电镀废水的处理技术研究进展
肖静晶，钟宏，王帅 (中南大学化学化工学院，湖南长沙410083) 摘要:电镀废水含有大量的重金属离子，这些重金属离子具有很大的毒性，甚至有致癌的危险。因此，电镀废水的治理受到越来越多的研究者关注。主要介绍了化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法及其它方法对电镀废水的处理，评价了各种方法的优缺点以及应用前景。 关键词:电镀废水;处理方法;综述 中图分类号:TQ 09文献标识码:A文章编号:1671-3206(2011)11-2015-03 电镀广泛应用于汽车、电子电器、航空航天工业、建筑工业及相应的装饰工业。与电镀工业的规模发展相对应的电镀废水排放量也越来越大，电镀已是当今世界最严重的污染工业之一。目前，我国电镀厂点约有15 000家，每年排放的40亿m3废水，约有50%未达到国家排放标准，这些废水中含有氰化物、酸、碱以及六价铬、铜、锌、镉、镍等重金属污染物，毒性很大，危害严重[1-2]。因此，电镀废水的治理仍然是一个不可忽略的问题。常见的电镀废水处理方法主要有化学沉淀法、铁氧体法、离子交换法以及膜分离法等[3]。本文主要介绍以上方法在电镀废水中的应用及研究进展，并对其略加评述，以便能为我国在电镀废水的处理方面提供一定的理论参考。 1·化学沉淀法 化学沉淀法包括氢氧化物沉淀、硫化物沉淀和硫酸复盐沉淀法等。它是根据各重金属离子不同的溶度积和初始浓度来计算出其沉淀的pH范围，然后通过加入沉淀剂，使其在一定的pH值下完全沉淀的过程。 S N Hosseini等[4]采用碱性试剂，如石灰、氢氧化钠对含铜铬废水进行处理，在pH分别为12和8.7时，Cu2+和Cr3+完全沉淀下来，废水可达标排放。Hamidi A Aziz等[1]使用石灰石来处理含重金属废水，用一定量的石灰石调终点pH值为8.5，重金属离子去除率可达90%以上。尹敬群等[2]对某铜冶炼厂的含重金属、氟、砷等有毒、有害元素较高的酸性废水进行了石膏化-硫化处理，进一步以石灰乳中和，废水达到国家一级排放标准。 2·离子交换法 离子交换法主要是利用离子交换树脂中的交换离子同电镀废水中的某些离子进行交换而将其除去，使废水得到净化的方法。近几年来这一技术在废水处理方面得到了很大的发展，目前已成为处理电镀废水和回收某些金属离子的有效手段之一。 Rengaraj等[5]研究了IRN77和SKN1树脂对Cr(III)的去除率。结果表明，金属离子的浓度高于100 mg/L时，能够完全被树脂吸附。R S Juang等[6]采用强酸性Amberlite IR-120树脂处理含有多种重金属离子[(Ni(II)、Mn(II)和Co(II)]和ED-TA、NTA及柠檬酸盐等的混合废水，发现金属离子和树脂的交换平衡主要取决于废水的pH和废水中的其他复杂成分的组成。T H Eom等[7]采用离子交换法处理电镀废水，金属回收率达97%以上。SofiaA C等[8]对螯合树脂CR11和弱酸性树脂IR86进行了测试，结果表明，两种树脂对水溶液中三价铬都有很高的吸附性，对于电镀废水的处理，CR11树脂比IRC86树脂更有前景。R S Juang等[9]用强酸性树脂对模拟电镀废水中镍的吸附进行了研究，结果表明，随着时间的增加，排放的废水中镍的含量越来越少，但是由于废水中其他杂质的存在，使得镍的排放不可能为0。 3·吸附法 吸附对于电镀废水的处理已经成为一种非传统方法，它是利用多孔性固体相物质吸附分离水中污染物的水处理过程。各种各样产生于农业废弃物、工业副产品、天然材料及改性生物高分子的低成本吸附剂已经得到发展和应用，常见的吸附剂有活性炭、活化煤、焦炭、煤渣、树脂、木屑等。Nah等[10]采用氧化铁修饰合成具有磁性的沸石对Pb(II)具有高的吸附能力，在较宽的pH值范围内(5～11)有较好的化学阻抗作用。Aklil等[11]利用改性天然材料在pH=5时进行吸附，取得好的吸附效果。Lee等[12]采用工业副产品如粉煤灰、废铁、铁渣及水合二氧化钛等吸附重金属废水，取得高的去除率。Gupta等[13]考察了一种由制糖工业产生的甘蔗渣烧成的灰对Cd(II)和Ni(II)去除率的影响，在pH从6.0～6.5的范围内去除率较高。Igwe等[14]使用玉米壳对Pb2+、Cd2+、Zn2+进行了吸附，吸附量分别达到456，493.7，495.9 mg/g。Crini[15]研究了一系列以多糖为基础的材料对废水中金属离子的吸附，结果表明，交联壳聚糖对Cd2+、Cu2+、As5+的吸附分别达到了150，164，230 mg/g;交联淀粉凝胶对Pb2+和Cu2+的吸附分别达到了433，135 mg/g;氧化铝/壳聚糖复合材料对Cu2+的吸附达到了200 mg/g。