重慶反滲透水處理設(shè)備解讀：多工藝組合處理含鉛廢水
【重慶水處理設(shè)備網(wǎng)http://xqccscq.com/】數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)精煉鉛產(chǎn)量為511萬(wàn)t廢鉛回收量約為237萬(wàn)t回收率達(dá)到46%雖然廢鉛回收率不時(shí)提高，但仍不足50%半數(shù)以上的廢鉛進(jìn)入水體、大氣、土壤環(huán)境中，主要進(jìn)入水環(huán)境，形成含鉛廢水。
含鉛廢水中的鉛最高達(dá)到90mg/L以上，一般在2~100mg/L蓄電池行業(yè)）鉛在水中主要以二價(jià)鉛離子形式存在其存在形式受水中pH影響較大：當(dāng)pH7~10時(shí)，鉛會(huì)出現(xiàn)沉淀；pH為10時(shí)，沉淀量達(dá)到最大。
鉛具有不可降解性，可在環(huán)境中長(zhǎng)期存在含鉛廢水一直是廢水處置領(lǐng)域的難題之一。國(guó)對(duì)于鉛的排放要求非常嚴(yán)格，GB57492006生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》規(guī)定，地面水及生活飲用水中的鉛不能超過(guò)0.05mg/L
GB89781996污水綜合排放規(guī)范》將鉛列為第一類污染物，最高允許排放質(zhì)量濃度為1.0mg/L因此，選擇一種安全性高、處置效果好、利息低、二次污染少的處置技術(shù)顯得尤為重要。
筆者對(duì)化學(xué)沉淀、吸附、膜分離、離子交換、生物修復(fù)和電解技術(shù)在含鉛廢水處置中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，總結(jié)了不同處置技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和存在問(wèn)題，為進(jìn)一步發(fā)展含鉛廢水的處置技術(shù)提供依據(jù)，并為多工藝組合處置含鉛廢水提供參考。
01化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀主要是向水中投加沉淀劑，直接與Pb2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成不溶性沉淀，罕見(jiàn)的有氫氧化物沉淀、硫化物沉淀、磷酸鹽沉淀、鐵氧體沉淀和螯合沉淀。
1.1氫氧化物沉淀
氫氧化物沉淀是向廢水中投加NaOHCaOH2CaO等沉淀劑使Pb2+轉(zhuǎn)化為PbOH2從而達(dá)到去除目的該反應(yīng)受水中pH影響較大。
柳健等研究了氫氧化物沉淀去除Pb2+最佳pH發(fā)現(xiàn)對(duì)于Pb2+為2~10mg/L含鉛廢水，處置最佳pH為7.5~11.5同時(shí)還對(duì)比了模擬含鉛廢水及企業(yè)含鉛廢水的處置效果，由于企業(yè)發(fā)生的污水還含有鐵、鋁、鈣等元素，加入堿性沉淀劑的過(guò)程中能產(chǎn)生相應(yīng)的絮凝劑，吸附一部分Pb2+提高Pb2+去除率。
QuanyuanChen等研究了CaO-粉煤灰-CO2體系處置重金屬?gòu)U水的效果，pH7~11時(shí)形成PbOH2和PbCO3沉淀，鉛的去除率達(dá)到99.0%以上。
氫氧化物沉淀法對(duì)含鉛廢水的處置效果較好，但對(duì)工藝pH控制要求高，同時(shí)后續(xù)的沉淀物需妥善處理，否則會(huì)發(fā)生二次污染。
1.2硫化物沉淀
硫化物沉淀主要是向含鉛廢水中投加Na2SH2S等含硫劑，使Pb2+轉(zhuǎn)化為PbS沉淀。由于PbS溶度積（3.410-28遠(yuǎn)低于PbOH2溶度積（1.010-16故硫化物沉淀的去除效率要高于氫氧化物沉淀。
何緒文等投加Na2S對(duì)含鉛廢水進(jìn)行處置，S2-和Pb2+物質(zhì)的量比為3:1pH＞6時(shí)，鉛的去除率最佳，達(dá)到99.6%該沉淀反應(yīng)過(guò)程符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，且生成的PbS粒徑為2.62μm具有良好的沉降性，利于沉淀物從水中去除。
