含汞污水處理進(jìn)展

劉橦昕

含汞污水處理進(jìn)展

劉橦昕

（河南大學(xué)邁阿密學(xué)院河南開封475004）

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們賴以生存的水資源受到了很大的影響，其中重金屬污染就是人們所面臨的一個(gè)難題。汞帶來(lái)的各種嚴(yán)峻危害一直受到人們的廣泛關(guān)注。文章綜述了汞的毒理性和近年來(lái)國(guó)內(nèi)外除去污水中汞的主要方法。

汞；絮凝；沉降；吸附；離子交換；膜分離；生物處理技術(shù)

現(xiàn)今，社會(huì)發(fā)展越來(lái)越快，隨之帶來(lái)的是環(huán)境被破壞得越來(lái)越嚴(yán)重，地球上的大部分水資源受到了嚴(yán)重的污染，如農(nóng)藥污染，抗生素污染，重金屬污染。近年來(lái)，來(lái)重金屬污染事件頻頻發(fā)生，例如河南濟(jì)源千名兒童血鉛超標(biāo)事件，這些事件都讓人們關(guān)注到重金屬污染的危害。即使?jié)舛群艿偷闹亟饘?，都能夠給人們的健康帶來(lái)很大的威脅，甚至導(dǎo)致死亡。汞是一種全球性的環(huán)境污染物，是一種毒性和腐蝕性很強(qiáng)的重金屬。近年來(lái)，越來(lái)越多的人開始關(guān)注汞對(duì)環(huán)境造成的污染，從水中去除汞成為越來(lái)越多專家學(xué)者的研究方向。

1 去除汞的方法

目前，處理水中汞的常用方法有化學(xué)沉淀法、混凝法、離子交換法、吸附法、過(guò)濾法和微生物法等。過(guò)去，大多數(shù)含汞的生活廢水都是用硫化物沉淀法處理的。然而，硫化物沉淀法的缺點(diǎn)是出水汞濃度高。因此，近年來(lái)，研究人員已經(jīng)將更多的新技術(shù)應(yīng)用在處理水中的汞中，如絮凝、沉淀、吸附、離子交換、膜分離和生物處理技術(shù)。

1.1 絮凝/沉淀法

沉淀是指在溶液中溶解的物質(zhì)由于沉淀劑的作用而從溶液中析出的現(xiàn)象。在絮凝時(shí),膠體懸浮在液體出來(lái)的懸架由于自發(fā)過(guò)程弱關(guān)聯(lián)和聚合等隨著時(shí)間的推移 ,或添加絮凝劑如聚合物膠體,創(chuàng)建更大的聚集。絮凝可使污水中的懸浮顆粒擴(kuò)大形成絮體，而沉淀法可用于去除污染物。絮凝和沉淀法相結(jié)合可以有效去除污水中的汞。目前，絮凝沉淀法的主要處理方法有硫化物沉淀法、絮凝沉淀法和螯合沉淀法[1]。

1.1.1 硫化物沉淀法

由于金屬硫化物極不溶性，硫化沉淀被認(rèn)為是處理汞離子的有效方法。Na2S和NaHS是常用的硫化物沉淀試劑，但對(duì)金屬分離的選擇性較差。此外，在高酸性溶液中使用Na2S或NaHS進(jìn)行硫化物沉淀，必然會(huì)產(chǎn)生大量的H2S氣體，造成二次污染和嚴(yán)重的安全問(wèn)題。因此，控制酸性廢水中硫化物沉淀S2-的釋放對(duì)選擇性分離和安全性非常重要。潘佩玲等，在pH值為 9的條件下，加入0.36 g/mL硫化鈉并加入FeSO4絮凝劑，硫化物改性柚子皮綜合法對(duì)廢水中汞的去除率高達(dá)96 %[2]。

1.1.2 螯合物沉淀法

呂維陽(yáng)等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有機(jī)硫螯合劑TMT-15 與汞的摩爾比為1時(shí)，汞的去除率達(dá)到99.82 %。隨著TMT-15 用量的增加，殘留汞的質(zhì)量濃度逐漸降低，汞的去除率略有增加[3]。螯合劑通常與絮凝劑一起使用，以獲得更好地沉淀效果。