Essawy和Ibrahim[16]制备了一种高分子水凝胶，对金属离子的去除顺序为Cu(II)>Ni(II)>Cd(II)。 4·膜过滤法 膜分离过程是物质透过或被截留于膜的过程，近似于筛分过程。按分离离子大小，可分为微滤、超滤、反渗透、纳滤等。膜分离法具有无物相变化，能量转化效率高，不消耗化学试剂，常温操作，不消耗热能等优点。 Juang和Shiau[17]研究了壳聚糖改性膜对模拟废水中Cu(II)和Zn(II)去除，结果表明，在pH 8.5～9.5时，100%的Cu(II)和95%的Zn(II)被截留。Saffaj等[18]使用低成本的ZnAl2O4-TiO2 UF膜对模拟液中的Cd(II)和Cr(III)进行吸附，Cd(II)的去除率达到93%，Cr(III)的去除率达到86%。Lv等[19]研究了两性的聚苯并咪唑纳米中空纤维膜对阴阳离子的去除，90%以上溶解物能够被阻截下来。 Barakat等[20]考察了羧甲基纤维素和超滤膜对废水中Cu(II)、Ni(II)和Cr(III)的去除，在碱性条件下，它们的去除率能达到90%以上。Wenrui Zuo等[21]研究了多种膜在分离和降低重金属污染方面的性能，结果表明，UF的渗透能力没有MF好，RO在废水处理方面比NF要强。邱运仁等[22]以聚丙烯酸钠为络合剂，采用芳香聚酰胺膜为超滤膜，Cu2+的截留率达到97%以上。张志军等[23]针对太湖地区日益提高的电镀废水排放标准，提出采用混凝-微滤膜过滤组合工艺来去除电镀废水中的铜和镍。电镀废水中Cu2+质量浓度为57.6 mg/L，Ni2+质量浓度为42.0 mg/L，采用FeSO4混凝剂及PVDF微滤膜处理后，出水中Cu2+和Ni2+质量浓度为0.15，0.87 mg/L，低于国家《污水综合排放标准》一级排放标准要求，同时具有较强的经济适用性。 5·其它方法 近年来国外有些学者研究了一些新型的废水处理技术，如电渗析法和光催化法[24]。 5.1电渗析(ED) 电渗析是一种利用电势的不同，将溶液中不同的离子通过离子交换进行分离的膜分离过程。Mo-hammadi等[25]研究了在不同的浓度下，用实验室电渗析室，考察了流量、温度、电压对两种渗透膜去除效率的影响。结果表明，增加电压和温度，性能提高;增加流量，反而降低分离比例。浓度大于500 mg/L时，浓度对分离比例的影响减弱。Jakobs-en[26]研究了电渗析去除废水污泥中Cd2+的工艺。将废水污泥加入到一个电动直流区域，搅拌。液体与固体(mL/g新鲜污泥)的比值是介于1.4～2。实验进行了污泥悬浮在蒸馏水、柠檬酸和硝酸溶液的研究。结果表明，Cd2+在3个实验中的去除效率分别为69%，70%和67%。Mohammadi等[27]研究了电渗析过程对锌、铅和铬离子的去除情况，结果发现，电渗析效果跟离子的种类没有关系，主要取决于反应条件和渗析室结构。 5.2光催化法 光催化法是一种借助具有半导体性质的悬浮液将太阳能转化成化学能的方法，它在治理环境污染方面具有快速、高效等特点。Barakat等[28]研究了用紫外辐射过的二氧化钛悬浮液光催化来破坏氰化络合物，同时降低铜离子的含量。结果显示，游离铜离子(10-2mol/L)在3 h内完全去除。Cu2+和CN-的浓度越高，他们的去除率越大，当Cu2+∶CN-的摩尔比率为10∶1时，离子去除完全。Rengaraj等[29]采用溶胶-凝胶法制备了一种新型的光催化剂二氧化钛镀钕。它被用来在紫外的照射下光催化还原Cr(VI)。结果显示，二氧化钛晶体中有钕的存在可以提高Cr(VI)的光催化还原能力。为了克服TiO2能量的有限，Yoon等[30]研究了将二氧化钛作为阳极固定起来。固定的二氧化钛电极能够将溶液中有毒的Cr(VI)转化为无毒的Cr(III)，在光催化下，pH为3，反应2 h，转化率能达到98%。 6·结论 化学沉淀法具有试剂来源广，成本低，操作过程简单，无能耗，金属离子去除率高，可分步沉淀回收金属离子等优点，在废水处理中被推广应用。但化学沉淀法可能产生大量污泥，对环境造成二次污染。近年来，离子交换法、吸附法、膜过滤法等新型方法在电镀废水的处理方面受到了众多研究者的广泛关注，这些新型的方法能够在去除金属离子的同时又不对环境造成二次污染。但是，它们同时存在着成本和能耗高、设备复杂、操作时间长以及选择性低等缺点而在推广应用上受到了限制。 综上所述，笔者认为当前的首要任务是能否寻找一种新型的选择性高的沉淀剂，既能使金属离子完全沉淀，又能回收金属离子，不会对环境造成二次污染。 参考文献:略 |
