絡(luò)合—超濾技術(shù)處理含銅、鋅、錳重金屬?gòu)U水的研究

胡志程

（杭州富陽(yáng)鴻源再生資源利用有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著工業(yè)化程度的提高，工業(yè)廢水污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。為了降低江、河、湖的污染速率，需要提高廢水處理質(zhì)量與效率，避免廢水流入海洋。

1 重金屬?gòu)U水處理過(guò)程中存在的問(wèn)題分析

目前，河流中的重金屬?gòu)U水污染問(wèn)題較為嚴(yán)重，地表水中污染物的含量較高，其中銅、鋅、錳等污染物水平較高。廢水中的污染物可能會(huì)最終匯入海洋中，使得海域大面積污染，造成嚴(yán)重的后果。關(guān)于重金屬?gòu)U水處理的法律法規(guī)尚不完善，企業(yè)的環(huán)保意識(shí)有待進(jìn)一步提高，需要采取針對(duì)性措施改善現(xiàn)狀，提高人們的環(huán)保意識(shí)。同時(shí)，用于廢水處理過(guò)程的機(jī)械設(shè)備較為落后，技術(shù)水平較低，生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和性能需要加強(qiáng)。若廢水處理的有效率出現(xiàn)持續(xù)性低下的趨勢(shì)，可能會(huì)導(dǎo)致眾多小型企業(yè)停產(chǎn)，產(chǎn)生惡性循環(huán)。廢水處理工廠數(shù)量較多，排放點(diǎn)呈現(xiàn)出分散的特征，需要加大環(huán)境保護(hù)力度，提升檢測(cè)力度，確保廢水處理質(zhì)量達(dá)標(biāo)，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2 重金屬?gòu)U水的主要來(lái)運(yùn)及危害分析

2.1 重金屬?gòu)U水的主要來(lái)源

首先，在開(kāi)采礦山、冶煉金屬和化工處理過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，給環(huán)境造成較大的危害作用。工業(yè)發(fā)展的速度日益加快，生產(chǎn)過(guò)程中需要大量重金屬，廢水中重金屬成分含量日益提高，其中銅、鋅、錳成分最高。[1]

其次，生產(chǎn)廠家設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的污水處理裝置，但是受到現(xiàn)實(shí)條件的限制，很難達(dá)到允許排放的最低標(biāo)準(zhǔn)，仍會(huì)給環(huán)境帶來(lái)較大的危害。同時(shí)，部分企業(yè)并未意識(shí)到環(huán)保工作的重要性，過(guò)度重視經(jīng)濟(jì)利益，擅自關(guān)停廢水處理設(shè)備，導(dǎo)致廢水中的重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)，給當(dāng)前環(huán)境帶來(lái)了巨大的壓力。

再次，部分地區(qū)的監(jiān)管力度較差，未履行管理職責(zé)，盲目的追求經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，忽視了環(huán)境保護(hù)工作的重要性，給自然界帶來(lái)了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)后果，成為環(huán)保領(lǐng)域的重大難題。

2.2 重金屬?gòu)U水的危害分析

廢水中的重金屬難以自然分解，會(huì)通過(guò)食物鏈的傳遞完成富集工作，給處于食物鏈頂端的人類(lèi)帶來(lái)巨大的危害。重金屬會(huì)使得人體內(nèi)部的蛋白酶失去活性，提高變異的概率，給胎兒的正常發(fā)育和生長(zhǎng)產(chǎn)生了極大的阻礙作用。重金屬中污染物含量較高，成分呈現(xiàn)出多樣化的特點(diǎn)，具有較大的毒性，甚至可能會(huì)導(dǎo)致生物出現(xiàn)中毒的特點(diǎn)。

首先，銅元素是人體的微量元素之一，對(duì)于健康具有重要作用，能夠提高酶的活性，對(duì)人造雪過(guò)程和分泌腺的工作產(chǎn)生影響。但是需要嚴(yán)格控制銅元素的含量，即使是濃度極低的銅元素也會(huì)對(duì)人體的健康造成威脅。在實(shí)驗(yàn)中，銅元素可以使得植物呈現(xiàn)出枯萎的特點(diǎn)，嚴(yán)重阻礙了其營(yíng)養(yǎng)機(jī)能的正常生長(zhǎng)。每升中0.1 到0.2 毫克的銅會(huì)造成水中生存的魚(yú)類(lèi)、蝦類(lèi)生物死亡。同樣的，銅會(huì)嚴(yán)重破壞人的消化系統(tǒng)，出現(xiàn)嘔吐不斷的癥狀，且會(huì)出現(xiàn)皮炎、濕疹等病癥。在眼睛接觸到銅時(shí)，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的水腫及潰瘍，給視網(wǎng)膜的完整性造成極大危害，甚至?xí)蛊洚a(chǎn)生失明的嚴(yán)重后果。

