淺談重金屬廢水處理技術(shù)

王洪濤 王志清

（河南清水源科技股份有限公司，河南 濟(jì)源 454650）

淺談重金屬廢水處理技術(shù)

王洪濤 王志清

（河南清水源科技股份有限公司，河南 濟(jì)源 454650）

重金屬廢水的治理正逐漸成為全球性的問題，本文著重綜述了當(dāng)前重金屬廢水的處理技術(shù)，通過將各種技術(shù)進(jìn)行綜合性應(yīng)用，成為治理重金屬污染的有效途徑。

重金屬廢水；物理化學(xué)法；化學(xué)法；生物法

我國是一個(gè)水資源極度短缺的國家，其水資源已經(jīng)不可避免地影響到國家的生存和穩(wěn)定。我國當(dāng)前廢水排放量的60%左右均是由冶煉企業(yè)排放的重金屬廢水，一方面廢水中含有的重金屬?zèng)]有完全去除，造就資源的浪費(fèi)，另一方面重金屬由于是一種永久性的污染物，持久性污染、危害性大、已經(jīng)嚴(yán)重威脅到居民的正常生活安全和質(zhì)量[1]。因此，對(duì)重金屬廢水的處理已經(jīng)成為當(dāng)前世界環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。筆者就目前對(duì)重金屬廢水處理的技術(shù)進(jìn)行了綜述。

1 重金屬廢水處理技術(shù)

1.1 物理化學(xué)法。當(dāng)前使用的物理化學(xué)法有離子交換法、吸附法、萃取法、反滲透及電滲析法，本論文對(duì)其應(yīng)用較多的是吸附法、離子交換法及反滲透及電滲析法。

1.2 吸附法。吸附法是利用帶有一定特殊基團(tuán)的吸附劑對(duì)廢水中含有的重金屬進(jìn)行吸附，從而達(dá)到去除金屬的作用[2-3]。從已經(jīng)研究和實(shí)際應(yīng)用中，使用最多的吸附劑是活性炭?；钚蕴渴且环N球體的吸附劑，比表面積大，吸附容量比較大，但由于其價(jià)格高，再生和操作較為頻繁，在一定程度上限制了其應(yīng)用。因而，很多學(xué)者都轉(zhuǎn)向其他吸附劑上進(jìn)行研究。周利民等[4]將麥麩作為天然的吸附劑，對(duì)水溶液中的重金屬離子進(jìn)行去除前后的對(duì)比，麥麩由于含有大量的纖維素及蛋白質(zhì)等物質(zhì)，從而擁有大量的功能基團(tuán)，可對(duì)重金屬進(jìn)行吸附或絡(luò)合等作用。實(shí)驗(yàn)表明麥麩在10分鐘內(nèi)達(dá)到吸附平衡，其對(duì)汞、鉛、鎘、銅、鉻及鎳的吸附容量分別為70mg/g、63mg/g、21mg/g、15mg/g、9.3mg/g及13mg/g，對(duì)這些重金屬離子均有良好的選擇吸附性。此外，橄欖葉、白楊木材鋸末經(jīng)過研磨后也對(duì)含汞、鉛銅、鋅和鎘的電鍍廢水均有良好的吸附性能[5]。

1.3 離子交換法。離子交換法也是一種通過對(duì)固體物質(zhì)上對(duì)重金屬進(jìn)行離子交換，從而將廢水中有害物質(zhì)進(jìn)行去除。采用大孔型陰離子交換樹脂對(duì)電鍍廢水中鉻的氧化物進(jìn)行處理，其處理后的廢水能夠進(jìn)行循環(huán)使用；采用氫型強(qiáng)堿性大孔陰離子樹脂對(duì)含汞廢水中的二價(jià)汞進(jìn)行離子交換后，經(jīng)過中和處理后能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。該方法去除率較高，但受交換劑品種、性能、成本等因素影響，同時(shí)對(duì)進(jìn)入離子交換前的預(yù)處理有較高的要求。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行過程中，該方法常作為工藝處理中一道不可或缺的處理方法。

1.4 反滲透法和電滲析法。這是一種膜滲透分離重金屬的方法。反滲透法和電滲析法在重金屬廢水處理中均有大規(guī)模的應(yīng)用，其截留的機(jī)理主要是篩分機(jī)制和靜電排斥，重金屬離子的截留效果與重金屬離子的價(jià)態(tài)有著密不可分的關(guān)系。黃萬撫等[6]對(duì)位于福建沿海山區(qū)的紫金山礦場(chǎng)廢水進(jìn)行處理，在經(jīng)過簡(jiǎn)單的預(yù)處理后，對(duì)其進(jìn)行反滲透處理。經(jīng)過處理后的凈化水中的二價(jià)銅離子濃度均小于0.5mg/L，從而使其廢水得以凈化，處理效果較明顯。

1.5 化學(xué)法?；瘜W(xué)沉淀法是重金屬廢水處理方式中最常用的方法。其主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、鋇鹽沉淀法、氧化還原法、氣浮法及電解法等。

中和沉淀法是通過投加中和型的藥劑，使其廢水中的重金屬離子與之結(jié)合后能夠形成氫氧化物或碳酸鹽類物質(zhì)，該類物質(zhì)溶解度均較小，有利于重金屬物質(zhì)的沉降[7]。該方法形成的沉渣量較大，容易造成二次污染，因而限制了其廣泛應(yīng)用；硫化物沉淀法是通過在重金屬廢水中投加硫化鈉、硫化氫等硫化劑等物質(zhì)，使其重金屬與硫結(jié)合后形成硫化物沉淀析出[8]。該方法由于其硫化劑有毒，價(jià)格高，容易處理不當(dāng)時(shí)造成二次污染，需處理效果與投加藥劑的劑量及運(yùn)行控制均有關(guān)系；同樣道理，鐵氧體沉淀法、鋇鹽沉淀法等方法也是通過與重金屬形成的鐵氧體晶體、鋇類沉淀物等方式，對(duì)其重金屬進(jìn)行化學(xué)沉降的方法來去除重金屬。

