銘盛環(huán)境——工業(yè)污水，工業(yè)廢水處理專家，提供污水處理解決方案
一般認為比重大于5g×mL-1的元素可以稱為重金屬，廢水中常見的重金屬包括有銅、鋅、鉻、鎳、鎘等，重金屬廢水來源于礦山廢水、冶煉廠排出液、電鍍液、鑄造排出液等，重金屬可在有機體里富集，且較難降解，容易引發(fā)疾病，對人類健康帶來危害，甚至可能危及整個生態(tài)系統(tǒng)。此外，重金屬很難完全脫除，對環(huán)境會造成污染。因此，脫除廢水中的重金屬離子具有生態(tài)保護、環(huán)境保護雙重意義。下面，江蘇銘盛環(huán)境為您介紹重金屬廢水處理方法。
常規(guī)脫除重金屬離子的方法有化學沉淀、電化學、吸附、離子交換、膜分離等，除此之外，還有一些近些年新提出的方法用于重金屬離子脫除，例如，水合物法脫除廢水中的重金屬離子。
1、常規(guī)脫除重金屬離子的方法
1.1 化學沉淀法
化學沉淀法是通過加與化學質進行化學絮凝，然后將沉淀進行分離，從而實現(xiàn)重金屬離子脫除的方法?；瘜W沉淀主要是形成難溶物質，如氫氧化物、碳酸鹽沉淀、硫化物沉淀、鐵酸鹽沉淀等。以形成鐵酸鹽沉淀脫除重金屬為例，此種也稱“鐵氧體法”，通常情況下此種方法用于處理廢水中重金屬離子實驗溫度在65℃以上。
化學沉淀法對于重金屬離子濃度較高的情況具有很好的處理效果，但是重金屬離子濃度很低的情況下，處理效果不佳。
1.2 電化學法
電化學方法是利用電極使金屬離子遷移，發(fā)生氧化還原反應析出達到脫除重金屬離子的目的。因為整個過程需要利用電能，對于重金屬離子含量較少而言，將其脫除需要要能耗相對較大，因此，電化學方法對重金屬離子濃度較高的廢水較為適用。
1.3 吸附法
吸附的方法一般認為通過吸附劑的吸附作用、靜電作用等，將重金屬離子吸附以達到廢水中脫除重金屬離子中的目的。對于吸附法除去重金屬離子的研究近些年也是比較重視，基于效率，經(jīng)濟，設計與操作靈活性等因素，吸附方法脫除重金屬被認為是在常規(guī)方法里應用最廣泛的技術。吸附材料如活性炭，碳鈉米管與石墨烯，殼聚糖，沸石，生物吸附劑等均可用于脫除重金屬的研究。
材料吸附處理重金屬離子不僅與實驗溫度、pH、時間等有關，還可能與被吸附的重金屬離子組成物質的陰離子有關。雖然吸附法脫除重金屬離子是目前研究最廣泛的方法，同時具有吸附量較大的優(yōu)勢，但其選擇性以及吸附后期吸附效率有待加強。材料吸附廢水中重金屬離子的突破點是需要尋找到合適的吸附材料，也可根據(jù)一定要求將材料功能化，提高吸附材料的后期吸附效率以及吸附選擇性。
1.4 離子交換法
離子交換是通過加入離子交換物質，利用重金屬離子與加入物質的離子進行交換達到脫除重金屬的目的。離子交換法在脫除廢水中的鉻、銅、鎳、鉛、錳、汞等均有應用。除了交換樹脂之外，離子交換膜也常被應用于重金屬離子脫除。離子交換膜脫除重金屬離子是離子交換研究的重要方向之一。
1.5 膜分離法
膜分離技術是利用膜的選擇性將重金屬離子脫除的技術。利用膜方法脫除重金屬離子也是近些年應用較多的方法之一。目前，最常用的脫除重金屬離子的膜為反滲透膜與納米過濾膜，因反滲透過程需要一定的壓力，增加了相應的能耗。此外，膜污染也是一個需要解決的問題。
