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含鉛廢水處理技術研究進展

文檔作者：沈黎孫勇熊大民文檔來源：昆明理工大學		點擊數：	更新時間： 2025年06月15日
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總第172期
2010年2月
南方金屬
SOUTHERN METALS
Sum．172
Fabruary 2009
文章編號：1009—9700【2010)0l一0009一o5
含鉛廢水處理技術研究進展
沈 黎，孫 勇，熊大民
(昆明理工大學材料學院，云南昆明650093)
摘要：通過比較法闡述了含鉛廢水的主要處理技術：化學沉淀法、電解法和高分子重金屬捕集劑法、吸附法、離子
交換法、膜分離法等的研究進展，并對各種方法的優缺點進行了介紹，對新型復合法治理含鉛廢水進行了展望．
關鍵詞：鉛；廢水處理；進展
中圖分類號：X703．1 文獻標識碼：A
Advances in treatment technique for Pb—containing wastewater
SHEN Li，SUN Yong，XIONG Da-min
(School of Materials Science and Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，Yurtnan)
Abstract：The general methods of treating Pb—containing wastewater including chemical precipitation，electrolyzing，heavy
metal·trapping by polymers，absorption，ion exchanging，and membrane separation，are described，and the advantages and
disadvantages of these methods compared in the article．In addition，the advances in the treatment technique for Ph—contai·
ning wastewater are elucidated，foUowed by introducing a new composite method of treating the wastewater．
Key words：lead；wastewater treatment；advalice
U 引 吾
鉛在現代工業生產中應用十分廣泛，鉛酸電池、
電鍍、采礦、印刷、涂料等行業都應用到鉛，同時也不
同程度地對環境造成鉛污染．鉛和可溶性鉛鹽都有
毒性，對人體和動植物均有危害．隨著工業化發展，
人們對含鉛廢水的處理日益重視．對含鉛廢水進行
處理并綜合利用回收是鉛酸電池、電鍍、采礦、印刷、
涂料等行業生產中不容忽視的問題．本文對常用的
含鉛廢水主要處理技術的機理和進展進行了綜述．
1 含鉛廢水處理技術
1．1 化學沉淀法
化學沉淀法是鉛廢水常用的處理方法，其原理
是在含鉛廢水中加入沉淀劑進行反應，使溶解態的
鉛離子轉變為不溶于水的沉淀物而去除．優點是設
備簡單，操作方便．目前，對濃度高、大流量的含鉛廢
水的處理應用較普遍．但化學沉淀法費用高，污泥量
大，若污泥不加以綜合利用，會造成二次污染．
1)中和沉淀法：在廢水中加人NaOH，Ca(OH) ，
Mg(OH)：，BaCO，等中和劑，通過中和反應形成氫
氧化物或碳酸鹽沉淀而去除．工藝簡單，中和劑來源
廣，價格低廉，沉渣脫水性能好，在除鉛的同時能中
和各種酸及其混合液，適于處理酸性含鉛廢水．但缺
點是沉渣量大，含水率高，出水硬度高，會使土壤、水
體堿化，造成二次污染．而且鉛是兩性金屬，操作時
