重金屬廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢的研究

（中地泓通工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211500）

隨著化學工業(yè)的發(fā)展，人類對重金屬的使用不斷增加，重金屬污染也日益嚴重。重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染，主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。重金屬廢水排放不達標，不僅浪費了金屬資源，對經(jīng)濟效益造成影響，還對生態(tài)環(huán)境也造成了嚴重的危害。因此，重金屬廢水治理成了環(huán)保領(lǐng)域的重要內(nèi)容。

1 重金屬廢水的來源及危害

1.1 重金屬廢水的主要來源

重金屬廢水主要來自開礦和化工等部門，這些部門主要是在礦山排水、電鍍廠鍍件及農(nóng)藥生產(chǎn)等過程中產(chǎn)生重金屬廢水。同時，不同的生產(chǎn)部門重金屬廢水中重金屬離子的狀態(tài)和含量也會有所區(qū)別。

1.2 重金屬廢水的危害

微量元素影響著人體的健康。例如，Zn、Fe、Cu都屬于人體必需的微量元素。Zn具有增強免疫力的作用，F(xiàn)e在人體中的主要功能是參與氧氣的運輸，促進造血。Cu參與人體的造血過程，維持免疫功能的正常發(fā)揮。同時，Cu、Zn參與人體糖代謝過程。然而，攝入過量的微量元素也會對身體健康造成損害。例如，Zn過量會降低人體免疫力，F(xiàn)e過量會損傷肝臟，Cu過量引起新陳代謝紊亂[1]。雖然微量元素是人體不可缺少的元素，但攝入不足或者過量都會對人體健康造成損害。重金屬廢水排放到生態(tài)環(huán)境中，不僅影響我們對微量元素的攝入，對身體健康造成損害，同時也會造成經(jīng)濟損失。

據(jù)報道，江蘇某化工廠向水庫排放了46 000余噸重金屬廢水，造成魚產(chǎn)量從13萬斤下降到3萬斤左右。由此可見，重金屬廢水破壞了水庫的生態(tài)平衡，嚴重危害了魚類的正常生長，從而直接影響了魚類的產(chǎn)量[1]。

北京某化工廠排放重金屬廢水，導(dǎo)致2 000畝小麥死亡。重金屬廢水直接排放到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，造成土壤中重金屬的含量超標，進而抑制小麥根部生長發(fā)育，甚至死亡，給農(nóng)業(yè)經(jīng)濟造成損失。

2 重金屬廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀

如今，雖然重金屬廢水有很多處理方式，但大多數(shù)采用化學法、物理化學法、生物法處理重金屬廢水。下面我們對這三種處理廢水的方式進行簡單討論。

2.1 化學法的整體應(yīng)用

中和沉淀法是在重金屬工業(yè)廢水中加入堿性化合物，堿性化合物和重金屬離子經(jīng)過化學反應(yīng)會形成不溶于水的化合物。這種方式處理重金屬廢水不僅能除去工業(yè)廢水中的重金屬離子，同時加入的堿性化合物能和廢水中的酸進行中和反應(yīng)，有效地中和工業(yè)廢水中的酸。與此同時，堿石灰和消石灰等堿性化合物，除了不能去除重金屬工業(yè)廢水中的汞離子外，其他重金屬離子都可以去除。由于堿石灰和消石灰等堿性化合物價格便宜，所以整個工藝流程成本低，且操作簡單。但這種處理方式有以下弊端：使用堿石灰和消石灰等堿性化合物處理重金屬廢水會產(chǎn)生大量的沉渣且反應(yīng)速度慢。為了提高反應(yīng)速度且減少沉渣，Na2CO3和苛性鈉也可作為堿中和劑處理工業(yè)重金屬廢水。但Na2CO3和苛性鈉造價較貴，成本高且沉渣含水率高，容易再次造成污染。

處理重金屬工業(yè)廢水，除了加堿性化合物，還可以在工業(yè)廢水中加入硫化物。在重金屬工業(yè)廢水中加入硫化物后，重金屬離子就會沉淀。使用硫化物處理工業(yè)重金屬廢水，析出的沉渣含水率低，并且處理過后的硫化物含量低。采用硫化物處理工業(yè)重金屬廢水的方式存在以下缺陷：硫化物造價較高，使用具有危險性。使用硫化物不當會產(chǎn)生酸性廢水，需要再進行處理，這些都增加了重金屬工業(yè)廢水處理的流程。因此，受處理成本高、操作較繁雜等影響，硫化物沉淀法的應(yīng)用受到了限制。

