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收藏词条   编辑词条 金属离子

创建时间:2008-08-02

金属离子 (metal ions)

在溶液中以离子状态存在的金属元素或包括金属元素的原子团(根)。前者如Cu 2+ 、Hg2+、Ca2+等,后者如Cr2O72-、[HgCl4]2-等。废水中的金属离子能污染天然水体,污染危害表现为对水生物的致毒作用,使其减产、变质和坏死;并通过食物链进入人体,引起食物中毒和在机体组织中的积累。前者引起急性疾患,后者引起长期的潜在危险(如致癌、致畸)。在中国制订的《污水综合排放标准》中规定:汞、镉、铬、铅、镍为第一类污染物,要求在车间废水排放口达标;铜、锌、锰为第二类污染物,要求在工厂废水总排放口达标。一般认为,废水中的铁、钻、铝、锡、锑、钒、钼、铋等也能引起水污染危害。而铍离子的污染危害性大。金属离子污染物的共同特点是:以离子态存在时毒性最大,不能被微生物降解,通过生物富集作用造成长期危害。

汞离子   冶金废水中的汞污染物主要产生于含汞矿石的开采及有色金属的冶炼过程中。废水中的汞多为难溶性汞化合物,排入水体后,经沉降而进入底泥。溶解态汞以Hg2+、Hg22+、[HgCl4]2-等离子形态存在。无机汞可在微生物的作用下生成有机汞,其中甲基汞易溶于水,毒性最大。汞及其化合物是剧毒物质。能被生物富集,通过食物链危害人体。慢性中毒时,引起乏力、末梢神经麻木、动作失调、精神混乱;急性中毒时,可引起死亡。

中国规定,废水排放时有两个水质控制指标,总汞不大于0.05mg/L,烷基汞不得检出;地面水质标准规定的总汞浓度不大于0.00005mg/L(I、Ⅱ类水域)、0.0001mg/L(Ⅲ类水域)和0.001mg/L(Ⅳ、V类水域)。渔业水质不大于0.0005mg/L。

废水中去除汞离子的方法有还原法、硫化物沉淀法和活性炭吸附法三种。

(1)还原法。与还原剂作用,生成金属汞或难溶化合物而沉淀析出;

(2)硫化物沉淀法。与s 2-作用生成沉淀:

(3)活性炭吸附法。改性活性炭能有效吸附汞离子。

镉离子   冶金废水中的镉污染物主要产生于铜、铅、锌等矿石的冶炼及电镀等生产过程中。废水中的镉可以Ca 2+ (pH<12)和Cd(OH)+ (pH>12)的形态存在。水中有Cl - 、CN - 、NH3等配位体时,呈相应的络离子,并使其溶解度增大。镉及其化合物是剧毒物质。在水体中可被微生物转化为甲基镉。镉破坏鱼体血红蛋白,引起贫血症。在动植物体内富集后,通过食物链进人人体,抑制酶系统的作用,影响肝、肾功能,使骨骼生长受阻,全身疼痛,肠胃痉挛等综合病。它还有致癌及致畸作用。

中国规定,废水排放时的总镉浓度不大于0.1mg/L;地面水的总镉浓度不大于0.001mg/L(I类水域)、0.005mg/L(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类水域)、0.01mg/L(V类水域);渔业水中的镉不大于0.005mg/L。

废水中的镉离子去除方法有化学沉淀法、离子交换法和反渗透法三种。

(1)化学沉淀法。与沉淀剂作用而沉淀析出

(2)离子交换法。应用阳离子交换树脂将其交换截留。

(3)反渗透法。应用反渗透膜将其截留。

铬离子   冶金废水中的铬污染物主要来源于铬铁冶炼、耐火材料及电镀等生产过程。当循环冷却水系统使用铬盐作水质稳定剂时,排污水中也含有铬。铬在废水中存在两种形态:Cr 3+ ,Cr2O7 2- (酸性条件)和CrO4 2 - (碱性条件)。三价铬的溶解度很小,常以难溶化合物形态悬浮于水中或进入底泥。两种六价铬的溶解度很大,是水中主要存在形态。铬是剧毒物质,六价铬的毒性远大于三价铬。铬对水生生物有致死作用。通过食物链进人人体,引起鼻膈穿孔,皮肤及呼吸系统溃疡,并有致癌及致畸作用。

中国规定,废水排放时,有两项水质控制指标,总铬不大于1.5mg/L,六价铬不大于0.5mg/L;地面水中六价铬的含量不大于0.01mg/L(I类水域)、0.05mg/L(Ⅱ、Ⅲ、IV类水域)、0.1mg/L(V类水域);渔业水中的铬含量不大于1.0mg/L。

废水中六价铬的去除方法有还原法、化学沉淀法和离子交换法三种。

(1)还原法。与还原剂(NaHSO3、SO2、FeSO4)作用生成Cr2(SO4)3、沉淀而予以除去。碱还可使其转化为Cr(OH)3沉淀。

(2)化学沉淀法。与碳酸钡反应生成BaCrO4沉淀。

(3)离子交换法。通过阴离子交换柱将其分离,反应如下(R代表离子交换树脂母体):

