零价铁去除废水中的铅和汞
随着我国工业、农业和交通运输业的迅猛发展，城镇化进程日益加快，通过各种途径进入环境中的重金属呈逐年增加的趋势。废水排放是环境中重金属污染的重要来源，含铅废水主要来自电镀、冶金、铸造、采矿、石油、电池、机械和印刷等行业，含汞废水主要来自采矿、氯碱、雷汞、电器电子、制药和印染等行业。据统计，近年来，我国工业废水中Pb、Hg含量分别为2.25～6.78mg/L、0.047～129.8μg/L;2007年，排放总量分别达到191t和1t。进入环境中的Pb、Hg不能被微生物降解，能够在环境中长期存在，污染人们赖以生存的大气、水和土壤环境;另一方面，动植物能够富集和积累环境中的Pb、Hg，并通过食物链进入人体，对人的中枢神经系统、内分泌系统、免疫系统和骨骼都会造成不良影响。
目前，去除废水中Pb、Hg的主要方法有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、电解法和膜分离法等。但是，这些方法存在运行成本高、操作繁琐或容易造成二次污染等缺点，迫切需要发展去除废水中Pb、Hg的新技术。零价铁(ZVI)具有还原能力强、价廉易得和环境友好等特点，还原后还会生成可强烈吸附污染物的铁氧化物和铁氢氧化物等胶体，进一步去除废水中的污染物。目前，ZVI氧化还原技术主要用于废水中Cr、Co、Cu、Zn和As等重金属的去除，都取得了较好的去除效果，少见用于废水中Pb和Hg的去除研究的报道。
本文采用静态摇瓶实验，研究了ZVI对废水中pb2+、Hg2+的去除效果;研究中优化了pb2+、Hg2+的去除条件，探讨了Cl-、Ca2+、胡敏酸(Humicacid，HA)对pb2+、Hg2+去除率的影响;获得了ZVI去除废水中pb2+、Hg2+的动力学特征，利用扫描电子显微镜和X-射线衍射分析表征了处理前后ZVI的表面形貌和成分变化，初步分析了ZVI去除废水中pb2+、Hg2+的作用机制，为拓展ZVI氧化还原技术在处理废水中重金属的应用、提高重金属的去除率提供科学依据。取得如下的主要研究成果:
1.获得ZVI去除废水中pb2+、Hg2+的最优条件。当废水中pb2+和Hg2+的初始浓度分别为8mg/L和0.1mg/L，初始pH为5，ZVI用量为0.0017g/mL，温度为25℃，去除时间为480min时，pb2+、Hg2+的去除率可分别达到98.35％和94.5％，出水中pb2+、Hg2+浓度均满足国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的要求。去除过程均符合准一级反应动力学方程，ZVI对Hg2+的去除速率常数(0.010min-1)高于pb2+的去除速率常数(0.0081min-1)。
2.在废水中加入Cl-、Ca2+、HA，发现Cl-、HA的浓度变化对pb2+的去除率没有显著影响;随着Ca2+浓度的增加，pb2+的去除率呈降低趋势。Cl-、Ca2+的浓度变化对Hg2+的去除影响显著，当Cl-、Ca2+的浓度分别为0.01mol/L、0.25mmol/L时，会抑制Hg2+的去除;当Cl-和Ca2+的浓度分别为0.03mol/L、0.5～0.8mmol/L时，对Hg2+的去除有促进作用;HA的存在可显著提高Hg2+的去除率，但低浓度(1.5mg/L)HA的去除率略高于高浓度(3～5mg/L)。
当Cl-、Ca2+、HA单独存在时，pb2+、Hg2+的去除过程均符合准一级反应动力学特征，废水中pb2+的去除速率常数分别提高2.07、1.09和2.95倍，Hg2+的去除速率常数分别提高1.65、1.69和1.51倍。当Cl-+Ca2+、Cl-+HA、Cl-+Ca2++HA存在时，废水中pb2+、Hg2+的去除率没有显著提高，但pb2+的去除速率分别提高3.62、2.46和1.95倍，Hg2+的去除速率提高1.97、2.22和1.44倍，去除过程均符合准一级反应动力学特征。其原因是当废水中有Cl-存在时，Cl-可以进入铁氧化物和氢氧化物的间隙，抵消ZVI腐蚀产物Fe2+和Fe3+的部分正电荷，产生孔蚀，强化铁氧化物和氢氧化物对废水中pb2+、Hg2+的吸附作用;Ca2+存在可以促进铁氧化物和氢氧化物的聚集，通过共沉淀作用去除废水中的pb2+、Hg2+，但聚集的铁氧化物和氢氧化物会堆积在ZVI表面形成钝化层，降低pb2+的去除率;HA与Fe2+、pb2+或Hg2+形成复合物，共沉淀废水中的pb2+，也可以增强Fe2+和Hg2+的溶解性，缓解钝化的形成，有利于Hg2+的去除。当Cl-、Ca2+和HA共同存在时，Ca2+、Fe2+、pb2+或Hg2+与HA结合形成的多元复合物共沉淀废水中的pb2+、Hg2+，可提高它们的去除速率。
3.扫描电子显微镜和X-射线衍射分析表明，处理pb2+、Hg2+后在ZVI表面形成钝化层，其主要成分为FeOOH、Fe3O4-Fe2O3。ZVI去除废水中pb2+、Hg2+的主要作用机制是ZVI的氧化还原，反应后形成的铁氧化物和铁氢氧化物对废水中pb2+、Hg2+有吸附、絮凝和共沉淀作用。
零价铁;废水处理;重金属;去除机制;静态摇瓶实验
西南大学
硕士
环境科学
张进忠
2013
中文
X703
67
2013-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）