水中重金属危害现状及处理方法
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[ 12]
胞体中 积累 起来 [ 15] , 进而 达到 富集和 去除 重金属 离子 的 效果。微生物对重金属离子的去除技术 , 具有广阔的应用 前 景 , 它 为我们在解决重金属离子对环境的污染开辟了一条 崭 新的道路。但是 , 目前这方 面的研究 主要 局限 于实验 室 , 还 未能广泛应用于工业生产和环保领域中 , 其主要原因是微 生 物对重金属离子的去 除能力 还不够 大 ; 此 外 , 在去除 过程 中 达到平衡的时间还比较长。在今后的研究工作中 , 加强对 新 型菌种研究开发 , 选择对重 金属离 子去除 量大、 去除 反应 达 到平衡所用时间短的菌种是研究的重点 。 2. 5 有机材料法 开发和研制新型的 有机功能 材料也 是当 前水处 理研 究 的一大热点。通过合成高分子材料或对现有材料 进行改性、 接枝 , 赋予其新集团、 新功能 , 使所得材料可与水中的重金 属 离子发生离子交换、 化学吸 附或螯 合等作 用 , 从而将 重金 属 离子去除。如韩怀芬等 [ 16] 就研制出了交联阳 离子淀粉螯 合 剂用于重金属离子的 处理 , 通过实 验 , 该交联 阳离子 淀粉 螯 合剂对 Pb 2+ 、 Cu 2+ 的 去除 率可以 达到 95 % 以 上 , 对 Cr 3+ 、 2+ Cd 也 有 较 好 的 去 除 效 果 , 是 一 种 较 好 的 螯 合 剂。 梁 渠 等 也研制出了一种新型的具有互穿网络结 构且对重金 属 离子具有特殊吸附功能的泡沫塑料 , 该材料具有处理重金 属 能力强 , 价格低廉且可以反复利用等优点。
2007 年 35 卷第 5 期
广州化工
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水中重金属危害现状及处理方法
葛俊森, 梁 渠
( 成都理工大学材料与化学化工学院, 四川 成都 610059) 摘 要 : 对水中重金属离子的污 染现状进行简要 的概述, 并对 国内外 水中重 金属污 染治理的 研究工 作进行 了系统 综
述。同时提出了新型处理方法 , 即用生物技术和有机功 能材料进行治理 , 给水中重金属危害的治理指明了方 向。
1 水中重金属污染现状
重金属是指密度 4. 0 以上约 60 种元素或密度 在 5. 0 以 上的 45 种元素。砷、 硒是非金属 , 但是它的毒性及某 些性质 与重金属相似 , 所以 将砷、 硒列入 重金属 污染 物范围 内。环 境污染方面 所指的重金 属主要是 指生物 毒性 显著的 汞、 镉、 铅、 铬以及类金 属砷 , 还包 括具 有 毒性 的 重金 属锌、 铜、 钴、 镍、 锡、 钒等污染物 [ 1] 。 随着全球经济的迅速发 展 , 重金属 通过 矿山开 采、 金属 冶炼加工、 化工废水的排放、 农药化肥的滥用 , 生活垃 圾的弃 置等人为污 染及地质侵 蚀、 风 化等天 然源形 式进入 水中 , 而 重金属污染 又具有易被 生物富集、 并 有生物 放大效 应、 且毒 性大等特点 , 因此水中 的重金 属污染 不仅污 染了水 环境 , 也 严重危害了人类及各类 生物的 生存。目前 淡水资 源日 益枯 竭 , 而人类对淡水的需 求量却 在日益 增加 , 未加处 理的 大量 废水污染了水环境 , 严重影响了水生生态结构和水资 源的有 效利用[ 2] 。我国 作为饮用水水源的地表水主 要为河流、 湖泊
[ 17]
3
结
语
重金属污染因其难降解、 易富集、 难去除等特 点 , 已经 成 为目前严重危 害环 境和 人类 健康 的 最主 要的 污染 物 之一。 当今对于重金属污染的去除研究已经日益成熟 , 如传统的 吸 附及絮凝沉淀法已经很成熟地应用在工业生产中 , 同时新 兴 的如生物技术和有机高分子的研究和开发 , 也给重金属的 处 理提供了更为广阔的 发展前 景。因此 随着人 们的共 同保 护 和关注 , 随着新 型技术的应 用 , 重金属 污染这 一世界 难题 也 将会更加有效、 快速、 便捷地解决。