用NaOH再生时,排出Na2CrO4液。再通过氢型阳离子交换柱,得H2Cr2O7,可回用。处理后的废水可重复使用。

铅离子   冶金废水中的铅污染物主要产生于有色金属(如铜、铅、锌)的冶炼过程。铅是难溶物,废水中的铅多以金属粉末和化合物微粒的形态存在。溶解态铅的形态为Pb 2+及Pb(OH)+。铅损害骨髓造血系统和神经系统。对男性生殖腺也有不良影响。人体吸人铅能引起贫血、肠胃绞疼、知觉异常、四肢麻痹。

中国规定,废水排放时,总铅浓度不大于1.0mg/L;地面水的总铅浓度不大于0.01mg/L(I类水域)、0.05mg/L(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类水域)、0.1mg/L(V类水域);渔业水的铅浓度不大于0.1mg/L。

废水中的不溶解铅及其化合物可通过沉淀和过滤等方法予以分离。铅离子可用碳酸钠、二氧化硫、硫化钠等沉淀剂使其转化为2PbCO3•Pb(OH)2、PbSO3,及PbS等难溶物予以分离。还可将其氧化成难溶的二氧化铅沉淀。

镍离子   冶金废水中的镍污染物主要产生于含镍矿石的开采和冶炼以及电镀生产过程。镍的离子存在形态为Ni 2+ 。镍对农作物的生长有减缓作用。通过食物链进入人体后,能引起皮炎、头疼、呕吐、肺出血及虚脱等症状。镍的最大危害是引起肺癌和鼻癌,Ni(CO)4的致癌性尤为严重。

中国规定,废水排放时的总镍浓度不大于1.0mg/L;地面水的含量未作规定;渔业水的镍浓度不大于0.1mg/L。

废水除镍方法主要为化学沉淀,使其形成难溶的Ni(OH)2、NiS、NiCO3而予以分离。此外,也可采用离子交换法和电渗析法。

铜离子   冶金废水中的铜污染物主要产生于含铜、铅、锌等矿石的开采和冶炼及电镀生产过程。溶解铜的存在形态随pH值的不同而异:pH值低时为Cu 2+和Cu(OH)+;pH值升高至8时,以Cu(CO3)2 2-为多。铜含量高时,会抑制水体的自净过程,使农作物生长不良,引起鱼类中毒。通过食物链进入人体后,引起溶血作用,招致脑病、血尿及意识不清。

中国规定,废水排放时,铜含量不大于0.5mg/L(一级标准)、1.0mg/L(三级标准)、2.0mg/L(三级标准);地面水的总铜浓度不大于0.01mg/L(I类水域)、1.0mg/L(Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V类水域);渔业水的铜含量不大于0.01mg/L。

含铜废水可采用化学沉淀法、电沉积法、离子交换法等处理。采用石灰或苛性钠作沉淀剂时,pH值宜控制在9~10,生成的Cu(OH)2可用作炼铜原料。也可采用硫化物作沉淀剂,不受pH值的严格限制。电沉积法可在阴极获得金属铜,但处理成本较高。离子交换法可使铜离子降到很低值,但费用较高。

锌离子   冶金废水中的锌污染物主要产生于含锌、铜、铅等矿石的开采和冶炼及电镀生产过程。废水中的溶解锌以Zn 2+ 、Zn(OH) + 、Zn(OH)3- 、Zn(OH) 4 2-的形态存在。pH为9~10时,以Zn(OH)2的形式沉淀析出。锌含量高的水容易使鱼类中毒,对小麦生长也有不良影响。通过食物链进人人体后,能损害肠胃,抑制中枢神经,引起麻痹。

中国规定:废水排放时的锌浓度不大于2mg/L(一级标准)、4mg/L(二级标准的新扩改工程项目)、5mg/L(二级标准现有工程项目和三级标准);地面水总锌不大于0.05mg/L(一类水域)、1.0或2.0(分别Ⅱ、Ⅲ和IV、V类水域);渔业水不大于0.1mg/L。

废水中的锌可用化学沉淀法和离子交换法进行处理。沉淀剂采用Na2S、Na2CO3和Ca(OH)2,pH值控制在9~10。离子交换法能有效地除锌。

锰离子   冶金废水中的锰污染物主要产生于含锰矿石的开采和冶炼及锰合金的生产过程。溶解锰以Mn 2 + 、MnCl+及MnO2-的离子形态存在于水中。二价锰对人、畜和水生生物的毒性很小,但低浓度锰会影响水的色、嗅、味性状,对水体的使用功能危害很大。锰中毒时引起头疼、关节炎、痉挛、表情混乱等症状。

中国规定,废水排放时,锰的含量不大于2mg/L(一级及二级标准的新扩改工程项目)、5mg/L(一级及二级标准的现有工程项目,三级标准);地面水的总锰浓度不大于0.1mg/L(I、ll、Ⅲ类水域)、0.5mg/L(Ⅳ类水域)、1.0mg/L(V类水域);渔业水对锰含量未作规定。

废水中的Mn 2+可用氧化法将其转化为不溶解的Mn02而予以分离。氧化剂有空气、臭氧、氯及次氯酸盐。空气氧化需借助催化剂(软锰矿或包有二氧化锰的焦炭及石块)。臭氧氧化时,用量多会生成红色的高锰酸盐,恶化水质。

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