含汞污水处理进展

刘橦昕

含汞污水处理进展

刘橦昕

（河南大学迈阿密学院河南开封475004）

随着社会的发展，人们赖以生存的水资源受到了很大的影响，其中重金属污染就是人们所面临的一个难题。汞带来的各种严峻危害一直受到人们的广泛关注。文章综述了汞的毒理性和近年来国内外除去污水中汞的主要方法。

汞；絮凝；沉降；吸附；离子交换；膜分离；生物处理技术

现今，社会发展越来越快，随之带来的是环境被破坏得越来越严重，地球上的大部分水资源受到了严重的污染，如农药污染，抗生素污染，重金属污染。近年来，来重金属污染事件频频发生，例如河南济源千名儿童血铅超标事件，这些事件都让人们关注到重金属污染的危害。即使浓度很低的重金属，都能够给人们的健康带来很大的威胁，甚至导致死亡。汞是一种全球性的环境污染物，是一种毒性和腐蚀性很强的重金属。近年来，越来越多的人开始关注汞对环境造成的污染，从水中去除汞成为越来越多专家学者的研究方向。

1 去除汞的方法

目前，处理水中汞的常用方法有化学沉淀法、混凝法、离子交换法、吸附法、过滤法和微生物法等。过去，大多数含汞的生活废水都是用硫化物沉淀法处理的。然而，硫化物沉淀法的缺点是出水汞浓度高。因此，近年来，研究人员已经将更多的新技术应用在处理水中的汞中，如絮凝、沉淀、吸附、离子交换、膜分离和生物处理技术。

1.1 絮凝/沉淀法

沉淀是指在溶液中溶解的物质由于沉淀剂的作用而从溶液中析出的现象。在絮凝时,胶体悬浮在液体出来的悬架由于自发过程弱关联和聚合等随着时间的推移 ,或添加絮凝剂如聚合物胶体,创建更大的聚集。絮凝可使污水中的悬浮颗粒扩大形成絮体，而沉淀法可用于去除污染物。絮凝和沉淀法相结合可以有效去除污水中的汞。目前，絮凝沉淀法的主要处理方法有硫化物沉淀法、絮凝沉淀法和螯合沉淀法[1]。

1.1.1 硫化物沉淀法

由于金属硫化物极不溶性，硫化沉淀被认为是处理汞离子的有效方法。Na2S和NaHS是常用的硫化物沉淀试剂，但对金属分离的选择性较差。此外，在高酸性溶液中使用Na2S或NaHS进行硫化物沉淀，必然会产生大量的H2S气体，造成二次污染和严重的安全问题。因此，控制酸性废水中硫化物沉淀S2-的释放对选择性分离和安全性非常重要。潘佩玲等，在pH值为 9的条件下，加入0.36 g/mL硫化钠并加入FeSO4絮凝剂，硫化物改性柚子皮综合法对废水中汞的去除率高达96 %[2]。

1.1.2 螯合物沉淀法

吕维阳等人发现，当有机硫螯合剂TMT-15 与汞的摩尔比为1时，汞的去除率达到99.82 %。随着TMT-15 用量的增加，残留汞的质量浓度逐渐降低，汞的去除率略有增加[3]。螯合剂通常与絮凝剂一起使用，以获得更好地沉淀效果。

1.2 吸附法

吸附法因其效率高、可再生性强、操作方便、操作和设计灵活等优点被认为是一种很有前途的重金属去除技术。目前已经报道了许多不同原料衍生的吸附剂，包括一些有机聚合物，如壳聚糖、纤维素和农业废弃物，还有大量无机材料，如高土和沸石等。但是，由于一些危险化学品经常被用于改性或交联以提高吸附效率，使得它们在环境友好性和高吸附性能之间难以平衡。吸附法去除水中汞离子是目前国内外研究的主要方向和热点。吸附剂具有多孔介质，与待处理污水混合或使待处理污水通过吸附颗粒组成的过滤床。

随着科技的进步，吸附剂所用的材料范围非常广泛，典型的有纳米吸附剂，生物吸附剂，磁性吸附剂，活性炭等几个种类。

1.2.1 纳米吸附剂

近几年由于纳米技术的迅速发展，纳米吸附剂可应用在环境保护的各个方面，在去除汞的研究中也非常有效。Bao使用巯基胺官能化的二氧化硅包覆的磁性纳米粒子制备了一种新型的杂化材料，该杂化材料可有效地从废水中提取和回收汞离子。并发现Hg（II）的最大吸附分别发生在pH值为 5~6的地方。Hg（II）的最大吸附量分别为10 mg[4]。Eustáquia等将MoS2和蒙脱土（MMT）纳米片通过简单的原位水热合成进行杂交，从而开发出一种有效的MoS2/MMT复合吸附剂，用于从水中去除汞。Hg2+在MoS2/MMT上的总体吸附过程证明，该复合材料对水中Hg2+的去除效率很高，其吸附量高达1 836 mg/gHg2+[5]。Rauf等从蛋壳废物中制得了纳米级吸附剂，用于从水溶液和实际废水中吸附Hg（II）。使用蛋壳纳米粒子对Hg（II）的最大吸附能力分别为116.27 mg/g[6]。

