离子交换法处理工业废水：去除镉离子的高效选择

离子交换法处理工业废水：去除镉离子的高效选择

1.6 离子交换法

离子交换选择性去除废水中的镉离子，由于操作过程简单、易于再生、除杂效果好等特点，在工业废水处理中得到广泛的应用。镉离子选择性树脂的种类很多，用其处理的废水中镉离子含量可达ug·L-1级。近年来，人们对寻找高效、低成本树脂进行了大量的研究。余善信等[52]研究了碱性聚苯乙烯三乙醇胺树脂对水中镉离子的吸附，取得了良好的吸附效果。杨莉莉等[53]采用动态方法研究了201×7型强碱性阴树脂在氯盐体系中吸附镉的动力学，确定了离子交换行为的控制步骤为粒子扩散，并推导出了离子交换过程的表观活化能、反应级数、速率常数及总反应方程。陈利高 [54] 采用001×7强酸性阳离子交换树脂处理某工厂含镉废水，镉回收率在90%以上，水回收率在85%以上，出水镉含量小于0.1 mg·L-1。文献 [55] 指出，强酸性阳离子交换剂KY-Z净化含镉20～70 mg·L-1废水时，在pH为6时，镉去除率达99%。张淑媛等 [56] 采用不溶性淀粉黄原酸酯作为离子交换剂，镉去除率大于99.8%，镉残留量小于0.1 mg·L-1。此外，该方法适用pH范围广，无二次污染。周国平等[57] 采用自行合成的水不溶性羧基淀粉接枝聚合物 (ISC)，以动态和静态两种方式研究了电镀废水中镉的去除效果，并研究了 pH 的影响。车荣瑞 [58] 对离子交换法在含镉废水处理中的应用进行了详细论述。该方法受树脂吸附容量的限制，适用于处理镉浓度较低的废水。另外，树脂容易中毒，处理成本相对较高。

1.7 金属粉末还原法

利用铁、锌、镁、铝等比镉活泼的金属作为还原剂，将镉从废水体系中还原出来，从而达到分离去除镉的目的。徐永华等[16]以锌粉为还原剂，As2O3为促进剂，在振荡反应器中处理含镉废水。结果表明，在含有250 mg·L-1镉离子的废水中加入80 mg·L-1 As2O3和11 g·L-1 Zn时，在pH为5.5的情况下，振荡55 s后废水中残留镉可达0.05 mg·L-1。此法对处理含有单一组分的高浓度含镉废水效果良好，但镉去除不彻底，且原料成本相对较高。

1.8 膜分离

膜分离技术是一种新兴的流体处理工艺，具有高效、节能、无二次污染等优点，被誉为20世纪十大最有发展前途的高科技技术之一。膜分离作为一种新型的膜分离技术，在废水深度处理、饮用水净化、海水淡化等领域受到重视和研究，并已应用于工程实践。处理含有重金属离子的废水时，可选择不同的载体，一般处理含镉废水时，需在液膜中加入甲基三辛胺氯化物[59]。经膜分离技术处理的废水可实现重金属零排放或微排放，大大降低生产成本。戴汉光[60]对含镉废水的微滤处理进行了研究，结果表明，用PA-7微孔管过滤含镉废水时，出水清澈透明，镉离子含量远低于国家标准。高义宣等[71]对含镉废水的微滤处理进行了研究。 [61]采用B-9中空纤维素膜对含镉废水进行反渗透处理，镉分离率可达78%~99%。王志忠等[62]采用醋酸纤维素(CA)和PSA作为反渗透膜处理硫酸镉，镉分离率可达97.72%~99.67%。近年来，膜萃取技术发展很快，在含镉废水处理中已有报道。王玉军等[63~64]以P204-正庚烷为萃取剂，以中空纤维为聚丙烯微孔膜，应用膜萃取技术处理废水中的镉和锌离子。结果表明，中空纤维膜萃取可使镉离子浓度降低2个数量级，膜萃取后镉浓度由400 mg·L-1降至0.2 mg·L-1以下。黄炳辉等[65]研究了膜技术提取镉，研究表明，采用P204与煤油组成的液膜处理低浓度（100 mg·L-1左右）含镉废水，分离效率可达99%，出水浓度可达到国家标准。近期，何定胜等[66]研究了三辛胺-二甲苯液膜对镉的迁移作用。徐振良等[67]进行了胶束强化超滤去除水溶液中重金属离子镉和铅的研究。胶束强化超滤（MEUF）后镉的截留率可达99.0%以上。[68]等采用电渗析处理含镉废水，一次处理镉去除率可达70%。膜分离法处理含镉废水具有污染物去除率高、工艺简单等优点，但膜元件设计难度大，膜易污染堵塞，投资较高，影响了膜法的应用。