1.2 吸附法

吸附法因其效率高、可再生性強(qiáng)、操作方便、操作和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是一種很有前途的重金屬去除技術(shù)。目前已經(jīng)報(bào)道了許多不同原料衍生的吸附劑，包括一些有機(jī)聚合物，如殼聚糖、纖維素和農(nóng)業(yè)廢棄物，還有大量無(wú)機(jī)材料，如高土和沸石等。但是，由于一些危險(xiǎn)化學(xué)品經(jīng)常被用于改性或交聯(lián)以提高吸附效率，使得它們?cè)诃h(huán)境友好性和高吸附性能之間難以平衡。吸附法去除水中汞離子是目前國(guó)內(nèi)外研究的主要方向和熱點(diǎn)。吸附劑具有多孔介質(zhì)，與待處理污水混合或使待處理污水通過(guò)吸附顆粒組成的過(guò)濾床。

隨著科技的進(jìn)步，吸附劑所用的材料范圍非常廣泛，典型的有納米吸附劑，生物吸附劑，磁性吸附劑，活性炭等幾個(gè)種類。

1.2.1 納米吸附劑

近幾年由于納米技術(shù)的迅速發(fā)展，納米吸附劑可應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)的各個(gè)方面，在去除汞的研究中也非常有效。Bao使用巰基胺官能化的二氧化硅包覆的磁性納米粒子制備了一種新型的雜化材料，該雜化材料可有效地從廢水中提取和回收汞離子。并發(fā)現(xiàn)Hg（II）的最大吸附分別發(fā)生在pH值為 5~6的地方。Hg（II）的最大吸附量分別為10 mg[4]。Eustáquia等將MoS2和蒙脫土（MMT）納米片通過(guò)簡(jiǎn)單的原位水熱合成進(jìn)行雜交，從而開發(fā)出一種有效的MoS2/MMT復(fù)合吸附劑，用于從水中去除汞。Hg2+在MoS2/MMT上的總體吸附過(guò)程證明，該復(fù)合材料對(duì)水中Hg2+的去除效率很高，其吸附量高達(dá)1 836 mg/gHg2+[5]。Rauf等從蛋殼廢物中制得了納米級(jí)吸附劑，用于從水溶液和實(shí)際廢水中吸附Hg（II）。使用蛋殼納米粒子對(duì)Hg（II）的最大吸附能力分別為116.27 mg/g[6]。

1.2.2 生物吸附劑

能夠吸收重金屬和其他污染物的生物材料被稱為生物吸附劑。生物吸附劑在去除重金屬離子方面也很有效。例如，海藻酸鈉是一種二元線性生物聚合物，由于其非生物毒性和良好的吸附性能，被認(rèn)為是吸附重金屬離子的理想的環(huán)境友好型候選者。其分子鏈上存在大量的羥基（-OH）、羧基（-COOH）等官能團(tuán)，可以作為離子交換或與心理離子絡(luò)合的配位點(diǎn)。此外，這些基團(tuán)可以修飾吸附劑材料，進(jìn)一步提高吸附效率。

1.2.3 磁性吸附劑

應(yīng)用磁性顆粒作為吸附劑被認(rèn)為是最有前途的分離和純化水溶液中有價(jià)金屬的技術(shù)之一。磁性吸附劑是由Fe、Ni、Co和/或其氧化物和合金組成的顆粒，這些氧化物和合金可以來(lái)自自然，如磁黃鐵礦和磁鐵礦礦物，或者可以在實(shí)驗(yàn)室制備或合成。磁性吸附劑用去除水中的汞 主要優(yōu)勢(shì)除了吸附能力和選擇性高外，還在于其對(duì)外部磁場(chǎng)的響應(yīng)，使得固液分離容易且不復(fù)雜。盡管各種類型的磁性吸附劑已在文獻(xiàn)中報(bào)道，但由于合成和材料改性的復(fù)雜性或高成本，限制了大規(guī)模的應(yīng)用。