水是人类的生命之源 , 它是自然界和人类生存发 展过程 中不可或缺的重要因素。随着全球经济的迅速发展 , 人类对 水资源需求量越来越大 , 但同时水资源的污染问题也 日益严 重。在众多水污染中重金 属污染 占了相 当大 的比例。 而重 金属污染又 容易 在生 物链 中容 易富 集和 扩 大 , 并且 毒 性较 大 , 因此水中重金属污染问题已经严重危害到生态环 境和人 类的生命健 康。目前 水中重 金属污 染治理 的研究 已经 日益 成熟 , 方式繁多 , 且取得了 许多成 效。这里 主要对 水中 重金 属的处理方法进行综述。 及水库。但经有关部门 检测这 些水源 都遭到 不同程 度的 污 染。如徐小清等 [ 3] 研究报道 , 我国长江三峡库区江段沉积 物 中重金属元素含量受 上游泥 沙以及 沿江城 市和工厂 三 废 排放的影响 , 已严重超标。国外水环境受重金属污染的报 道 也比较多。如 W eber[ 4] 就曾 报道 美国 大约 有 15000 家公 司 从事电镀和金 属磨 光 , 这些 公司 直接 或间 接 地排 放工 业 废 水 , 造成了严重的水中重 金属污 染。纵观 国内 外 , 水 中重 金 属污染已经日益严重 , 寻找 经济有 效、 绿色环 保的重 金属 处 理方法也变得尤为重要。
2
水中重金属的处理方法
随着重金属污染的日益加剧 , 水中重金属的去除和处 理
也变得迫在眉睫。目前 对于水 中重金 属的处 理方法 主要 有 吸附法、 絮凝 沉淀 法、 膜分 离技 术、 生 物方 法 和有 机材 料 法 等。传统方法一般采用吸附法和絮凝沉淀法 , 而随着分离 技 术研究的深入和生物技术以及高分子材料的迅速 发展 , 膜 分 离技术 , 生物方法以及有机材料也逐渐被应用在重金属处 理 领域中 , 这些新型的处理方法较之传统的方法具有很强的 优 势 , 这也为水中 重金属的处 理开辟 了新的 途径 , 指明 了新 的 发展方向。 2. 1 吸附法 采用吸附方法处理 水中的重 金属主 要是 通过吸 附材 料 的高比表面积的蓬松 结构或 者特殊 功能基团 对水中 重金 属 离子进行物理吸附或 者化学 吸附。目 前所采 用的吸 附材 料 主要有活性炭、 矿物材料、 活性污泥、 蟹壳等。 活性炭是多孔性的非极性吸附剂 , 因其特殊的孔隙结 构
பைடு நூலகம் 70
广州化工
2007 年 35 卷第 5 期
具有巨大的 比表 面积 , 较 多的 表面 化合 物和 良 好的 机 械强 度 , 成为常用的吸附剂之一。活性炭对重金属离子的 吸附机 理目前被认为主要是金属 离子在 活性炭 表面的 离子交 换吸 附 , 同时还有重金属离子与活性炭表面的含氧官能团 之间的 化学吸附以及重金属离子 在活性 炭表面 沉积而 发生的 物理 吸附 [ 5~ 6] 。但 M ohan[ 7] 却认为活性 炭对重 金属的 吸附 不仅 仅是一个简单的离子交换过程 , 活性炭上各种活性位 点对重 金属的吸附也是一个重要的原因 , 同时金属阳离子和 活性炭 表面的阴离子间的静电 引力也 起了一 定的作 用。目前 对于 活性炭吸附的研究还大部 分集中 在单一 金属离 子的吸 附层 面 , 而活性炭对于多种 金属离 子共存 的吸附 研究少 有报 道 , 另外 , 由于活性炭的再生成本高目前正有学者研究将 微生物 固化于活性炭上来延长活性炭的饱和时间 , 这也是今 后活性 炭吸附研究的主要方面。 矿物材 料类吸附剂也 是主要利 用沸 石、 蒙脱石 [ 8] 、 累托 石、 硅藻土、 蛭石[ 9] 磷灰石 [ 10] 等矿 物材料具有优良的 表面特 性和离子吸附与交换性 能 , 能 对重金 属离子 产生吸 附 ( sorp tion- absorption) 、 离子交 换 ( ion- exchange) 、 沉淀 ( pr ecipita tion) 、 表面络合 ( surface- complexation) 等 作用 , 可 达到 治理 废水的目的。