M.T.A lvarez等利用硫酸鹽還原菌降解揮發(fā)性脂肪酸發(fā)生H2S將其通入到廢水中形成PbSPb2+去除率達(dá)到92.0%以上。硫化劑價(jià)格昂貴，處置含鉛廢水時(shí)成本增加，同時(shí)PbS具有一定毒性，處置過(guò)程中需特別注意操作的平安性。
1.3磷酸鹽沉淀
磷酸鹽沉淀是向含鉛廢水中投加磷酸鈉等磷酸鹽生成Pb3PO42由于Pb3PO42溶度積（8.010-43較PbS低，因此從溶度積角度比較Pb2+去除率，磷酸鹽沉淀＞硫化物沉淀＞氫氧化物沉淀。
賀俊蘭等發(fā)現(xiàn)磷酸鹽對(duì)含鉛廢水中Pb2+去除效果很好，后續(xù)添加絮凝劑聚丙烯酰胺，pH為7.3條件下，Pb2+去除率可達(dá)97.6%以上。
曹偉等自制活性磷酸鈣處置含鉛廢水，pH為5~9時(shí)，Pb2+去除率能夠達(dá)到98.0%以上。磷酸鹽沉淀去除Pb2+效果較好，但其研究和報(bào)道卻比較少見(jiàn)，可能是由于發(fā)生的磷酸鉛沉淀有毒，易造成神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)以及腎臟的損傷，限制了其發(fā)展和應(yīng)用。
1.4鐵氧體沉淀
鐵氧體沉淀是向廢水中添加含有Fe2+藥劑（如FeCl2FeSO4等）使廢水中的Pb2+形成鐵氧體晶粒沉淀析出的過(guò)程。
J.C.Lou等采用激進(jìn)鐵氧化沉淀技術(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處置，pH為9~11條件下，Pb2+去除率能達(dá)到97.2%以上。Y.J.Tu等用兩級(jí)鐵氧體處置重金屬?gòu)U水，pH為10時(shí)，Pb2+從7.48mg/L降至0.03mg/L以下，去除率可達(dá)99.6%以上。
鐵氧體沉淀法能一次去除多種金屬離子，出水水質(zhì)較好，適用范圍較廣。鐵氧體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易從水中分離，作為一種重要的磁性介質(zhì)，可二次利用，但鐵氧體沉淀法在處置含鉛廢水過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，如處置過(guò)程中需要加熱，能量消耗較高，出水pH呈堿性，需中和處置后方能排入自然水體。
1.5螯合沉淀
螯合沉淀主要指一個(gè)或多個(gè)配位體與金屬離子形成螯合物沉淀的過(guò)程，由于形成的螯合物一般為五環(huán)或六環(huán)，因而穩(wěn)定性較強(qiáng)，不易再次溶解。常用的螯合劑主要有乙二胺、五硫代碳酸鈉、吡啶硫醇、二硫代磷酸二丙酯等。
YingXu等采用二硫代磷酸二丙酯處置含鉛廢水，pH為3~6條件下，鉛去除率達(dá)到99.9%曹洪斌等采用五硫代碳酸鈉，pH為5條件下處置模擬含鉛廢水，反應(yīng)15min鉛的去除率能夠達(dá)到99.9%
螯合沉淀法處置含鉛廢水具有操作方法簡(jiǎn)單、處置效率高、反應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但螯合劑的利息普遍較高，還需開(kāi)發(fā)和選擇利息低、效果好的螯合劑，同時(shí)濾渣的后續(xù)處置也需研發(fā)新的技術(shù)。
對(duì)不同化學(xué)沉淀法的去除效果進(jìn)行了比擬，如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)沉淀法對(duì)Pb2+去除率一般在90.0%以上，而pH為影響去除效率的主要因素。
02吸附
吸附除鉛是通過(guò)投加吸附劑，利用分子間作用力或化學(xué)鍵達(dá)到去除廢水中Pb2+目的主要有活性炭吸附、碳納米管吸附和生物質(zhì)吸附。
2.1活性炭吸附
活性炭可通過(guò)外表含氧官能團(tuán)與重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)吸附，以及金屬離子在其外表堆積而發(fā)生的捕集物理吸附，達(dá)到去除水中Pb2+目的活性炭成本低、來(lái)源廣、吸附性能好，常用于處置含鉛廢水。
