。由于膜的不同可以分为超滤、反渗透、纳滤等。 超滤膜使

6、用能透过膜 来分离无机溶液中的大分子物质和悬浮固体。 这 个特性使超滤膜能允许水和小分 子量溶质通过 , 而截留住大分子量的 物质。 传统的超滤通常只能分离水溶液中的大 分子物质 , 无法去除小 分子有机物和金属离子。 如果在重金属废水中加入一些预处 理剂进行 预处理, 将其粒径转化为大于膜孔径的颗粒 , 这样当溶液用膜处理时 , 大于 膜孔径的组分被膜截留 , 从而达到去除废水中重金属离子的目的 , 目前主要有胶束强 化超滤（MEUF和聚合物强化超滤（PEUF两种。Li等采用基于表面活性剂的 MEUF 法去除水溶液中的重金属离子。试验 了螯合后超滤和酸化后超滤以分离十 二烷基磺酸钠（SDS胶

7、束中的Cd2+和Zn2+。结果表明，采用螯合剂法，即加入EDTA 是最佳的分 离重金属离子（90.1 % Cd2+, 87.1 %Zn2+和回收SDS（65.5 % Cd2+, 68.5 % Zn 2+。选择适当孔径的超滤膜还可以有效地去除水中低含量Cu2+、Ni2+、 Cd2+、Pb2+和Zn2+等金属离子的氢氧化物。用氢氧化 钠调节pH，使重金属离子 的氢氧化物呈胶体状态 ,继而用超滤膜截留,处理后的水中重金属含量远低于排放标 准。反渗透(RO是以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过RO膜， 而污染物质则被膜截留而实现对液体混合物进行分离的膜过程。 应用适当的 RO 膜去除重金

8、属已经有较多的报道,如利用RO膜能有效去除废水 中的Cu2+和Ni2+ 离子, 添加 Na2EDTA 后截留效率能提高到 99.5 %。但该方法处理重金属废水还未 广泛应用。纳滤也是一种很有前景的截 留重金属离子的技术。纳滤具有操作压力低、出水效率高、浓缩水排 放少等 优点。最近 Murthy 和 Chaudhari 应用商品化的纳滤膜分离水 溶液中的镍和镉 ,结果 发现镍和镉的截留率分别为 98.94 %和 82.69 %。 6 离子交换处理法 离子交换树脂法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的活性离子 与重金属 离子能发生交换反应 ,从而去除废水中重金属离子的方法。目前离子交换树脂法处 理

9、重金属废水得到了广泛的研究。 最常用的树脂是交联聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸 酯树脂。Aly zLi和Veli研究了 Dowex HCR S/S阳离子交换树脂去除镍离子和锌离 子,结果表明 ,在最佳条件下镍和锌的去除率都在 98 %以上。应用离子交换树脂处 理废水,不仅树脂可以再生 ,而且操作简单、工艺条件成熟、流程短。但树脂抵抗水 中有机物污染的性能低和抗氧化性能较差 , 以及树脂再生洗脱工艺繁琐 , 产生的高 浓度洗脱液较难处理 , 易形成“二次污染”等问题。 3 重金属废水处理新技术 3.1 纳米技术及材料 纳米技术是指在 1100 nm 尺度上研究和应用原子、分子现象 ,由此发展起来 的多学

10、科的基础研究与应用研究紧密联系的新科学技术。 达到纳米尺度范围或以 它们为基本单元所构成的材料就是纳米材料。 纳米技术作为一门新兴学科 , 对其研 究才刚刚开始。但纳米技术在水污染治理方面所具有的巨大潜力已得到广泛 认同。纳米过滤 (Nanofiltration , NF 是一种由压力驱动的新型膜分离过程 ,介于反 渗透与超滤之间。纳滤膜主要存在以下 2 个特点 :（1 膜的截留相 对分子质量为 1001 000,纳滤膜存在真正的微孔 ,孔径处于纳米 级范围； （ 2）纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同，对单价离子的截留率 低，对二价及多价离子的截留率则相对较高，由于让大部分单 价离子自由通过

11、， 使得纳滤膜只需使用较低的操作压力（一般为0.51.5 MPa）;同时纳滤膜的通 量高，相比于反渗透，纳米过滤具有 设备投资低，能耗低的优点。利用纳米级的 零价铁处理含铬（VI）废水，已经收到了良好效果。 近来，JHChoi等合成了纳 米级的ETS10,该材料对Pb2+和Cd2+均有很强的吸附性。3.2光催化技术光 催化法是一种环境友好型水处理方法， 利用光催化剂表面的光生电 子或空穴等活 性物种，通过还原或氧化反应去除水中的重金属离子。 目前，实验室常用的光催 化剂有 TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2、WS02 和 Fe2O3o 其中 TiO2 以良好 的光催化热力学和动力

12、学优势被 更多地采用。 TiO2 光催化除去重金属离子可能存 在 3 种机理： （1） 光生电子直接还原金属离子;（2）间接还原，即由空穴先氧 化被添加 的有机物，然后由产生的中间体来还原金属离子;（3）氧化除去金属 离子。纳米 TiO2 能将高氧化态汞、银、铂等贵重金属离子吸附于表 面， 利用光 生电子将其还原为细小的金属晶体， 并沉积在催化剂表面， 这样既消除了废水的 毒性， 又可从工业废水中回收重金属。 光催化法， 耗能低，无毒性，选择性好， 常温常压，快速高效等，在重金属废水 处理中前景广阔且日益受到重视。 但从实 际应用的角度出发还存在着 许多问题。如重金属离子在光催化剂表面的吸附率

13、 低，光催化剂的吸 光范围窄等。 3.3新型介孔材料根据国际理论和应用化学联合会（IUPAC ）定义，介孔材 料指孔径介于 250 nm 的多孔材料。 介孔材料具有长程结构有序、 孔径分布 窄、比表面大（1000cm2g-1）、孔隙率高且水热稳定性好 等优点。因此，介孔 材料是当今国际上的研究热点和前沿之一。近年 来，研究者通过对材料进行化学 修饰或改性处理，已制备出了诸多新 型功能化介孔材料，为含 Hg、 Cu、 Pb、 Cd 等的重金属废水治理展示 了诱人前景。马国正等以十六烷基三甲基溴化铵为模板 剂，合成了 A1-MCM-41介孔分子筛，结果表明，Cd2+能定量吸附在A1-MCM-41 分子筛上，静态饱和吸附量为136.86mg g-1。AMLiu和KHidajat等用氨基功能介 孔材料SBA-15,结果表明，产物SBA-15 (NH2对Cu2+、Zn2+、Cr3+和Ni2+均 有很强的去除力。 3.4 基因工程技术 Wilson 在上世纪 90 年代尝试用基因工程技术 对微生物进行改造， 并 将其应用于含汞废水的治理，取得了较好结果。随后其他 研究者也逐 渐将基因工程技术应用于不同类型