废水中铅离子的去除方法综述

废水中铅离子的去除方法综述

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江苏省电力设计院有限公司江苏南京211102

摘要：铅对生态环境和人体健康的危害较大。水中铅的去除方法可分为物理化学法和生物法等。物理化学法主要包括吸附、沉淀、离子交换、化学还原、电化学法等。生物法包括微生物和植物修复。此外，上述两种或两种以上的联合使用能提高铅的去除效果。

1.引言

铅及其化合物性质稳定，在环境中不可降解，同时铅是一种中枢神经系统毒物，对儿童血液和智能的危害非常严重。因此，研究铅在水体中的去除对修复环境污染，对保障人体健康和安全有重要的意义。国内外对含铅废水的净化研究很多，主要集中在物理法、化学法和生物法三大方面。

2.铅的去除方法

2.1物理化学法

1）吸附法

通过使用吸附材料去除废水中的铅，常见的有活性炭、膨润土、白陶土等。活性炭应用广泛，在此不再赘述；膨润土比表面积大、分散性高，对铅的去除通过物理吸附、化学吸附和离子交换吸附三种类型。史艳婷等发现白陶土对水中铅离子去除的主要机制为离子交换、静电吸附和络合反应。潘沛玲等比较了改性柚子皮与活性炭，发现活性炭去除水中的铅耗时少，对废水中铅的去除率更高。但采用天然的植物型吸附材料处理污水可以达到以废治废的目的。一些非植物类吸附材料如活性污泥、动物毛发、废水或垃圾中的有机成分等，也可去除水中的铅。吸附法通常不改变价态使铅离子从水相转移到固相，不具有专性吸附，且吸附饱和的材料面临再生及铅回收的问题，因此该方法适于水中仅含有铅离子，或具有后续处理工艺的情况。

2）沉淀法

沉淀法主要包括混凝沉淀法和化学沉淀法等。混凝沉淀法通过向水中投加混凝剂，利用压缩双电层、吸附架桥和网捕等去除水中的铅。混凝剂可分为无机混凝剂、有机混凝剂和生物絮凝剂等。杨婷婷等比较了聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺对铅的去除，聚合硫酸铁的去除效果好、残留铝及成本均较低，在使用时具有一定的优势。使用KMnO4预处理水样会大大提升了后续硫酸铝的混凝去除效果[1]。其他尚处于研究阶段的改性絮凝剂如液态铁基生物絮凝剂、高铁酸钾等也可去除铅离子。化学沉淀法则向水中加入可与铅离子形成化学沉淀的试剂，如烧碱、碳酸盐、草酸盐、硫化盐、硫酸盐、氯盐等，目前最常用的是形成硫化铅沉淀而除去。

3）离子交换

通常采用阳离子交换树脂，利用功能基团与金属离子之间的静电引力将水中的铅离子与树脂中的阳离子选择性交换。其对铅离子的选择性高，在上世纪八十年代已有相关研究[2]。阴离子型交换树脂如D363、701、330等在水中有氯离子存在时形成[PbCl4]2-，利用范德华力也可去除铅，但阴离子型交换树脂的效果不如阳离子型树脂好。

4）膜过滤

纳滤膜通过截留作用去除铅，对废水中几百mg/L的重金属（二价及多价离子）去除率一般在80％以上，李胤龙[3]等的试验结果显示纳滤膜对镉、铅、铜的截留率均可达95％。纳滤膜作为一种分离技术在水污染控制及水回用领域得到了较快的发展。

5）电解法

向加入含铅废水的电解池通入电压，水中的铅离子电场作用下向阴极移动，并在阴极表面被还原为单质铅。肖婷婷[4]等利用微电解氧化还原的原理采用铝炭床去除铅，铅含量可降低至小于10μg/L。由于电解池的阴极可同时析氢，在实际使用时，应酌情控制外加电压。

6）化学还原法

化学还原法去除铅常用的材料为单质铁，纳米铁对铅的去除率更高。二次还原铁粉、化工铁粉、海绵铁和针铁等对水中铅的去除率均可超过80%[5]，一次还原铁、生铁粉对铅的去除率也在60%-80%之间。零价铁对水污染修复最为典型的是可渗透反应墙技术，在地下水污染的原位修复中已有许多研究和应用。但单一的零价铁应用于实际水体修复时，存在效率降低、铁离子溶出的问题，可通过混入其他填充物如堆肥、锯末等改善出水色度问题。

