工业废水除重金属的新趋势外文翻译资料

 2022-08-08 20:17:32

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工业废水除重金属的新趋势

摘要：处理含重金属的工业废水的创新方法通常涉及降低毒性的技术，以满足基于技术的处理标准。本文回顾了用于从工业废水中去除重金属的各种处理方法的最新进展和技术适用性。特别关注创新的物理化学去除工艺，例如：在新的吸附剂上进行吸附，膜过滤，电渗析和光催化。评估了它们在应用中的优点和局限性。介绍了主要的操作条件，例如pH值和处理性能。引用审查了已发表的94篇参考文献的研究（1999-2008年）。从调查中可以明显看出，新型吸附剂和膜过滤是研究最频繁的方法，并且广泛用于处理金属污染的废水。但是，在不久的将来，处理这种复杂系统的最有前途的方法将是光催化方法，该方法会消耗来自紫外线附近可见光区域的廉价光子。一锅系统中，它们既引起有机污染物的降解，又引起金属的回收。另一方面，从常规方法来看，已经发现石灰沉淀是处理gt; 1000 mg / L金属浓度的无机废水的最有效方法之一。重要的是要注意，受金属污染的水的总处理成本因所采用的工艺和当地条件而异。通常，技术适用性，工厂应用简便性和成本效益是选择最合适的无机废水处理方法的关键因素

关键词：重金属、废水处理、去除、先进技术

目录

  1. 介绍
  2. 工业废水中的重金属
    1. 定义及毒性
    2. 工业废水来源
    3. 常规处理工艺
  3. 在新的吸附剂上的吸附
    1. 在改性天然材料上的吸附
    2. 工业副产品的吸附
    3. 改性农业和生物废物的吸附（生物吸附）
    4. 改性生物聚合物和水凝胶上的吸附
  4. 膜过滤
  5. 电渗析
  6. 光催化
  7. 重金属去除工艺的评估
  8. 结论

参考文献

  1. 介绍

由于排放大量金属污染的废水，在化学密集型行业中，含镉，铬，铜，镍，砷，铅和锌等重金属的行业最为危险。由于重金属在水生环境中的溶解度高，因此它们可以被活生物体吸收。一旦它们进入食物链，大量的重金属就可能在人体中积累。如果摄入的金属超出允许的浓度，则会导致严重的健康失调（Babel和Kurniawan，2004年）。因此，有必要在将金属污染的废水排放到环境之前对其进行处理。无机废水中的重金属去除可通过常规处理工艺实现，例如化学沉淀，离子交换和电化学去除。这些过程具有明显的缺点，例如，去除不完全，高能量要求以及有毒污泥的产生（Eccles，1999）。

最近，已经研究了许多方法来开发更便宜和更有效的技术，以减少产生的废水量并提高处理后的废水的质量。吸附已成为一种替代方法，近年来，对具有金属结合能力的低成本吸附剂的研究日益增多（Leung等，2000）。吸附剂可以是矿物，有机或生物来源，沸石，工业副产品，农业废料，生物质和聚合材料（Kurniawan等，2005）。由于膜分​​离操作方便，近来已越来越多地用于处理无机废水。膜过滤有不同类型，例如超滤（UF），纳滤（NF）和反渗透（RO）（Kurniawan等人，2006年）。诸如电渗析之类的电化学处理（Pedersen，2003年）也为环境保护做出了贡献。光催化工艺是一种有效销毁水中污染物的创新技术（Skubal等，2002）。尽管可以采用多种技术来处理无机废水，但理想的处理方法不仅应适合当地条件，适合并适用于当地条件，而且还应满足已建立的最大污染物水平（MCL）标准。本文概述了用于从工业废水中去除重金属的各种创新物理化学处理方法。评估了它们在应用中的优点和局限性。为了突出其去除性能，还介绍了主要的操作条件，例如pH值和处理效率。