A .Kongsuwan等采用自制活性炭對(duì)含Pb2+和Cu2+廢水進(jìn)行處置，發(fā)現(xiàn)活性炭對(duì)Pb2+吸附容量為0.53mmol/g該吸附過(guò)程更符合Langmuir吸附等溫方程。
潘沛玲對(duì)活性炭處置含鉛廢水效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在pH為中性或堿性時(shí)，Pb2+去除率能夠達(dá)到92.0%以上。吸附過(guò)程中，活性炭的孔徑、比外表積和顆粒度對(duì)Pb2+去除效果均有較大影響。該技術(shù)操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用范圍較廣，一種比較成熟的除鉛方法。
2.2碳納米管吸附
碳納米管帶有負(fù)電，可通過(guò)靜電引力吸附金屬離子，達(dá)到去除Pb2+目的其吸附面積較大，可通過(guò)管壁外表面、管壁內(nèi)腔和管壁空隙進(jìn)行吸附。
YanhuiLi等在pH為5.1條件下，以碳納米管為吸附劑處置含鉛廢水。碳納米管的吸附容量為11.2mg/g遠(yuǎn)高于單純的活性炭吸附。
N.A .Kabbashi等采用碳納米管對(duì)水中Pb2+進(jìn)行吸附，并對(duì)吸附過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。pH為5條件下，Pb2+去除率能達(dá)到96.0%整個(gè)吸附過(guò)程為偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)。碳納米管吸附去除Pb2+研究熱點(diǎn)在于提高碳納米管的電負(fù)性，電負(fù)性越強(qiáng)，重慶反滲透水處理設(shè)備去除效率越高。
2.3生物質(zhì)吸附
生物質(zhì)是利用太陽(yáng)能通過(guò)光合作用形成的有機(jī)體。對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行處理，可形成外表疏松、多孔、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的吸附劑，主要分為植物類、動(dòng)物類和微生物類。由于生物質(zhì)來(lái)源廣泛，用其吸附廢水中的Pb2+可大大降低廢水處置本錢(qián)。
JiaqinDeng等將稻稈制成生物炭，并用海藻酸鈉進(jìn)行改性，改性后的生物炭吸附容量為253.6mg/gM.Mozaffari等用氨基硫脲對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性，形成的氨基硫脲殼聚糖吸附容量為56.89mg/gpH為5時(shí)對(duì)Pb2+去除率達(dá)到85.6%
近年來(lái)，關(guān)于生物質(zhì)吸附劑的研究較多，原材料也各種各樣，如稻殼灰、樹(shù)葉、秸稈、森林廢棄物、海洋生物等。生物質(zhì)憑借來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)在吸附廢水Pb2+方面具有較好的應(yīng)用前景，但其再生問(wèn)題還需進(jìn)一步研究。
對(duì)各種吸附方法的除鉛效率進(jìn)行了匯總分析，見(jiàn)表2可發(fā)現(xiàn)pH為5時(shí)去除率/吸附容量普遍較高，去除率最高可達(dá)96.0%吸附容量最大可達(dá)253.6mg/g
03膜分離
膜分離技術(shù)主要通過(guò)濃度差或壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)離子的選擇性透過(guò)。超濾、納濾、反滲透和電滲析等都有去除重金屬的相關(guān)報(bào)道，但用于含鉛廢水處理的技術(shù)主要為超濾和電滲析。
3.1超濾
超濾可在一定壓力下通過(guò)超濾膜的空隙實(shí)現(xiàn)Pb2+分離，但由于超濾膜空隙較大，一般需進(jìn)行處理，以提高對(duì)Pb2+去除率。
YongfengZhang等采用投加聚合物和超濾聯(lián)用的技術(shù)處理含鉛廢水，通過(guò)聚合物吸附增大Pb2+尺寸，提高超濾的處置效果，pH＞6時(shí)Pb2+去除率接近100%
