液膜法处理重金属废水

液膜法处理重金属废水

近年来随着工业生产和城市现代化水平发展，废水大量排放，水源中重金属积累加剧，重金属污染严重，因此重金属废水的治理受到国内外科研工作者的高度重视。

重金属废水主要来自矿山坑内排水，选矿厂尾矿排水，废石场淋浸水，有色金属冶炼厂除尘排水，有色金属加工厂酸洗水，电镀厂镀件洗涤水，钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业废水。主要金属污染源有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等。

重金属在环境中难以被降解，重金属废水污染具有毒效长，生物不可降解的特点，可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，最终对人体健康造成严重损害。例如：日本水俣湾由汞中毒造成的“水俣病”，神通川流域由镉引起的“痛痛病”，就是重金属污染给人体健康带来损害的典型事例。

对重金属废水的治理包括传统方法和新技术。其中，较传统的方法有化学沉淀法、电化学法、吸附法和膜分离法等。

化学沉淀法是工艺较成熟的方法，它具有去除范围广、效率高、经济简便的特点，但需要投加大量化学药剂，并以沉淀物的形式沉淀出来，存在二次污染问题。电化学法工艺成熟，设备简单，占地面积小，无二次污染，所沉淀的重金属可回收利用；缺点是耗电量大，废水处理量小，出水水质差，不适合处理低浓度废水。物理吸附法主要是利用具有高的比表面积或表面具有高空隙结构的物质，如活性炭、矿物质和分子筛等，吸附去除重金属的方法。活性炭是最早、也是应用最广的吸附剂，但其价格昂贵，使用寿命短。改性后的壳聚糖用于吸附重金属离子，具有吸附容量大、吸附速度快、易洗脱、应用范围广等优点，但目前多集中在改性壳聚糖的静态吸附研究上，实际应用还有一定差距。生物吸附指利用生物体的化学结构或成分特性来吸附水中的重金属。但由于生物吸附容量一定、选择性高，所以应用范围限制在低浓度、单组分的重金属废水的处理中。

与其他技术相比，膜技术设备简单，占地面积少，使用范围广，处理效率高，节能并能实现重金属的回收，另外不需加化学试剂，不会造成二次污染。

膜技术包括反渗透、超滤、电渗析、液膜和渗透蒸发等。目前，反渗透和超滤膜在电镀废水处理中已得到广泛应用。大连化物所利用芳香聚酰胺型高分子化合物作为膜材料（DP-1）组装成反渗透器对去除电镀废水中的镍、镉效果极佳。液膜法分离快、耗能少，重金属资源可回收，近年来也已用于小型电镀厂含Cr 3+、Zn 2+废水处理。

液态膜是L i在1968年发现并建议用来解决某些废水问题的。它是与水不相混溶的乳化物。这些乳化物由一种油相所组成，该油相是由表面活性剂，不同的添加剂和烃类溶剂所组成的。烃溶剂使除去(解析)和扑集废水中污染物的试剂水溶液微滴形成包胶。

T.Kitagawa在实验室和在中间工厂进行了用液态膜法除Cr6+，Hg2+，Ga2+，Cu2+的试验。

试验制备液态膜乳化物的一般步骤为：在一个带挡板的2L树脂缶中，先放入表面活性剂和添加剂在油(总量为1 0 0克)中的溶液，在搅拌下，将扑集剂(内相)的水(总量为5 0克)溶液滴到上面的油溶液中，所得到的乳化物在室温下以1 0 0 0 ~2 0 0 0 转/分的速度搅拌10 ~2 0分钟，以保证包胶完全。分离无机离子需往油相中加入离子载体。除铬和汞用Alamine336，它是C8一C10的叔胺；除铜用Lix64N，此为两种肟的混合物；除镉用Aliquat336(氯化甲基三辛钱)。这些离子载体都是GeneralMillS公司生产的。

实验室的试验操作:先在一个ZL带挡板的树脂击中放入要提取的废水溶液(100一500克)，向其中加入适当的液态膜乳化物( 50克)，两相溶液用两个带marine型推进器的变速混合器搅拌，每个推进器上有三片叶片。搅拌速度2 0 0一4 0 0转/分。定期地取出料液进行分析，监视污染物除去的效果.分析Cd2+，Cr6+，Cu 2+和Hg2+用原子吸收光谱。

实验室内除重金属离子的期间歇试验金属离子穿过液态膛壁的迁移过程是“加速迁移”的一个很好例子，这一点可用铬迁移化学来说明:用胺中和的萃取:

[2R3N]有机相+[H++Cr2072-]水相=[(R3NH)2Cr207]有机相（1）

借助生成盐的萃取：

[(R3NH)2X]有机相+[2H++Cr2072-]水相=[(R3NH)2Cr207]有机相+[2H++X2-]水相

（2）

X=SO 4或2Cl

无论按方程式(1)或(2)，萃取作用均发生在外膜相的界面上(图1)。确切的萃取机理取决于按方程(3)或方程式(4)所使用的解析剂。金属离子的解析作用，发生于内膜相的界面上，可用下面两种办法来完成：

碱解析：

[(RNH)2Cr 207]有机相+[4(Na ++OH -)]水相=[(R 3H)2Cr 207]有机相+[2(2Na ++Cr042-)]有机相+[3H 2O]水相（3）

酸解析：

[(R 3NH)2Cr 207]有机相+H 2SO 4水相=[(R 3NH)2SO 4]有机相+[2H ++Cr042-]有机相+[3H 2O]水相（4）

用碱析时，在液膜内再生游离肟，按方程式(1 )可重新萃取另外的Cr 2072-用酸萃取时，再生出按方程式(2)萃取时所使用的胺盐。这两种办法在液态膜技术中都得到了成功的应用液态膜法的一个重要优点，在于逆流卒取与解析在同一段内进行，而不是象溶剂萃取那样需要在分开的两段内进行。此外，采用逆流萃取并解析的液态膜法，按方程式(l )和(2)将生成的络合离子不断除去，就可以促使反应平衡不断向右移动，这就消除一些溶剂萃取法所固有的严重限制。

实验结果表明，将最初含400ppm 铬的料液处理10分钟，几乎除去了全部的铬。为使铬从外部料液进入液态膜乳化物的内部试剂相，必须控制两相的pH 值在一定的临界限度以内。当外部相为酸性，内部相为用2%NaOH 产生 的不变的碱性PH 时，铬的转移速度很快。在这些条件下处理15分钟，外相中的铬从39Oppm 降12ppm(除去效率为97%)，但是当外相为碱性时，却看不到铬的转移。

从废水中除镉的原理虽然与除铬基本相似，但也产生了特殊问题。在从金属镀槽流出的废水中，镉与氰化物形成牢固的络合物:()--+−→←+2424CN Cd CN Cd

使用液体离子交换剂如Aliguat336(氯化甲基三辛铵)很容易将该络合物从水溶液中萃取出来，但是，因为Cd(CN)42-在碱性条件下的溶解度很大(K 稳