對pH值要求嚴格，pH值在接近l0時最為有效，高
pH值時有再溶解傾向 ．
2)硫化物沉淀法：在含鉛廢水中投加硫化劑，
使鉛離子與S 形成硫化物沉淀而去除．與中和沉
淀法相比，此方法優點是：鉛的硫化物溶解度比其氫
氧化物的溶解度更低，只需加入少量的沉淀劑就可
使廢水中鉛離子濃度達到排放標準，反應的pH值
在7～9之間，處理后廢水一般不用中和，沉渣含水
收稿日期：2009—08—27
基金項目：昆明理工大學科學研究啟動基金資助項目(KKZ0200630004)
作者簡介：沈黎(1975一)，女，2002年昆明理工大學材料學院碩士研究生畢業，工程師
10
南方金屬
SOUTHERN METAI5 2010年第1期
率低，不易返溶而二次沉淀．早期研究中，利用人工
合成硫化物作為硫化劑 一 ．缺點是硫化物沉淀細
小，易成膠體，且本身有毒，處理酸性廢水過程中可
能產生硫化氫氣體，造成二次污染．有研究表明，利
用資源豐富的硫鐵礦制成的硫化劑，可以避免硫化
物沉淀過程中產生H S，排水可不再處理，降低了成
本 ．
3)鐵氧體沉淀法[9 J：在廢水中加入FeSO ，使各
種金屬離子形成磁性鐵氧體晶粒一起沉淀析出，從
而凈化廢水．比重大于3．8的重金屬都可以形成鐵
氧體．此法能一次脫除廢水中的多種重金屬離子，形
成的沉淀是一種優良的半導體材料，對水質的適應
性較強，沉淀極易脫水．但形成鐵氧體過程中需要加
熱，操作時間長，耗能高．在用常溫鐵氧體法處理廢
水時，必須添加鐵源，而且經處理后的溶液呈堿性，
若直接向環境排放，會使土壤和水體堿性增強，對環
境造成二次污染，不能處理含汞和絡合物等的廢水．
1．2 電解法
電解法是指應用電解的基本原理，使廢水中鉛
離子通過電解過程在陽一陰兩極上分別發生氧化和
還原反應而富集．電解法是氧化還原、分解、沉淀綜
合在一起的廢水處理方法．該方法工藝成熟，占地面
積小，能回收純金屬．缺點是電流效率低，耗電量大，
廢水處理量小．
合理地設計電解反應器是解決電流效率低的方
法之一．許文林、王雅瓊研究了用固定床電化學反應
器處理含銅廢水 。。，用這類反應器可有效地處理含
cu、Pb、Ag、Hg等重金屬離子的廢水，使水質達到排
放標準，同時回收相應純金屬．尋找新的電極材料是
提高電流效率的另一個途徑．張少峰等 發現一種
有效而價廉的三維電極材料一泡沫銅．使用零極距
單膜電解裝置，以泡沫銅為陰極材料，石墨為陽極材
料，使用0．5 mol／L硼酸為緩沖溶液，分別使用普通
直流電源和脈沖電源對低濃度含鉛廢水進行了電解
研究，發現采用脈沖電源進行電解有效地減少了濃
差極化，從而大大提高電流效率．對初始濃度為100
mg／L的含鉛廢水，出水濃度可降到1 mg／L左右，電
流效率可達20％．較高的溶液濃度也可以獲得較高
的電流效率，將電解法與其它方法的結合研究是電
解法的前沿之一，通過預處理將溶液濃縮，再用電解
法回收重金屬-- ． ‘
1．3 高分子重金屬離子捕集劑法
又稱螯合沉淀法，重金屬離子捕集劑為長鏈高
分子物質二烴基二硫代磷酸的銨鹽、鉀鹽或鈉鹽，活
性基團(給電子基團)為二硫代磷酸，因活性基團中
的硫原子電負性小、半徑較大、易失去電子并易極化
變形產生負電場，故能捕捉陽離子并趨向成鍵，生成
難溶于水的二烴基二硫代磷酸鹽．當捕集劑與某一
金屬離子結合時，均通過其結構中的2個硫與金屬
離子形成四元環，故形成的化合物為螯合物．由于捕
集劑與不同價鍵軌道的金屬離子形成張力較小的空
間構型，因此捕集劑與金屬離子反應生成的螯合物
具有較高的穩定性 ．
捕集劑不受共存重金屬離子的影響，在常溫下
能與廢水中Hg“ 、Cd“ 、Cu“ 、Pb 、Mn“ 、Ni¨ 、
zn“
、cr¨等多種重金屬離子迅速反應，在生成不溶
于水的螯合鹽后再加入少量有機或(和)無機絮凝
劑以形成絮狀沉淀，從而達到捕集去除重金屬離子
的目的．利用捕集劑處理含鉛廢水方法簡單，去除效
果好，絮凝效果佳，污泥量少且易脫水，而且pH值