F.Ferella等通過(guò)外表活性劑強(qiáng)化超濾對(duì)Pb2+去除效果。加入外表活性劑后可吸附廢水中的金屬離子，增加金屬離子的尺寸，使其被超濾膜截留，pH為7.47時(shí)Pb2+去除率在99%以上。
采用超濾工藝處置含鉛廢水時(shí)，需考察添加劑的類型以更好地增加金屬離子粒徑，提高含鉛廢水的處置效果，后續(xù)研究的一個(gè)主要方向。
3.2電滲析
電滲析是以電位差為助力，利用膜的選擇透過(guò)性，將離子從溶液中分離出來(lái)的過(guò)程，具有經(jīng)濟(jì)效益好、能量消耗少、處置效果佳的優(yōu)勢(shì)。
T.Mohammadi等對(duì)電滲析的主要運(yùn)行參數(shù)（Pb2+濃度、溫度、電壓和流速）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)提高電壓和溫度可提高Pb2+去除效果；60℃、30V流速0.07mL/條件下處理500mg/L含鉛廢水，去除率能夠達(dá)到90%以上。
A .A bou-Shadi等研究了電滲析過(guò)程中pH對(duì)Pb2+去除效果的影響，發(fā)現(xiàn)pH為5電壓為25V時(shí)，Pb2+去除率在93.1%~94.0%
電滲析的去除效果不只受工藝條件的影響，與膜資料及性能也有很大關(guān)系，因此開(kāi)發(fā)利息低、選擇透過(guò)性好的膜也是電滲析技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。
隨著技術(shù)的發(fā)展，電滲析除鉛領(lǐng)域已能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行去除效果的模擬預(yù)測(cè)，開(kāi)發(fā)了一些數(shù)學(xué)模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等，這也為電滲析技術(shù)投入實(shí)際生產(chǎn)奠定一定基礎(chǔ)。
表3為超濾和電滲析技術(shù)除鉛效果和反應(yīng)條件，可見(jiàn)超濾經(jīng)強(qiáng)化后的去除效果明顯高于電滲析，除鉛領(lǐng)域的應(yīng)用前景更廣闊。
04離子交換
離子交換是通過(guò)離子交換劑中的可交換基團(tuán)與溶液中的Pb2+進(jìn)行交換，達(dá)到去除Pb2+目的除鉛過(guò)程中使用的主要為陽(yáng)離子型交換樹(shù)脂。
E.Pehlivan等研究了Dowex50W合成樹(shù)脂在不同pH溫度、接觸時(shí)間下對(duì)鉛離子的去除效果，發(fā)現(xiàn)pH8~9反應(yīng)70minPb2+為100mg/LPb2+去除率能達(dá)到80%而采用弱酸性的離子交換樹(shù)脂CNP80pH為7~9反應(yīng)200minPb2+為1mmol/L時(shí)，Pb2+去除率可達(dá)95%
該團(tuán)隊(duì)對(duì)離子交換樹(shù)脂CNP80與TP207進(jìn)行了比擬，發(fā)現(xiàn)二者的最佳反應(yīng)條件不同?？梢?jiàn)離子交換樹(shù)脂類型不同，最佳反應(yīng)條件也隨之變化。
離子交換法的關(guān)鍵在于離子交換樹(shù)脂，選擇一種價(jià)格低、效果好、選擇性強(qiáng)且易回收的離子交換樹(shù)脂是離子交換技術(shù)研究的重點(diǎn)。
05生物修復(fù)
生物修復(fù)可利用生物的新陳代謝或生物體的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)金屬離子進(jìn)行吸附、吸收或轉(zhuǎn)化，主要包括植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)。由于動(dòng)物修復(fù)周期長(zhǎng)、見(jiàn)效慢、利息高，除鉛領(lǐng)域應(yīng)用較少，以植物修復(fù)和微生物修復(fù)研究較多重慶反滲透水處理設(shè)備。
5.1植物修復(fù)