由于 矿物 材料 的使 用 具有 来 源广 泛、 成 本低 廉、 工艺简单、 使用方便、 无需再生等优点 , 因此 , 对新 型环境 功能矿物材 料的研究、 开发和 应用将 有着极 大的科 学、 社会 和经济意义。 2. 2 絮凝沉淀法 该方法主要是在含有重 金属离 子的水 中加入 特殊 的絮 凝材料或者调节水中 pH 值使 得水 中的 重金 属离 子富 集沉 淀 , 从而达到去除和分离的目的。研制新型絮凝材料 和对传 统絮凝材料进行 改性是 该领 域目前 发展 的热点 。另外 Jose R . Parg a 等 [ 11] 还通过电泳原理研 制出利用电 凝聚 ( EC) 技术 去除水中的 重金 属砷 , 这 也为 重金 属的 处理 开 辟了 新 的途 径。 2. 3 膜分离技术 膜分离技术是将水进行 适当前 处理 如氧 化、 还 原、 吸附 等手段之后 , 将水中的重金属离子转化为特定大小的 不溶态 微粒 , 然后通过滤膜将重金属离子出去。该技术采取 的主要 方式 有电渗 析法 ( Electrodialysis, 简 称 ED ) 、 液 膜法 ( Liq uid membrance, 简称 LM ) 、 纳滤法 ( Nanofiltration, 简称 N F) 、 超低压反 渗透 膜 ( U L PROM ) 、 胶 束增 强超 滤法 ( M icellar enhanced ultrafiltraion, 简称 M EU F) 和 水溶 性聚合 物络 合超 滤法等。膜分离技术 作为一 种高新 技术在 工业废 水处 理领 域已有广泛的研究和探索 , 由于其分离效率高 、 无相变、 节能 环保、 设备简单、 操作简便等特点 , 使其在水处理领域 具有相 当的技术优势 , 已成为工业废水处理不可缺少 的技术之一。 2. 4 生物方法 运用生物方法 [ 13] 去除水中的重金属 离子是生物 技术一 个新的应用领域。微生物对重金属的去除 作用 [ 14] 是 利用微 生物的生物学性质对废水 溶液中 的重金 属离子 进行生 物去 除和生物体内积累 , 然后通过一定的方法使金属离子 从微生 物体内释放 出来 , 以降 低重金 属离子 的浓度 , 从而 消除 重金 属离子对环境的污染。微生 物之所 以能够 去除水 中的 重金 属离子 , 其主要原因是微生物细胞能够将溶液中的重 金属离 子吸附到细胞表面 , 然后通过细胞膜将重金属离子运 输到细
关键词: 水; 重金属; 危害; 处理方法
The Status and Treatment of Water Heavy Metal Pollution
GE J un sen, LI A NG Qu ( College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering, Chengdu Univercity of T echnology, Chengdu 610059, China) Abstract: A brief overview of water heavy metal pollution s status, t he t reat ment research of water heav y met al pollut ion in current domestic and f oreig n count ries w as summarized. T he new solut ions t hat biotechnolog y and organic f unctional materials were used to deal w it h w as put forward. T his method designat ed a specified di rect ion of t he t reatment on heavy metal pollut ion. Key words: water; heavy met al pollut ion; t reatment