其次，鋅元素也是人體必需的微量元素之一。為了確保機(jī)體的正常運(yùn)行，需要每天都從食物中攝入十克到十五克的鋅。鋅對(duì)人體肝功能的正常運(yùn)行具有重要作用，和其中的蛋白質(zhì)結(jié)合可以生成鋅硫蛋白，為機(jī)體的正常運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。若長(zhǎng)期缺鋅，人體會(huì)出現(xiàn)消化系統(tǒng)上的問(wèn)題，所以鋅元素能夠刺激消化道，提高人體的代謝效率。但是過(guò)度攝入鋅可能會(huì)出現(xiàn)腸胃炎的癥狀，惡心、腹痛、頭暈嚴(yán)重，給水中的生物帶來(lái)了極大的危害作用。同時(shí)，鋅也會(huì)使得土壤的活性降低，降低微生物的活性，甚至?xí)斐甥溍绲纳a(chǎn)速率低、植株較小、葉片枯萎的后果，給植物的正常生長(zhǎng)帶來(lái)了極大的危害。

最后，錳在推動(dòng)工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中具有十分重要的作用，也可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害作用，造成神經(jīng)中樞受損的后果，造成肝、腦、心血細(xì)管損傷。低價(jià)錳的毒性水平更高，是高價(jià)錳的三倍左右。[2]

3 超濾分離技術(shù)分析

3.1 超濾分離技術(shù)概述及原理分析

超濾分離技術(shù)的發(fā)展空間較大，發(fā)展速度較快，目前擁有多結(jié)構(gòu)類(lèi)型的新型膜材料，廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)、污水處理等多個(gè)行業(yè)中，推動(dòng)工業(yè)進(jìn)程的快速發(fā)展。

超濾膜的兩側(cè)存在較大的壓力差，可以發(fā)揮過(guò)濾介質(zhì)的作用，在原液流經(jīng)膜表面時(shí)，只有小顆粒的物質(zhì)及水分子能順利通過(guò)，大顆粒狀物質(zhì)被遺留在進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液。該技術(shù)能夠提高原液的純度，達(dá)成分離、凈化、濃縮液體的目標(biāo)。超濾膜材料性質(zhì)特別，孔洞大小不一，對(duì)于通過(guò)的物質(zhì)具有較高的選擇性，運(yùn)用機(jī)械攔截、孔洞滯留技術(shù)能夠達(dá)到高效吸附雜質(zhì)的目標(biāo)，達(dá)成較高的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 超濾分離技術(shù)特征分析

首先，超濾分離技術(shù)占地面積較小，在容器內(nèi)部的填充效率較高，操作流程簡(jiǎn)單，耗費(fèi)資金較少，所需實(shí)驗(yàn)條件溫和，能切實(shí)避免工藝流程中的化學(xué)變化，有效處理敏感性物質(zhì)。在處理對(duì)溫度變化較為敏感的物質(zhì)時(shí)，如藥物、果汁等，可以確保處理過(guò)程無(wú)化學(xué)變化，在常溫狀況下保持相對(duì)穩(wěn)定的功能。

其次，該技術(shù)無(wú)須在加熱的環(huán)境條件下進(jìn)行，耗費(fèi)能源較少，分離效率較高，后期的操作維護(hù)過(guò)程較為簡(jiǎn)單，能將量子級(jí)別不同的物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)，有效濃縮低濃度液體中的微量元素。

在處理重金屬?gòu)U水時(shí)，可以將表面的活性劑和金屬離子結(jié)合起來(lái)，提高截留效率，提高溶劑中單分子的濃度，加大引力作用，簡(jiǎn)化操作流程，降低生產(chǎn)成本，確保處理?xiàng)l件溫和，提高處理效率。