氣浮法則是通過先將廢水中的重金屬離子析出，在表面活性物質(zhì)的作用下，使重金屬析出物疏水，通過黏附到上升的氣泡表面，從而得以去除。通常有吸附膠體、沉淀氣浮、泡沫氣浮、離子氣浮等方法。氣浮法雖對(duì)重金屬去除有獨(dú)特的作用，但是在浮渣和凈化水回用方面仍不能妥善得以解決。

氧化還原法是在廢水處理過程中通過加入還原劑，將重金屬價(jià)態(tài)進(jìn)行還原，然后進(jìn)行沉淀的方式。如：廢水中含有Cr6+，在酸性條件下加入還原劑，沉淀反應(yīng)前將Cr6+還原為Cr3+，然后再進(jìn)行沉淀。該方法產(chǎn)生的化學(xué)污泥量小，效果較好，但是處理成本較高。

電解法是利用電化學(xué)的原理來進(jìn)行處理廢水，重金屬離子在陰極表面得到電子而被還原為金屬。通常該方法不需要加入很多的藥劑，占地面積小，同時(shí)可以得到純金屬。王健康等[9]在使用電解法對(duì)含鉛廢水處理，得出在Pb2+在100mg/L時(shí)再生效果好，常作為電解的終點(diǎn)。

市面上出現(xiàn)的金屬捕捉劑通過與重金屬離子進(jìn)行結(jié)合后，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。徐穎等[10]用PEI處理多種重金屬的廢水，結(jié)果表明對(duì)鉛、鎘、銅及汞離子的去除率均能達(dá)到99%以上，且不受pH、共存離子的影響。

1.6 生物法。由于物理化學(xué)法和化學(xué)法對(duì)藥劑、設(shè)備等種種要求，指標(biāo)容易波動(dòng)、運(yùn)行成本較高等原因，而生物法在重金屬去除方面又有相當(dāng)強(qiáng)的富集和吸附能力，越來越成為未來研究和發(fā)展的方向。微生物與重金屬的作用主要包括生物體對(duì)金屬的自然吸附、代謝產(chǎn)物對(duì)金屬的沉淀作用、生物體內(nèi)的蛋白與金屬的結(jié)合以及重金屬在生物體內(nèi)酶的作用下的轉(zhuǎn)化，從而對(duì)廢水中的重金屬進(jìn)行有效的去除。這些微生物以藻類、真菌、細(xì)菌等為代表，來源豐富，成本較低、吸附速度較快，同時(shí)無毒無害、無二次污染[11]。生物法主要包括生物吸附法、生物沉淀法以及固定化生物法，以微生物與重金屬結(jié)合的方式來去除廢水中的重金屬。生物吸附法是通過微生物吸附金屬，金屬離子與其發(fā)生配位、螯合、離子交換、物理吸附及微沉淀等作用，然后金屬運(yùn)送至細(xì)胞內(nèi)；生物沉淀法是利用微生物新陳代謝產(chǎn)物使重金屬離子進(jìn)行沉淀固定的方法。當(dāng)前發(fā)展較快的是硫酸鹽還原菌在厭氧條件下產(chǎn)生的硫化氫和廢水中的重金屬進(jìn)行反應(yīng)生成硫化物沉淀，其重金屬的去除率較高；固定化生物法處理廢水具有生物量高、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。國外Iqbal等[12]通過將黃孢原毛平革菌與絲瓜瓤固定在一起，對(duì)實(shí)驗(yàn)室配置的廢水中的鉛、銅及鋅離子進(jìn)行吸附，在pH為6.0，吸附1 h后，三種重金屬的去除率能分別達(dá)到88.2%、68.7%和39.6%。張利等[13]利用發(fā)酵工業(yè)廢棄的黑根霉菌吸附鉛離子，在pH范圍為3.0-6.5之間吸附能力最強(qiáng)。涂勇等[14]將活性污泥固定化后對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附研究，其pH和底物濃度對(duì)吸附性能有較大的影響，而與溫度影響卻不大。

2 重金屬廢水處理技術(shù)展望

重金屬廢水是個(gè)復(fù)雜的混合體系，采用以前的單一處理方法已經(jīng)較難滿足處理要求，與此同時(shí)，日益增加的處理成本及嚴(yán)格的指標(biāo)要求，人們?cè)絹碓蕉嗟膶⑵洳捎镁C合組合工藝，揚(yáng)長補(bǔ)短，高效、低耗地去除廢水中重金屬離子，同時(shí)滿足廢水的回用和重金屬的回收。相信伴隨著技術(shù)不斷地發(fā)展和成熟，最終能夠合理高效穩(wěn)定地處理重金屬廢水。

[1]康紹忠.新的農(nóng)業(yè)科技克明與21世紀(jì)我國節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1998，6（1）.

[2]李倩倩，李義久，相波.高分子螯合劑在重金屬廢水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2004，24（7）.

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[13]張利.發(fā)酵黑根霉對(duì)鉛離子吸附機(jī)理的研究[J].離子交換與吸附，1996，12（4）.

[14]涂勇，張洪玲.固定化活性污泥吸附重金屬離子的試驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2004，27（6）.

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1671-0037（2014）07-77-1.5

王洪濤（1986-），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：污水處理。