胞体中 积累 起来 [ 15] , 进而 达到 富集和 去除 重金属 离子 的 效果。微生物对重金属离子的去除技术 , 具有广阔的应用 前 景 , 它 为我们在解决重金属离子对环境的污染开辟了一条 崭 新的道路。但是 , 目前这方 面的研究 主要 局限 于实验 室 , 还 未能广泛应用于工业生产和环保领域中 , 其主要原因是微 生 物对重金属离子的去 除能力 还不够 大 ; 此 外 , 在去除 过程 中 达到平衡的时间还比较长。在今后的研究工作中 , 加强对 新 型菌种研究开发 , 选择对重 金属离 子去除 量大、 去除 反应 达 到平衡所用时间短的菌种是研究的重点 。 2. 5 有机材料法 开发和研制新型的 有机功能 材料也 是当 前水处 理研 究 的一大热点。通过合成高分子材料或对现有材料 进行改性、 接枝 , 赋予其新集团、 新功能 , 使所得材料可与水中的重金 属 离子发生离子交换、 化学吸 附或螯 合等作 用 , 从而将 重金 属 离子去除。如韩怀芬等 [ 16] 就研制出了交联阳 离子淀粉螯 合 剂用于重金属离子的 处理 , 通过实 验 , 该交联 阳离子 淀粉 螯 合剂对 Pb 2+ 、 Cu 2+ 的 去除 率可以 达到 95 % 以 上 , 对 Cr 3+ 、 2+ Cd 也 有 较 好 的 去 除 效 果 , 是 一 种 较 好 的 螯 合 剂。 梁 渠 等 也研制出了一种新型的具有互穿网络结 构且对重金 属 离子具有特殊吸附功能的泡沫塑料 , 该材料具有处理重金 属 能力强 , 价格低廉且可以反复利用等优点。
2007 年 35 卷第 5 期
广州化工
69
水中重金属危害现状及处理方法
葛俊森, 梁 渠
( 成都理工大学材料与化学化工学院, 四川 成都 610059) 摘 要 : 对水中重金属离子的污 染现状进行简要 的概述, 并对 国内外 水中重 金属污 染治理的 研究工 作进行 了系统 综
述。同时提出了新型处理方法 , 即用生物技术和有机功 能材料进行治理 , 给水中重金属危害的治理指明了方 向。
1 水中重金属污染现状
重金属是指密度 4. 0 以上约 60 种元素或密度 在 5. 0 以 上的 45 种元素。砷、 硒是非金属 , 但是它的毒性及某 些性质 与重金属相似 , 所以 将砷、 硒列入 重金属 污染 物范围 内。环 境污染方面 所指的重金 属主要是 指生物 毒性 显著的 汞、 镉、 铅、 铬以及类金 属砷 , 还包 括具 有 毒性 的 重金 属锌、 铜、 钴、 镍、 锡、 钒等污染物 [ 1] 。 随着全球经济的迅速发 展 , 重金属 通过 矿山开 采、 金属 冶炼加工、 化工废水的排放、 农药化肥的滥用 , 生活垃 圾的弃 置等人为污 染及地质侵 蚀、 风 化等天 然源形 式进入 水中 , 而 重金属污染 又具有易被 生物富集、 并 有生物 放大效 应、 且毒 性大等特点 , 因此水中 的重金 属污染 不仅污 染了水 环境 , 也 严重危害了人类及各类 生物的 生存。目前 淡水资 源日 益枯 竭 , 而人类对淡水的需 求量却 在日益 增加 , 未加处 理的 大量 废水污染了水环境 , 严重影响了水生生态结构和水资 源的有 效利用[ 2] 。我国 作为饮用水水源的地表水主 要为河流、 湖泊
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语
重金属污染因其难降解、 易富集、 难去除等特 点 , 已经 成 为目前严重危 害环 境和 人类 健康 的 最主 要的 污染 物 之一。 当今对于重金属污染的去除研究已经日益成熟 , 如传统的 吸 附及絮凝沉淀法已经很成熟地应用在工业生产中 , 同时新 兴 的如生物技术和有机高分子的研究和开发 , 也给重金属的 处 理提供了更为广阔的 发展前 景。因此 随着人 们的共 同保 护 和关注 , 随着新 型技术的应 用 , 重金属 污染这 一世界 难题 也 将会更加有效、 快速、 便捷地解决。