植物修復(fù)通常采用一些超富集植物，將水中的Pb2+轉(zhuǎn)化為植物有機(jī)體，封存在植物體內(nèi)，通過(guò)收割植物達(dá)到去除Pb2+目的
曹優(yōu)明等用金邊麥冬人工濕地開(kāi)展了含鉛廢水的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)人工濕地對(duì)Pb2+去除率能達(dá)到80%以上，但植物吸附的貢獻(xiàn)率僅為1.1%~4.6%說(shuō)明單純依靠植物吸附去除水中Pb2+作用微弱。
E.Babaeian等對(duì)紅藻和褐藻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)紅藻的除鉛效果更佳，pH為570min條件下，去除率能達(dá)到95.6%后續(xù)還有針對(duì)螺旋藻、克雷伯氏菌等除鉛研究，可發(fā)現(xiàn)植物修復(fù)中藻類對(duì)Pb2+去除效果要遠(yuǎn)高于水生植物。
5.2微生物修復(fù)
微生物修復(fù)通常指利用微生物的胞外聚合物進(jìn)行吸附和細(xì)胞代謝，去除水中Pb2+過(guò)程。
S.Wierzba等研究了嗜麥芽窄食單胞菌和枯草芽孢桿菌對(duì)含鉛工業(yè)廢水的去除效果，發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌對(duì)Pb2+去除效果更好，其吸附容量為166.7mg/g
JiayouLong等對(duì)非活性鐮刀菌菌株（ZSY和MJY進(jìn)行分離、純化和培養(yǎng)，pH為650℃條件下，ZSY和MJY對(duì)Pb2+去除率達(dá)到最大值，吸附去除過(guò)程符合偽二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，吸附容量分別為232.6263.2mg/g但在微生物吸附過(guò)程中，由于微生物體積較小，后續(xù)從水中分離是該技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。
植物修復(fù)和微生物修復(fù)對(duì)Pb2+去除效果如表4所示，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)微生物修復(fù)去除過(guò)程主要依靠微生物的吸附作用，其除鉛效果明顯優(yōu)于植物修復(fù)。
06電解除鉛
電解除鉛是Pb2+陰極表面得到電子被還原為金屬鉛的過(guò)程。張書(shū)海等采用鐵屑微電解法對(duì)60.8~94.3mg/L含鉛廢水進(jìn)行處置，同時(shí)向出水投加石灰乳和聚丙烯酰胺進(jìn)行絮凝沉淀，Pb2+去除率可達(dá)93.6%
張少峰等研究了三維電極對(duì)含鉛廢水的處置效果，以碎片石墨、銅粉和泡沫銅作為三維電極陰極材料，發(fā)現(xiàn)泡沫銅作為第三極材料時(shí)，Pb2+去除率最高能達(dá)到99%
三維電極能夠減少濃度極化，提高電流效率，電解法處置重金屬?gòu)U水的一個(gè)突破。尋找新型電極資料和電化學(xué)反應(yīng)器，減少電解質(zhì)材料的投加量是未來(lái)值得探究的方向。
對(duì)不同電解法的去除效果進(jìn)行了比擬，見(jiàn)表5三維電極的去除率能夠達(dá)到99%明顯高于激進(jìn)電解法。
07結(jié)語(yǔ)與展望
含鉛廢水的處置技術(shù)各有利弊，保證去除率的同時(shí)，也要兼顧利息和實(shí)際運(yùn)行情況。對(duì)6類技術(shù)進(jìn)行比擬，發(fā)現(xiàn)螯合沉淀、生物質(zhì)吸附和超濾具有更大的發(fā)展空間。
螯合沉淀和生物質(zhì)吸附技術(shù)的未來(lái)研究方向在于尋找更廉價(jià)、高效的螯合劑或生物質(zhì)；超濾技術(shù)主要集中在尋找適宜的絮凝劑，通過(guò)增加Pb2+粒徑提高對(duì)Pb2+去除率。
此外，一些新型技術(shù)有待開(kāi)發(fā)，如多技術(shù)耦合、聚磷活性污泥吸附（實(shí)現(xiàn)污泥和含鉛廢水共處置）等，都將是含鉛廢水處置技術(shù)的發(fā)展方向。
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