2.2生物法

1）微生物法

微生物法对水中铅离子的去除前期进行的是一个快速的表面吸附，而后铅离子向细胞内转移，这一过程受细胞内代谢、细胞扩散过程的控制。宋霄敏等分离出一株硫酸盐还原菌，对950mg/L铅的去除率高达99.79%，得到的产物为纯硫化铅。白腐真菌对含铅废水的处理也有良好的效果，且对高浓度的铅可启动高效的去除吸附机制。具有重金属抗性的乳酸菌E.faecium，能耐受800mg/L的Pb2+，体外铅吸附率高达70%，同时该乳酸菌能抑制大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌的生长，可以作为益生菌用以控制重金属在动物体内的长期积累。含铅废水通常来自矿山、电镀等行业，pH呈酸性，在一定条件下会抑制微生物的生长。马培等通过将生活污水和酸性含铅废水混合，再采用活性污泥法去除水中的铅，与直接采用活性污泥法相比，去除率由31%提高至96%。

2）植物法

植物修复利用植物缓解污染的同时增加绿色生境，与城市绿化可同时进行。美英等使用黑麦草，地毯草，早熟禾，高羊茅等构成植物滞留系统，对人工降雨径流中的铅去除率为94％-98％，且植物地上部与根部均可滞留铅。对于水葫芦等，铅是非必须的生长元素，大部分滞留于根系中[6]。此外，渠荣遴等使用种苗过滤修复水体的铅污染，72h内使水体中铅由100mg/L迅速减少至5mg/L以下。选择具有重金属超量积累倾向的植物对环境水体中铅污染具有良好的应用前景。

2.3联用法

两种或两种以上方法联用通常能取得更好的除铅效果。南喜权通过将活性炭吸附和聚合氯化铝絮凝工艺联用，先吸附的去除率为97.4%，混凝后升至99.8%，而相同条件下聚合氯化铝对铅的去除率仅为34.6%。史云娣等使用钢渣利用物理吸附和化学沉淀的原理，对铅的去除率可达98.9%。晏长成等利用膨润土对纳米铁的分散性能，对铅的去除率由78.5%提高至99.3%。池年平等在人工湿地内加入吸附基质构成复合生态滤床，基质吸附、过滤水中的污染物质，植物和微生物吸收基质上的污染物质，从而使基质长期保持良好的吸附能力。同时，通过植物的根系复氧能力，使基质得到再生，最终实现生态修复重金属污染地表水体的目的。

3.结论

工业的高速发展在带来经济提升的同时也带来了污染，在控制现有企业污染减排的同时，如何修复之前留下的污染问题亟待解决。物理法对水中铅的去除为转移或富集，化学法将铅离子进行沉淀或还原为单质，生物法采用微生物的吸附、代谢等作用或植物的滞留、吸收等脱除水中的铅。两种或多种方法的联用尤其是与生态修复联用可改善生态环境，是一种有良好应用前景的选择。

参考文献

[1]马军,余敏,刘伟.高锰酸钾预处理去除饮用水中微量铅效能研究[J].哈尔滨建筑大学学报,2000,(03):35-38.

[2]陈纪海.离子交换法卤水除铅技术[J].净水技术,1984,(04):26-27.

[3]李胤龙,杨晓松,刘伟,etal.纳滤法去除模拟矿山废水中金属离子的研究[J].北京化工大学学报(自然科学版),2011,38(1):21-25.

[4]肖婷婷,韩严和,金多,etal.微电解法去除聚合氯化铝中金属铅的研究[J].辽宁化工,2009,(01):11-14.

[5]沈前.铅锌矿多重金属污染地下水的原位渗透反应墙修复技术研究与示范[D].华中农业大学,2015.

[6]谢辉.水葫芦治理铅锌矿选矿废水的应用研究[D].广东工业大学,2011.

作者简介：许玮（1983-）男，工程师