水是人类的生命之源 , 它是自然界和人类生存发 展过程 中不可或缺的重要因素。随着全球经济的迅速发展 , 人类对 水资源需求量越来越大 , 但同时水资源的污染问题也 日益严 重。在众多水污染中重金 属污染 占了相 当大 的比例。 而重 金属污染又 容易 在生 物链 中容 易富 集和 扩 大 , 并且 毒 性较 大 , 因此水中重金属污染问题已经严重危害到生态环 境和人 类的生命健 康。目前 水中重 金属污 染治理 的研究 已经 日益 成熟 , 方式繁多 , 且取得了 许多成 效。这里 主要对 水中 重金 属的处理方法进行综述。 及水库。但经有关部门 检测这 些水源 都遭到 不同程 度的 污 染。如徐小清等 [ 3] 研究报道 , 我国长江三峡库区江段沉积 物 中重金属元素含量受 上游泥 沙以及 沿江城 市和工厂 三 废 排放的影响 , 已严重超标。国外水环境受重金属污染的报 道 也比较多。如 W eber[ 4] 就曾 报道 美国 大约 有 15000 家公 司 从事电镀和金 属磨 光 , 这些 公司 直接 或间 接 地排 放工 业 废 水 , 造成了严重的水中重 金属污 染。纵观 国内 外 , 水 中重 金 属污染已经日益严重 , 寻找 经济有 效、 绿色环 保的重 金属 处 理方法也变得尤为重要。
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水中重金属的处理方法
随着重金属污染的日益加剧 , 水中重金属的去除和处 理
也变得迫在眉睫。目前 对于水 中重金 属的处 理方法 主要 有 吸附法、 絮凝 沉淀 法、 膜分 离技 术、 生 物方 法 和有 机材 料 法 等。传统方法一般采用吸附法和絮凝沉淀法 , 而随着分离 技 术研究的深入和生物技术以及高分子材料的迅速 发展 , 膜 分 离技术 , 生物方法以及有机材料也逐渐被应用在重金属处 理 领域中 , 这些新型的处理方法较之传统的方法具有很强的 优 势 , 这也为水中 重金属的处 理开辟 了新的 途径 , 指明 了新 的 发展方向。 2. 1 吸附法 采用吸附方法处理 水中的重 金属主 要是 通过吸 附材 料 的高比表面积的蓬松 结构或 者特殊 功能基团 对水中 重金 属 离子进行物理吸附或 者化学 吸附。目 前所采 用的吸 附材 料 主要有活性炭、 矿物材料、 活性污泥、 蟹壳等。 活性炭是多孔性的非极性吸附剂 , 因其特殊的孔隙结 构
பைடு நூலகம் 70
广州化工
2007 年 35 卷第 5 期
具有巨大的 比表 面积 , 较 多的 表面 化合 物和 良 好的 机 械强 度 , 成为常用的吸附剂之一。活性炭对重金属离子的 吸附机 理目前被认为主要是金属 离子在 活性炭 表面的 离子交 换吸 附 , 同时还有重金属离子与活性炭表面的含氧官能团 之间的 化学吸附以及重金属离子 在活性 炭表面 沉积而 发生的 物理 吸附 [ 5~ 6] 。但 M ohan[ 7] 却认为活性 炭对重 金属的 吸附 不仅 仅是一个简单的离子交换过程 , 活性炭上各种活性位 点对重 金属的吸附也是一个重要的原因 , 同时金属阳离子和 活性炭 表面的阴离子间的静电 引力也 起了一 定的作 用。目前 对于 活性炭吸附的研究还大部 分集中 在单一 金属离 子的吸 附层 面 , 而活性炭对于多种 金属离 子共存 的吸附 研究少 有报 道 , 另外 , 由于活性炭的再生成本高目前正有学者研究将 微生物 固化于活性炭上来延长活性炭的饱和时间 , 这也是今 后活性 炭吸附研究的主要方面。 矿物材 料类吸附剂也 是主要利 用沸 石、 蒙脱石 [ 8] 、 累托 石、 硅藻土、 蛭石[ 9] 磷灰石 [ 10] 等矿 物材料具有优良的 表面特 性和离子吸附与交换性 能 , 能 对重金 属离子 产生吸 附 ( sorp tion- absorption) 、 离子交 换 ( ion- exchange) 、 沉淀 ( pr ecipita tion) 、 表面络合 ( surface- complexation) 等 作用 , 可 达到 治理 废水的目的。