2.工业废水中的重金属

2.1定义及毒性

重金属通常被认为是密度超过每立方厘米5 g的那些元素。大量元素属于此类，但表1中列出的元素与环境相关。尽管实际上是半金属，但砷通常被认为是有害的重金属。重金属会造成严重的健康影响，包括阻碍生长和发育，癌症，器官损害，神经系统损害，在极端情况下还会导致死亡。暴露于某些金属，例如汞和铅，也可能导致自身免疫性发展，导致人的免疫系统会攻击自己的细胞。这可能导致关节疾病，例如类风湿性关节炎，以及肾脏疾病，循环系统，神经系统和胎儿大脑受损。高剂量时，重金属会导致不可逆的脑损伤。儿童可能从食物中摄入的金属剂量要比成年人高，因为他们消耗的食物比成年人多。建立废水法规以最大程度地减少人类和环境对有害化学物质的暴露。这包括对排放废水中可能存在的重金属类型和浓度的限制。表1汇总了USEPA建立的针对那些重金属的MCL标准（Babel和Kurniawan，2003年）。

Table 1最危险的重金属MCL标准(Babel and Kurniawan, 2003).

重金属 毒性 MCL (mg/L)

砷 皮肤疾病, 内脏癌, 血管疾病 0.050

镉 肾脏损害,肾脏疾病,人类致癌物 0.01

铬 头痛, 腹泻, 恶心, 呕吐, 致癌性 0.05

铜 肝损伤, 威尔逊疾病, 失眠 0.25

镍 皮炎,恶心, 慢性哮喘, 咳嗽, 人类致癌物 0.20

锌 抑郁, 嗜睡, 神经系统症状和口渴增加 0.80

铅 损害胎儿大脑, 肾脏疾病, 循环系统和神经系统 0.006

汞 类风湿性关节炎, 肾脏疾病, 循环系统和神经系统 0.00003

2.2工业废水源

包含重金属的工业废水流来自不同行业。电镀和金属表面处理过程会产生大量包含不同种类重金属的废水，其中包含重金属（例如镉，锌，铅，铬，镍，铜，钒，铂，银和钛）。这些包括电镀，化学沉积，转化涂层，阳极氧化清洁，研磨和蚀刻。重金属废物的另一个重要来源是印刷电路板（PCB）的制造。锡，铅和镍焊锡板是使用最广泛的电阻覆层。金属废物的其他来源包括：木材加工业中，铬酸砷化铜木材处理产生含砷废物；包含铬化合物和硫化镉的无机颜料生产颜料；石油精制，产生被镍，钒和铬污染的转化催化剂；照相操作产生具有高浓度的银和亚铁氰化物的膜。所有这些发生器都会产生大量废水，残留物和淤渣，这些废水，残渣和淤泥可归类为需要进行大量废物处理的危险废物（Sorme and Lagerkvist，2002）。

2.3常规处理流程

从废水中去除重金属的常规方法包括许多方法，例如化学沉淀，浮选，吸附，离子交换和电化学沉积。化学沉淀法最广泛用于从无机废水中去除重金属。通过化学沉淀去除重金属的概念机理在等式1中给出。 （1）Wang等，2004：

M2 2（OH）-→M（OH）2（1）

其中M2 和OH-分别代表溶解的金属离子和沉淀剂，而M（OH）2是不溶的金属氢氧化物。将pH调节至基本条件（pH 9-11）是可显着提高通过化学沉淀去除重金属的主要参数（图1）。石灰和石灰石是大多数国家中最常用的沉淀剂（Mirbagherp和Hosseini，2004年； Aziz等人，2008年），因为它们的可用性和成本低廉。石灰沉淀可用于有效处理金属浓度高于1000 mg / L的无机废水。使用石灰沉淀的其他优点包括过程的简单性，廉价的设备要求以及方便和安全的操作。但是，化学沉淀需要大量的化学物质才能将金属还原到可以接受的水平。其他缺点是污泥过多，需要进一步处理，金属沉淀缓慢，沉降差，金属沉淀物聚集以及污泥处置对环境的长期影响（Aziz等，2008）。离子交换是工业上成功用于从废水中去除重金属的另一种方法。