1.2.4 活性炭

在目前的研究中，農(nóng)業(yè)廢棄物可以被用于制備活性炭?；钚蕴渴且环N碳質(zhì)材料。他有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、孔隙率好、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。由于其廣泛的用途，活性炭可以在除去污水中汞這方面應(yīng)用。商業(yè)上用煤和椰殼材料制備活性炭材料。為了滿足需求并降低制備成本，許多研究者利用農(nóng)業(yè)廢棄物制備活性炭。浸漬劑能有效地提高粗活性炭的除汞性能，降低活性炭用量。在最優(yōu)條件下，該化學(xué)改性活性炭的除汞率可達(dá)90 %以上。

1.3 離子交換樹脂法

離子交換樹脂是一種具有官能團(tuán)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子化合物，其官能團(tuán)可以與汞離子進(jìn)行離子交換。對(duì)于溶液中不同的離子，離子交換樹脂可選擇性吸附，因此相比于硫化物沉淀法是更加高效的。該方法可以去除水中的有機(jī)汞和無(wú)機(jī)汞，但不適用于高汞濃度的污水。

1.4 膜分離法

膜分離是利用具有選擇性分離功能的特殊半透膜對(duì)不同粒徑的混合分子混合物進(jìn)行選擇性分離。有些物質(zhì)留在膜內(nèi)，有些物質(zhì)可以通過(guò)。在不改變?nèi)芤褐忻糠N物質(zhì)的化學(xué)形式的情況下，溶劑和溶質(zhì)通過(guò)外部壓力分離或濃縮。

1.5 生物處理法

Wang等觀察到使用SRB進(jìn)行生物脫硫工藝可以有效處理汞污染的廢水，具有較高的Hg（II）去除效率，并且沒(méi)有MeHg積累。還原汞生物反應(yīng)器中的SRB接受汞含量為0~50μgHg（II）/L的汞污染廢水達(dá)326 d，對(duì)汞的毒性具有很高的耐受性，并通過(guò)生物處理去除了（99.4 ±1.4）％的進(jìn)水Hg（II）硫化物[7]。

2 展望

雖然這些方法可以有效地去除污水中的汞，但每種方法都有其自身的缺點(diǎn)，每一種方法適用的條件也有所不同。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常將幾種方法結(jié)合起來(lái)形成一個(gè)綜合的處理過(guò)程，達(dá)到更好的除汞效果的同時(shí)也降低成本[1]。未來(lái)的研究也將朝著結(jié)合幾種方法或繼續(xù)優(yōu)化某一種方法的方向進(jìn)行。

[1]谷邵偉.含汞污水處理工藝改進(jìn)研究[D].成都:西南石油大學(xué),2017.

[2]潘沛玲,羅偉宏.沉淀-吸附綜合法去除廢水汞的研究*[J].廣州化工,2016,44(7):147-149.

[3]呂維陽(yáng),劉盛余,汪雪婷,等.重金屬螯合劑TMT-15處理高含汞氣田廢水[J].化工環(huán)保,2015,25(5):459-463.

[4]Shuangyou Bao, Kai Li, Ping Ning. Highly effective removal of mercury and lead ions from wastewater by merca ptoamine-functionalised silica-coated magnetic nano-adsorbents:Behaviours and mechanisms[J]. Applied Surface Science.2017,393(30):457-466.

[5]Eustáquia De António Mário, et al. Molybdenum disulfide/montmorillonite composite as a highly efficient adsorbent for mercury removal from wastewater [J].Applied Clay Science,2019.

[6]Rauf Foroutan, Reza Mohammadi, Sima Farjadfard, et al. Sorial. Eggshell nano-particle potential for methyl violet and mercury ion removal:Surface study and field application [J].Advanced Powder Technology,2019,30(10):2188-2199.

[7]Jinting Wang, Yaowu Hong, Zichao Lin, et al. A novel biological sulfur reduction process for mercury-contaminated wastewater treatment[J]. Water Research,2019(260):288-295.

X703

A

2095-1205(2020)05-43-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.21