1.9 浮选方法

浮选是一项新兴的废水处理技术，分为溶气浮选、电解浮选、离子浮选等浮选技术，在废水处理领域有着广泛的应用。在含镉废水中加入硫化钠，使镉转化为硫化镉沉淀，再加入捕集剂十二烷基胺醋酸盐，采用气泡浮选分离，对含5 mg·L-1镉的废水去除率可达99%[69]。黄松安等[70]采用沉淀浮选法处理稀镉溶液，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂，乙醇为起泡剂，在pH=10~11时，镉的去除率几乎达100%，溶液中残留Cd2<0.1 mg·L-1。黄松安等[9]采用沉淀浮选法处理稀镉溶液，以十二烷基硫酸钠为表面活性剂，乙醇为起泡剂，在pH=10~11时，镉的去除率几乎达100%，溶液中残留Cd2<0.1 mg·L-1。 [71]采用新型胶体吸附泡沫分离技术研究了废水中镉的去除，在适宜的工艺条件下，浮选后残液中Cd2<0.01 mg·L-1。陈悦等[72]研究了用泡沫塔处理含镉废水，该方法以十二烷基苯磺酸钠（LAS）为清除剂，获得合适的操作参数，实现连续稳态运行过程，镉去除率可达99.9%以上。该方法具有处理量大、成本低、操作方便等优点，但选择合适的清除剂比较困难。

2 微生物法

微生物法处理重金属废水的研究始于20世纪70年代，80年代中期开始投入实际应用，但应用并不广泛。与传统的物理、化学法相比，微生物法具有运行成本低、操作pH和温度范围宽、吸附速率高、选择性强等优点。镉对微生物有毒性，但经过一定时间驯化的微生物可用于处理含镉废水。微生物法又可分为生物吸附法和生物强化法。

2.1 生物吸附法

生物吸附是一项新兴的废水处理技术，其中的生物吸附剂主要为藻类，也有细菌、真菌、酵母等。国外对镉的生物吸附研究起步较早，始于20世纪70年代。LEE等[73]利用专门的菌株处理含镉废水，并申请了专利。Singh等[74]采用一种新型低成本生物吸附剂研究了废水中镉的去除，在pH为8.6，温度为20 ℃时，吸附剂对镉的去除率可达94.5%。Ali等[75]研究了芦苇等生物对镉的抗毒及吸附作用，结果表明芦苇可以作为废水中镉的良好去除剂。Zhang等[76]研究了革兰氏杆菌对废水中镉和铜的处理。 TEM 18。pH为6时镉的去除效果最好。P等[77]研究了酵母吸附镉的动力学。N等[78]利用绿藻吸附废水中的镉，镉的去除率可达97.9%。国内，刘等[79]研究了好氧颗粒污泥对镉的生物吸附动力学，结果表明污泥对镉的吸附容量高达566 mg·g-1，可作为废水中镉的良好去除剂。冯永梅等[80]利用海带吸附废水中的镉离子，研究了溶液pH值和初始镉离子浓度对镉吸附率的影响。结果表明，pH对镉离子的吸附性能影响较大，海带吸附的适宜浓度为Cd2＜500 mg·L-1。尹平和等[81]研究了几种大型海藻作为吸附剂对废水中重金属离子Pb2、Cu2、Cd2的吸附，得到了各自的吸附等温线。实验表明，海藻对镉的吸附容量大，吸附速度快，10 min内重金属离子的去除率可达90%以上。林荣根等[82]也研究了两种褐藻对镉离子的吸附，得到了良好的效果。李清彪等[83-84]利用真菌红柄菇吸附镉离子，研究了细菌同时吸附Pb2和Cd2的动力学。在适宜的操作条件下处理后，Cd2+由10 mg·L-1降低至0.04 mg·L-1，达到了国家污水排放标准。徐慧娟等[85-86]利用啤酒酵母吸附镉离子，啤酒酵母的最大吸附率为93%，吸附效果良好。王元秀等[87]利用唐菖蒲处理含镉、铅废水。此外，张志杰等[88]研究了水葫芦对镉、铅废水的净化能力。翟云波等[89]利用间歇反应器污泥衍生的吸附剂去除废水中的镉和镍离子，考察了溶液pH、接触时间、吸附剂投加量、初始吸附质浓度对吸附效果的影响。该方法吸附效果好，镉去除率高，成本低，但仅适用于低浓度含镉废水的处理。