適用范圍寬，在pH =3—11范圍內有效¨ -15]．
1．4 吸附法
吸附法實質上是利用吸附劑活性表面吸附廢水
中的Pb¨．制備吸附劑的材料種類很多，大致可分
為兩類：無機礦物材料和生物質材料¨ ．
無機礦物吸附材料有沸石、粘土(如膨潤土和
凹凸棒石)、海泡石、磷灰石、陶粒，粉煤灰等E17-m]，
原料來源廣，制造容易，價廉，缺點在于重金屬吸附
飽和后再生困難，難以回收重金屬資源．目前的研究
方向在于通過改性提高吸附劑的吸附效果和可再生
性．如施平平等人Ⅲ 制備的納米級x一型沸石分子
篩可循環使用，采用1 mol／L的HC1能較完全洗脫
納米級x一型沸石分子篩所吸附的Pb“．廢水中鉛
的濃度可高度富集，有利于回收利用，同時，可防止
二次污染．
生物質是指任何可再生的或可循環的有機物
質，包括專用的能源作物與能源林木，糧食作物和飼
料作物殘留物，樹木和木材廢棄物及殘留物，各種水
生植物、草、殘留物、纖維和動物廢棄物、城市垃圾和
其它廢棄材料．生物質材料包括動物類、植物類和微
生物類三類 ．
動物類生物質材料有甲殼素和殼聚糖衍生
物 ．甲殼素又名甲殼質、幾丁質，廣泛存在于蝦、
蟹等甲殼類動物外殼中．除此之外，菌類、藻類的細
胞，昆蟲的表皮，貝類、軟體動物的骨骼內也含有豐
總第172期 沈黎，等：含鉛廢水處理技術研究進展
富的甲殼素．殼聚糖則是甲殼素脫乙酰化產物，如羧
甲基殼聚糖(carboxymethyl chitosan簡稱CMCS)是
殼聚糖經化學改性得到的水溶性衍生物，由于羧基
的引入使其結合金屬離子能力大大提高．林友文
等 研究羧甲基殼聚糖對Pbn的吸附作用，研究
結果表明，羧基是吸附Pb 的主要活性基團，羧甲
基殼聚糖對Pb“的飽和吸附量為3．108 3 mmol／g，
吸附Pb 的能力比殼聚糖、水溶性低聚殼聚糖強．
植物類生物質材料有淀粉及其衍生物、木質素、
活性炭、植物單寧和農業廢棄物原料包括制糖甜菜
廢絲、甘蔗渣、稻草、大豆殼、花生皮、玉米芯、樹皮
等 -27]．具有原料來源豐富、品種多、成本低、易再
生利用等優點．其中最常用的是活性炭l2 -29]，活性
炭可以同時吸附多種重金屬陽離子，吸附容量大，但
價格高，使用壽命短，需再生，操作費用高．牛春梅等 ]
提出了利用羧甲基魔芋葡甘聚糖(簡稱CMKGM)吸
附Pb“．魔芋所含有的葡甘聚糖(KGM)是葡萄糖和
甘露糖以月一1，4糖苷鍵連接起來的高分子雜多糖．
CMKGM是KGM中的羥基與一氯乙酸(MCA)作用
生成的魔芋取代基醚．將制得的CMKGM用環氧氯
丙烷交聯，結果表明交聯羧甲基魔芋葡甘聚糖(CC—
MKGM)能有效的吸附水中的Pb¨ ，吸附容量和去
除率隨取代度的增加而增大，當取代度為0．550時，
吸附量為29．19 mg／g，去除率仍可達97．3％，且再
生后的CCMKGM吸附性能好，解吸附百分率高．
微生物可以去除水溶液中的重金屬離子，其主
要原因是微生物細胞能夠將溶液中的重金屬離子吸
附到細胞表面，然后通過細胞膜將重金屬離子運輸
到細胞體中”積累”起來，這樣就可以達到對重金屬
離子的去除效果 川．微生物類有細菌、真菌和藻類．
細菌是地球上最豐富的微生物，繁殖能力很強，來源
廣泛，發酵工業產生的大量廢菌體(如啤酒酵母)都
是良好的生物吸附劑 ．真菌類微生物(如白腐
真菌、球衣菌)菌絲體粗大且具有吸附后易于分離、
吸附量大等特點，也是良好的生物吸附劑 -36]．如
白腐真菌對鉛的吸附量最大可達108．4 mg／g，吸附
率可達95％左右 ．蘊藏豐富的海藻對多種金屬表
現出很強的吸附能力，其中以大型海藻的吸附性能
尤為突出 。 ．
研究表明，微生物對Pb 在低濃度下處理效果
好，但受pH值、溫度、金屬離子濃度、搖速、生物膜
的培養條件、共存重金屬離子等較多因素的影響．目
前，國內對生物吸附劑的開發還停留在實驗室階段，
并且大部分研究集中于生物吸附劑的吸附條件的優
化．生物吸附技術處理含鉛廢水具有廣闊的應用前