1.2.2 生物吸附剂

能够吸收重金属和其他污染物的生物材料被称为生物吸附剂。生物吸附剂在去除重金属离子方面也很有效。例如，海藻酸钠是一种二元线性生物聚合物，由于其非生物毒性和良好的吸附性能，被认为是吸附重金属离子的理想的环境友好型候选者。其分子链上存在大量的羟基（-OH）、羧基（-COOH）等官能团，可以作为离子交换或与心理离子络合的配位点。此外，这些基团可以修饰吸附剂材料，进一步提高吸附效率。

1.2.3 磁性吸附剂

应用磁性颗粒作为吸附剂被认为是最有前途的分离和纯化水溶液中有价金属的技术之一。磁性吸附剂是由Fe、Ni、Co和/或其氧化物和合金组成的颗粒，这些氧化物和合金可以来自自然，如磁黄铁矿和磁铁矿矿物，或者可以在实验室制备或合成。磁性吸附剂用去除水中的汞 主要优势除了吸附能力和选择性高外，还在于其对外部磁场的响应，使得固液分离容易且不复杂。尽管各种类型的磁性吸附剂已在文献中报道，但由于合成和材料改性的复杂性或高成本，限制了大规模的应用。

1.2.4 活性炭

在目前的研究中，农业废弃物可以被用于制备活性炭。活性炭是一种碳质材料。他有比表面积大、吸附能力强、孔隙率好、机械强度高等优点。由于其广泛的用途，活性炭可以在除去污水中汞这方面应用。商业上用煤和椰壳材料制备活性炭材料。为了满足需求并降低制备成本，许多研究者利用农业废弃物制备活性炭。浸渍剂能有效地提高粗活性炭的除汞性能，降低活性炭用量。在最优条件下，该化学改性活性炭的除汞率可达90 %以上。

1.3 离子交换树脂法

离子交换树脂是一种具有官能团和网状结构的高分子化合物，其官能团可以与汞离子进行离子交换。对于溶液中不同的离子，离子交换树脂可选择性吸附，因此相比于硫化物沉淀法是更加高效的。该方法可以去除水中的有机汞和无机汞，但不适用于高汞浓度的污水。

1.4 膜分离法

膜分离是利用具有选择性分离功能的特殊半透膜对不同粒径的混合分子混合物进行选择性分离。有些物质留在膜内，有些物质可以通过。在不改变溶液中每种物质的化学形式的情况下，溶剂和溶质通过外部压力分离或浓缩。

1.5 生物处理法

Wang等观察到使用SRB进行生物脱硫工艺可以有效处理汞污染的废水，具有较高的Hg（II）去除效率，并且没有MeHg积累。还原汞生物反应器中的SRB接受汞含量为0~50μgHg（II）/L的汞污染废水达326 d，对汞的毒性具有很高的耐受性，并通过生物处理去除了（99.4 ±1.4）％的进水Hg（II）硫化物[7]。

2 展望

虽然这些方法可以有效地去除污水中的汞，但每种方法都有其自身的缺点，每一种方法适用的条件也有所不同。在实际应用中，经常将几种方法结合起来形成一个综合的处理过程，达到更好的除汞效果的同时也降低成本[1]。未来的研究也将朝着结合几种方法或继续优化某一种方法的方向进行。

[1]谷邵伟.含汞污水处理工艺改进研究[D].成都:西南石油大学,2017.

[2]潘沛玲,罗伟宏.沉淀-吸附综合法去除废水汞的研究*[J].广州化工,2016,44(7):147-149.

[3]吕维阳,刘盛余,汪雪婷,等.重金属螯合剂TMT-15处理高含汞气田废水[J].化工环保,2015,25(5):459-463.

[4]Shuangyou Bao, Kai Li, Ping Ning. Highly effective removal of mercury and lead ions from wastewater by merca ptoamine-functionalised silica-coated magnetic nano-adsorbents:Behaviours and mechanisms[J]. Applied Surface Science.2017,393(30):457-466.

[5]Eustáquia De António Mário, et al. Molybdenum disulfide/montmorillonite composite as a highly efficient adsorbent for mercury removal from wastewater [J].Applied Clay Science,2019.

[6]Rauf Foroutan, Reza Mohammadi, Sima Farjadfard, et al. Sorial. Eggshell nano-particle potential for methyl violet and mercury ion removal:Surface study and field application [J].Advanced Powder Technology,2019,30(10):2188-2199.

[7]Jinting Wang, Yaowu Hong, Zichao Lin, et al. A novel biological sulfur reduction process for mercury-contaminated wastewater treatment[J]. Water Research,2019(260):288-295.

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2095-1205(2020)05-43-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.21