化學(xué)法去除廢水中鎘的研究進(jìn)展

李唯艷，蔣 鑫，任建軍，徐 倩，蔡華敏，賈冬梅

（濱州學(xué)院化工與安全學(xué)院，山東 濱州 256603）

鎘（Cd）具有良好的韌性和延展性，其合金及化合物在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。環(huán)境中鎘的來(lái)源主要有鎘礦、鎘冶煉廠、電鍍，以及用鎘化合物作原料或觸媒的工廠產(chǎn)生的廢水、廢渣等。鎘的毒性高，可在生物體內(nèi)富集，會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體而引起慢性中毒[1]。因此，廢水中的鎘在排放前必須進(jìn)行有效處理。目前，含鎘廢水的處理方法有膜分離法、吸附法、生物法、沉淀法、電絮凝法及離子交換法等[2]。

1 化學(xué)法除鎘

1.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是一種傳統(tǒng)的水處理方法，由于其技術(shù)成熟、容易控制，在國(guó)內(nèi)外的重金屬?gòu)U水處理中被廣泛使用。沉淀法是在含鎘廢水中加入沉淀劑，使其發(fā)生化合反應(yīng)，生成Cd(OH)2、CdS、CdCO3等鎘的沉淀物。常用的沉淀劑有氫氧化物、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、碳酸鹽等。聚合硫酸鐵對(duì)鎘主要起絮凝共沉作用[3]。郭崇武等[4]用二甲基二硫代氨基甲酸鈉處理含鎘廢水，研究發(fā)現(xiàn)，在pH 為2～9 范圍內(nèi)，鎘離子的去除效率最高，出水中鎘的濃度能夠滿足GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，但在處理過程中應(yīng)嚴(yán)格控制氨三乙酸等配位劑的初始濃度。譚浩強(qiáng)等[5]采用化學(xué)沉淀法并強(qiáng)化常規(guī)工藝，應(yīng)急去除飲用水水源中的鎘。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)水的pH 可實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬鎘的有效去除。陳姍姍等[6]采用兩級(jí)沉淀工藝，將氫氧化鈉和硫化鈉分別作為沉淀劑來(lái)處理含鎘廢水。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)兩級(jí)沉淀處理后的含鎘廢水滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，且沉淀廢渣可以重復(fù)利用，大大降低了生產(chǎn)成本。姜述芹等[7]采用Mg(OH)2作為沉淀劑處理含鎘廢水，發(fā)現(xiàn)Mg(OH)2對(duì)鎘的去除率可達(dá)98%以上，且經(jīng)過處理的Mg(OH)2可變?yōu)镸gO 繼續(xù)使用，提高了沉淀劑的利用率。

1.2 電絮凝法

電絮凝法是以Al、Fe 等金屬為陽(yáng)極，在直流電的作用下，陽(yáng)極被融蝕，產(chǎn)生Al、Fe 等金屬離子，再經(jīng)一系列水解、聚合和亞鐵的氧化過程，形成各種羥基絡(luò)合物、氫氧化物等，從而使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)等凝聚沉淀而實(shí)現(xiàn)分離。同時(shí)，帶電的污染物顆粒在電場(chǎng)中泳動(dòng)，其部分電荷被電極中和，促使其脫穩(wěn)聚沉。電絮凝法不僅對(duì)膠態(tài)雜質(zhì)及懸浮雜質(zhì)有凝聚沉淀作用，由于陽(yáng)極的氧化作用和陰極的還原作用，還能去除水中的多種污染物。

劉興等[8]改進(jìn)了平行單極電絮凝的連接方式，用于同時(shí)去除水中的氟和鎘，發(fā)現(xiàn)F-、Cd2+是通過吸附沉淀的方式被去除，在實(shí)驗(yàn)條件下，去除率分別大于89.12%、99.99%，出水符合GB 5749-2006 要求。Vasudevan 等[9]研究了電絮凝法對(duì)廢水中Cd的去除效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流密度為0.2A·dm-2、pH 為7.0 時(shí)，交流鋅電極和直流鋅電極對(duì)Cd 的去除率分別為97.8%和96.9%。李爽等[10]采用鋁電極板電絮凝法去除水中的Cd2+，在最佳處理?xiàng)l件下Cd2+的去除率可達(dá)99.99%以上，添加陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉（SDS）可以提高反應(yīng)速率，去除率仍可達(dá)99.52%。