景和較好的環境效益、社會效益．但要將生物吸附技
術應用于實際，還需在已有的生物吸附機理研究的
基礎上，進一步探討研究生物吸附規律和研究金屬
在細胞內的沉積部位和狀態、金屬與細胞特定官能
團結合的能量變化及官能團結構和特性．以期達到
改進吸附劑性能和提高吸附．
I．5 離子交換法
離子交換法是重金屬離子與離子交換劑發生離
子交換作用，分離出重金屬離子．樹脂性能對重金屬
去除有較大影響．常用的離子交換樹脂有陽離子交
換樹脂、陰離子交換樹脂、螯合樹脂和腐植酸樹
脂 -41]等．離子交換法處理容量大，出水水質好，可
實現鉛的回收，無二次污染．但樹脂易受污染或氧化
失效，再生頻繁，反應周期長，運行費用高．提高樹脂
的強度和耐用性，延長其連續使用時間，是解決該技
術在廢水處理方面普及問題的前提要求．
1．6 膜分離法
利用特殊的半透膜將溶液隔開．以壓力為驅動
力，廢水流經膜面時，其中的污染物被截留，而水分
子透過膜，廢水得到凈化．利用膜分離法處理含鉛廢
水的方法有電滲析 引、液膜 川、反滲透 和
超濾 卜 引等方法．與常規廢水處理技術相比，膜技
術具有高效、無相變、節能、設備簡單、操作方便等優
點．適用于處理濃度較低的廢水，截留率較高，處理
后的水可以回用，通過濃縮液實現純金屬的回收。膜
分離技術在使用中也存在一些問題，如膜組件的造
價成本高和使用過程中膜的污染和膜穩定性差．
膠束強化超濾處理是一種將表面活性劑和超濾
膜耦合起來的新技術L4 ，處理廢水工藝簡單、處理
效率高．許振良等 副利用3種單皮層聚醚酰亞胺
(PEI)中空纖維超濾膜，對水溶液中重金屬離子鎘
和鉛脫除進行了膠束強化超濾研究，采用表面活性
劑為十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉，結果表
明鎘和鉛的截留率可達99％以上，滲透通量可達
1．83×10 。ITI。／(rll ．s·Pa)．
2 結語
綜上所述，可以處理含鉛廢水的方法很多，各有
利弊，但各種含鉛廢水的污染成分復雜，要根據實際
12
南方金屬
SOU mERN METALS 2010年第1期
情況進行選擇，既要考慮處理效率還應顧及經濟費
用的合理．作者認為，應加強現有處理技術的綜合應
用發展處理與回收利用相結合的方法，減少或避免
對環境造成二次污染；注重發展新型復合處理技術．
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(下轉第16頁)
16
南方金屬
S0UTHERN METALS 2010年第1期
吹無煙煤到廠平均價格約為730 t，比周邊鋼廠
低50～80 t；電煤價格比周邊鋼廠低80 t左
右．據了解，目前噴吹煤、電煤的采購單價除了比周
邊鋼廠低之外，還創全國最低價，下一步還將引入新
的供應商，爭取進一步降低采購成本．
2．4 質量管理平臺的有效運作，生產順行降成本
由于質量控制平臺的有效運作，目前，韶鋼自產
焦炭的熱強度達到68％ ～75％，在國內同行業排第
二、三名，冷強度排在第一名．高質量的焦炭產生了
放大性的效果，確保了高爐穩定順行，為高爐綜合降
成本創造了很好的條件．
3 結語
物資供應是企業發展的命脈，是順利開展生產
經營活動要解決的首要問題．如何提高采購管理水
平以保證所需物資的及時供應一直是所有企業所面
臨的一項重要課題．尤其在當前嚴峻的經濟形勢和
競爭環境下，如何以最低的價格獲得所需的物料和
服務已成為采購管理的最終目的．韶鋼通過整合現
有資源，建立起高效、規范的采購管理平臺，實現了
采購管理水平的新飛躍：一方面，實現了所需物資的
及時供應；另一方面，規范了采購業務流程和采購人
員的行為，在一定程度上減少了暗箱操作的可能性，
降低了物資采購成本和生產成本，實現了良好的經
濟效益．
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