2、非常規(guī)脫除重金屬離子的方法
2.1 水合物法
如利用水合物法脫除廢水中的重金屬離子就是近幾年提出的新方法。水合物是客體分子與主體水分子在低溫高壓下形成的固體籠型物質?？腕w分子包括甲烷、乙烷、二氧化碳等氣體分子，也包括四氫呋喃、環(huán)戊烷等液體分子。水合物近些年尤其是2017年倍受關注的原因在于天然氣水合物(俗稱可燃冰)可以作為一種型潛在的新能源。天然氣水合物(可燃冰)存在于永久凍土帶或海底，其儲量是所有常規(guī)化石能源總量的兩倍。
水合物除可作為能源以外，以其特性衍生出的相關技術近些年也備受關注。如水合物法分離氣體混合物，水合物法海水淡化，水合物法蓄冷，水合物法儲氣等。水合物法脫除重金屬離子也是近些年提出的水合物的相關衍生技術。其原理是利用水合物的形成或分解過程將重金屬離子富集于液相，而達到脫除重金屬離子的目的，如圖2所示。
圖2最左邊為含重金屬離子的溶液在水合反應釜中，通過調控溫度與壓力反應釜中形成水合物，如圖2中圖所示，因為水合物形成過程中對重金屬離子的排斥作用，將重金屬離子富集于未形成水合物的液相。水合物形成后對鹽離子的排斥作用一般稱作“排鹽效應”。打開閥4將富集重金屬離子的溶液排出，將水合物留于反應釜中，如圖2右圖所示。通過升溫或降壓將水合物分解，打開閥5將脫除重金屬的水排出。通過水合物的形成與分解過程實現(xiàn)了廢水中重金屬離子的脫除。
通過水合物脫除廢水中的重金屬離子具有自身的優(yōu)勢，只要溫度、壓力、水合物形成體系選擇合適，水合過程的流體可以循環(huán)使用。
2.2 冷凍法
冷凍法有不同的方法，其中一種方法的過程與水合物法脫除重金屬離子的原理類似。冷凍法利用水結冰過程中的“排鹽效應”將含重金屬離子的溶液富集于液相，排出富集溶液后將形成的冰融化得到相對較純凈的水，實現(xiàn)重金屬離子脫除的目的。另一種就是通過降溫將部分重金屬離子溶液與水形成共晶同時析出。
冷凍法與水合物法類似，均需要外界提供相應的冷能。若在較為寒冷的地方應用可節(jié)約冷能的供給。此外，在有液化天然氣的場所，液化天然氣的再氣化，也可以為冷凍法提供大量的冷能。同時也為液化天然氣找到合適的利用方向，避免了液化天然氣再氣化過程中冷能的浪費。
3、結語
重金屬離子脫除在環(huán)境保護、生態(tài)保護方面都具有重要的意義。因此，需要更進一步進行研究解決此問題，針對現(xiàn)有的方法提出以下幾點建議。
(1)因吸附法為應用最為廣泛的脫除重金屬離子的方法，新型廉價的、高選擇性的、后期吸附效率高的材料可作為后續(xù)重點研究方向。
(2)針對單一的方法脫除重金屬離子均不可避免有其缺點，建議兩種或兩種以上方法進行結合或耦合使用提高重金屬離子脫除效率，如通過結冰與水合過程相耦合，一方面可整個過程的溫度條件，節(jié)約冷量，另一方面，可減少水合劑用量，節(jié)約試劑用量。
(3)有些脫除重金屬離子過程會產(chǎn)生其它污染，因此，在重金屬離子脫除過程中盡量減少污染也需要進行相應的研究。
(4)脫除重金屬離子過程大多只是脫除，未考慮重金屬離子富集后如何處理，建議后續(xù)研究將重金屬富集后進行系統(tǒng)研究，從根本上解決重金屬離子污染問題。