1.3 鐵氧體沉淀法

鐵氧體沉淀法是在含鎘廢水中投加適當(dāng)?shù)牧蛩醽嗚F，然后加堿中和至pH 值為9.0～10.0，以使廢水中的各種金屬離子形成不溶性的鐵氧體晶粒，再采用固液分離手段，去除廢水中的重金屬離子。盧蓮英等[11]用鐵氧體材料與鎘共沉淀，發(fā)現(xiàn)常溫條件下，當(dāng)廢水中的Cd2+含量在50～200mg·L-1、pH=10、Fe3+/Fe2+(質(zhì)量比)=2、投料比Fe2+/Cd2+(質(zhì)量比)=4 時(shí)，鎘離子的去除率達(dá)到99%以上，出水滿足排放要求。方云如等[12]采用鐵氧體法處理含鎘廢水，確定的最佳條件為：pH=12，溫度=70℃，加入適量雙氧水處理后，水中鎘的含量為 0.041 mg·L-1，符合排放要求。鄧騰等[13]研究了鐵氧體法處理含鎘廢水的效果，發(fā)現(xiàn)加入納米鐵粉后，以m( Fe)/m( As)=10 的比例加入聚合硫酸鐵、pH=8.8 左右時(shí)，鐵氧體法處理廢水中的Cd2+，去除率達(dá)到99.92%。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鐵氧體法的處理效果比生物制劑法更好。

1.4 離子交換法

離子交換法主要是利用離子交換樹脂與廢液中的鎘離子發(fā)生交換后再分離，飽和樹脂用碳酸鈉或氫氧化鈉的混合液再生，加入氫氧化物或硫化物到再生液中，通過產(chǎn)生的鎘化合物沉淀回收鎘。鎘離子的選擇性樹脂種類繁多，常用于處理含鎘廢水的離子交換樹脂有陰離子交換樹脂[14]、螯合樹脂[15]等。耿振香等[16]采用淀粉黃原酸鹽(ISX)處理廢水中的Cd2+，發(fā)現(xiàn)在處理40mg·L-1含Cd2+廢水時(shí)，當(dāng)pH 值為8、ISX 用量為0.3g、處理時(shí)間為15min 時(shí)，廢水中鎘的去除率可達(dá)97%。程亮等[17]研究了納米腐殖酸基離子交換復(fù)合樹脂對(duì)Ni2+、Cd2+的選擇性吸附，發(fā)現(xiàn)該復(fù)合樹脂對(duì)Ni2+、Cd2+的吸附速度快[0.55～1.50mg·(g·min)-1]，吸附容量高，選擇性能好，熱穩(wěn)定性好且可重復(fù)使用。

2 不同化學(xué)法除鎘的對(duì)比研究

不同化學(xué)法除鎘的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1 所示。由表1 可見，化學(xué)沉淀法的工藝簡(jiǎn)單，操作方便，是目前被廣泛應(yīng)用的除鎘方法，但二次污染嚴(yán)重。因此，尋找無(wú)二次污染、能耗低的綜合除鎘方法，是工業(yè)廢水除鎘工藝亟待解決的一個(gè)問題。

表1 不同化學(xué)法除鎘對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

隨著金屬冶煉、電鍍、涂料、電子業(yè)等行業(yè)的不斷發(fā)展，開發(fā)工藝簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)二次污染、成本低廉的除鎘綜合廢水處理技術(shù)，以有效分離回收其中的重金屬鎘，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，是保護(hù)人類健康和環(huán)境安全的重要研究方向。