3.3 超濾分離技術(shù)缺點(diǎn)分析

首先，在處理廢水的過(guò)程中，超濾膜容易在污染物的影響之下發(fā)生堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致膜表面的濃度高于本身的濃度，出現(xiàn)嚴(yán)重的極差化現(xiàn)象。在擴(kuò)散作用之下，兩側(cè)的濃度差會(huì)逐漸趨于平衡，獲得穩(wěn)定的液體環(huán)境。膜表面吸附的溶質(zhì)較多，在達(dá)到飽和之后會(huì)形成一層厚厚的凝膠層，導(dǎo)致超濾膜兩側(cè)的液體均受到嚴(yán)重的污染，滲透含量嚴(yán)重降低，堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重。因此，按時(shí)清潔超濾膜，簡(jiǎn)化操作流程，能夠降低處理成本，提高工作效率。

其次，超濾膜的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)特殊，制作成本較高，在使用時(shí)具有極高的局限性。且該材料的理化耐久性較強(qiáng)，未能有效擴(kuò)展使用空間。

4 絡(luò)合——超濾技術(shù)處理銅、鋅、錳重金屬?gòu)U水研究

4.1 絡(luò)合——超濾技術(shù)概論

運(yùn)用絡(luò)合——超濾技術(shù)能夠促使功能性較強(qiáng)的可溶性物質(zhì)和金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，提高分子量區(qū)分效率，截留下和聚合物絡(luò)合的金屬離子，完成分離金屬離子的目標(biāo)，使得原液的濃度較高，有效降低了廢水中的重金屬含量。

該技術(shù)耗費(fèi)的資金較少，處理效率較高，具有十分廣闊的發(fā)展前景?？梢愿鶕?jù)聚合物的可溶性選擇合適的技術(shù)，嚴(yán)格控制感應(yīng)過(guò)程所需要的條件，NaOH 或者HCL 溶液調(diào)整反應(yīng)環(huán)境中的酸堿度，提高重金屬離子和大分子結(jié)合的效率，確保處理過(guò)程高效完成。

4.2 影響絡(luò)合——超濾技術(shù)處理廢水的因素分析

首先，酸堿度會(huì)影響處理效率。在PH 數(shù)值增加時(shí)，金屬離子的截留率數(shù)值會(huì)隨之增加。但是需要控制溶液的酸堿度在合理的范圍之內(nèi)，避免金屬離子和過(guò)多的氫氧根離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀。在PH 值降低時(shí)，溶液中存在的氫離子會(huì)和金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致金屬離子的截留率隨之降低。由于金屬離子對(duì)于溶液環(huán)境中酸堿程度的變化較為敏感，可以完成選擇性分離的目標(biāo)。

其次，低價(jià)鹽的濃度會(huì)影響處理效率。絡(luò)合反應(yīng)需要在低價(jià)鹽濃度適宜的條件下進(jìn)行。形成聚合物的種類(lèi)和金屬離子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在差異性，外加鹽的濃度變化會(huì)對(duì)截留率產(chǎn)生較大影響，從而影響了金屬離子的絡(luò)合作用效率。所以在處理工業(yè)廢水時(shí)，需要確保外加鹽濃度水平適中，獲得更好的處理效果。

最后，聚合物和含量和金屬離子含量的比值會(huì)影響絡(luò)合反應(yīng)效率。如果聚合物提供的絡(luò)合位置較少，會(huì)使得金屬離子難以完全被捕獲，截留率水平較低，反之則會(huì)出現(xiàn)相反的變化過(guò)程。所以，在處理廢水時(shí)，需要確保該比值位于科學(xué)的區(qū)間范圍內(nèi)，獲得理想的截留效果，節(jié)約截留物質(zhì)的用量，有效降低使用成本，降低處理過(guò)程的能源消耗狀況。但是只有在大分子聚合物擁有與目標(biāo)金屬聚合的能力且溶液的酸堿程度適宜時(shí)才能達(dá)到選擇性分離的目標(biāo)，使得離子之間的絡(luò)合競(jìng)爭(zhēng)力度較大，截留率的差別較小，達(dá)到了高質(zhì)量分離的目標(biāo)。[3]

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，重金屬含量較高的廢水毒性較高，會(huì)隨著食物鏈富集，對(duì)處于頂端的人類(lèi)產(chǎn)生重大負(fù)面影響，需要提高處理質(zhì)量與效率，獲得濃度較高的原液。超膜過(guò)濾技術(shù)在處理重金屬含量較高的廢水時(shí)具有十分重要的作用?？梢赃\(yùn)用絡(luò)合——超濾技術(shù)處理重金屬型廢水，使得金屬離子和聚合物發(fā)生絡(luò)合作用，達(dá)到分離、凈化的目標(biāo)，提高處理效率與質(zhì)量。