由于 矿物 材料 的使 用 具有 来 源广 泛、 成 本低 廉、 工艺简单、 使用方便、 无需再生等优点 , 因此 , 对新 型环境 功能矿物材 料的研究、 开发和 应用将 有着极 大的科 学、 社会 和经济意义。 2. 2 絮凝沉淀法 该方法主要是在含有重 金属离 子的水 中加入 特殊 的絮 凝材料或者调节水中 pH 值使 得水 中的 重金 属离 子富 集沉 淀 , 从而达到去除和分离的目的。研制新型絮凝材料 和对传 统絮凝材料进行 改性是 该领 域目前 发展 的热点 。另外 Jose R . Parg a 等 [ 11] 还通过电泳原理研 制出利用电 凝聚 ( EC) 技术 去除水中的 重金 属砷 , 这 也为 重金 属的 处理 开 辟了 新 的途 径。 2. 3 膜分离技术 膜分离技术是将水进行 适当前 处理 如氧 化、 还 原、 吸附 等手段之后 , 将水中的重金属离子转化为特定大小的 不溶态 微粒 , 然后通过滤膜将重金属离子出去。该技术采取 的主要 方式 有电渗 析法 ( Electrodialysis, 简 称 ED ) 、 液 膜法 ( Liq uid membrance, 简称 LM ) 、 纳滤法 ( Nanofiltration, 简称 N F) 、 超低压反 渗透 膜 ( U L PROM ) 、 胶 束增 强超 滤法 ( M icellar enhanced ultrafiltraion, 简称 M EU F) 和 水溶 性聚合 物络 合超 滤法等。膜分离技术 作为一 种高新 技术在 工业废 水处 理领 域已有广泛的研究和探索 , 由于其分离效率高 、 无相变、 节能 环保、 设备简单、 操作简便等特点 , 使其在水处理领域 具有相 当的技术优势 , 已成为工业废水处理不可缺少 的技术之一。 2. 4 生物方法 运用生物方法 [ 13] 去除水中的重金属 离子是生物 技术一 个新的应用领域。微生物对重金属的去除 作用 [ 14] 是 利用微 生物的生物学性质对废水 溶液中 的重金 属离子 进行生 物去 除和生物体内积累 , 然后通过一定的方法使金属离子 从微生 物体内释放 出来 , 以降 低重金 属离子 的浓度 , 从而 消除 重金 属离子对环境的污染。微生 物之所 以能够 去除水 中的 重金 属离子 , 其主要原因是微生物细胞能够将溶液中的重 金属离 子吸附到细胞表面 , 然后通过细胞膜将重金属离子运 输到细
关键词: 水; 重金属; 危害; 处理方法
The Status and Treatment of Water Heavy Metal Pollution
GE J un sen, LI A NG Qu ( College of Materials and Chemistry & Chemical Engineering, Chengdu Univercity of T echnology, Chengdu 610059, China) Abstract: A brief overview of water heavy metal pollution s status, t he t reat ment research of water heav y met al pollut ion in current domestic and f oreig n count ries w as summarized. T he new solut ions t hat biotechnolog y and organic f unctional materials were used to deal w it h w as put forward. T his method designat ed a specified di rect ion of t he t reatment on heavy metal pollut ion. Key words: water; heavy met al pollut ion; t reatment