离子交换剂是一种能够与周围材料交换阳离子或阴离子的固体。常用的用于离子交换的基质是合成有机离子交换树脂。该方法的缺点是，由于基质容易被废水中的有机物和其他固体污染，因此无法处理浓缩的金属溶液。此外，离子交换是非选择性的并且对溶液的pH高度敏感。电解回收或电解沉积是从工艺水流中去除金属的众多技术之一。该过程使用电流使电流流过含有阴极板和不溶性阳极的含水金属溶液。带正电的金属离子附着在带负电的阴极上，留下可剥离和可回收的金属沉积物。一个明显的缺点是腐蚀可能会成为一个重要的限制因素，电极必须经常更换（Kurniawan等，2006）。

3.新的吸附剂上的吸附

吸附是离子从水到土壤的转移，即从溶液相到固相的转移。吸附实际上描述了一组过程，包括吸附和沉淀反应。近来，吸附已成为载有重金属的废水的替代处理技术之一。基本上，吸附是一种传质过程，通过该过程，物质从液相转移到固体表面，并受到物理和/或化学相互作用的束缚（Kurniawan and Babel，2003）。来自农业废物，工业副产品，天然材料或改性生物聚合物的各种低成本吸附剂最近已被开发出来，并用于从金属污染的废水中去除重金属。通常，将污染物吸附到固体吸附剂上涉及三个主要步骤：（i）污染物从本体溶液到吸附剂表面的运输； （ii）吸附在颗粒表面上； （iii）在吸附剂颗粒内的运输。技术适用性和成本效益是在选择最合适的吸附剂来处理无机废水中起主要作用的关键因素。

图1 常规金属沉淀处理厂的流程(Wang et al., 2004).

3.1在改性天然材料上的吸附

天然沸石引起了人们的极大兴趣，这主要是由于其具有有价值的离子交换性能。在最常研究的天然沸石中，斜发沸石对某些重金属离子（例如Pb（II），Cd（II），Zn（II）和Cu（II））具有很高的选择性。已证明斜发沸石的阳离子交换能力取决于预处理方法，而调理可改善其离子交换能力和去除效率（Babel and Kurniawan，2003； Bose等，2002）。最近研究了不同类型的合成沸石去除重金属的能力。 pH的作用对于不同重金属离子的选择性吸附非常重要（Basaldella等，2007； Rios等，2008； Barakat，2008a）。 Basaldella等。 （2007年）使用NaA沸石在中性pH下去除Cr（III），而Barakat（2008a）使用通过低级高岭土脱羟基合成的4A沸石。 Barakat报告说，Cu（II）和Zn（II）在中性和碱性pH下被吸附，Cr（VI）在酸性pH下被吸附，而Mn（IV）在高碱性pH值下被吸附。 Nah等。 （2006年）准备了用氧化铁（MMZ）进行磁性改性的合成沸石。 MMZ在5-11的宽pH范围内显示出对Pb（II）离子的高吸附能力和良好的耐化学性。天然粘土矿物可以用聚合材料改性，其方式显着提高了它们从水溶液中去除重金属的能力。这些吸附剂称为粘土-聚合物复合材料（Vengris等，2001； Soienera等，2008； Abu-Eishah，2008）。不同的磷酸盐，例如；在900°C下煅烧的磷酸盐，活化的磷酸盐（带有硝酸）和磷酸锆已被用作从水溶液中去除重金属的新吸附剂（Aklil等，2004； Moufliha等，2005； Pan等人，2007）。图2显示了pH值为5时，煅烧磷酸盐上Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的吸附等温线（Aklil等，2004）。表2列出了来自各种改性天然材料的低成本吸附剂的最高金属吸附容量。

图2煅烧的磷酸盐上Pb（II），Cu（II）和Zn（II）的吸附等温线（Aklil et al。，2004）。

表 2 改性天然材料对重金属的吸附能力

吸附剂 吸附量（mg / g）

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Pb2

Cd2

Zn2

Cu2

Cr6

Ni2

参考文献

沸石，斜发沸石

1.6

2.4

0.5

1.64

0.4

Babel and Kurniawan (2003)

改性沸石, MMZ

123

8

Nah et al. (2006)

HCl处理的黏土

63.2

83.3

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