2.2 物理化學法的結(jié)合應(yīng)用

2.2.1 溶劑萃取法

溶劑萃取法是基于重金屬離子在萃取劑和水中的溶解度存在差異。常用的萃取劑有三辛胺和亞油酸等，使用溶劑萃取法處理重金屬工業(yè)廢水操作簡單。使含有萃取劑的有機物與含有欲被提取的金屬離子的水溶液在一個接觸器中充分混合，此時發(fā)生化學反應(yīng)，被萃取的金屬離子與萃取劑生成萃合物，極大地提高了對重金屬回收的效果。

2.2.2 離子交換法

離子交換法是工業(yè)廢水中重金屬離子和交換樹脂之間發(fā)生離子交換，從而達到處理工業(yè)廢水的目的。陰離子交換樹脂、陽離子交換樹脂和腐植酸樹脂在離子交換法過程中使用比較廣泛。其中，處理重金屬工業(yè)廢水的理想樹脂材料是殼聚糖及其衍生物。離子交換法處理重金屬工業(yè)廢水有利于對工業(yè)廢水的凈化，同時促進了對重金屬回收的效果，但樹脂材料容易被污染，整個流程操作所需成本也較高。

2.2.3 吸附法

吸附法是利用吸附劑的表面活性對重金屬離子的吸引，達到去除工業(yè)廢水中重金屬離子的目的。由于工業(yè)廢水中有些重金屬離子不能和堿性化合物反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，因此可以用吸附劑對廢水中的重金屬離子進行物理吸附。吸附法處理重金屬工業(yè)廢水的優(yōu)點是吸附劑種類多且價格便宜，但存在吸附劑使用時間短且對重金屬的回收效果不佳等缺點。

2.2.4 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是在某種環(huán)境中對混合物各組分性質(zhì)的差異進行分離的原理。在使用膜分離技術(shù)前，要先對重金屬工業(yè)廢水進行氧化、還原、吸附處理，重金屬工業(yè)廢水中的金屬離子便會轉(zhuǎn)成特定大小的不溶微粒。膜分離過程是在選擇性透過膜兩側(cè)施加不同的壓力，不溶微粒的組分選擇性地透過膜，對不溶微粒進行分離，從而達到處理工業(yè)廢水的效果。

2.3 生物法

生物法是通過微生物的代謝過程，使重金屬工業(yè)廢水中的有機污染物和無機微生物的營養(yǎng)物質(zhì)進行反應(yīng)，從而生成無害的物質(zhì)。下面對常見的三種生物法處理重金屬廢水進行簡單說明。

2.3.1 生物吸附法

生物吸附法通過生物質(zhì)對工業(yè)廢水中的有害物質(zhì)進行去除，從而回收工業(yè)廢水中的有用成分[2]。生物吸附法通過微生物細胞外積累、沉淀等方式，將工業(yè)廢水中的重金屬除去。

2.3.2 生物沉淀法

生物沉淀法是通過微生物使工業(yè)廢水中重金屬離子沉淀。近年來，硫酸鹽還原菌處理重金屬工業(yè)廢水取得了很好的發(fā)展。例如，硫酸鹽還原菌處理工業(yè)廢水的過程為：在缺少氧氣的情況下，硫酸鹽還原菌會產(chǎn)生硫化氫，工業(yè)廢水中的重金屬離子和產(chǎn)生的硫化氫進行反應(yīng)產(chǎn)生硫化物沉淀。同時，硫化物沉淀大多不溶于水，因此除去重金屬離子取得的效果較好。研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)對重金屬工業(yè)廢水中的銅、鋅及鎘處理效果較好。

2.3.3 生物絮凝法

生物絮凝法處理重金屬工業(yè)廢水，是通過微生物的代謝產(chǎn)物和重金屬離子作用后產(chǎn)生沉淀，從而可以對重金屬進行回收。生物絮凝法基于微生物表面具有較高的電荷，從而可以和工業(yè)廢水中的金屬離子進行反應(yīng)，達到除去工業(yè)廢水中重金屬離子的目的。因此，微生物處理工業(yè)廢水重金屬過程中，微生物的作用就像高分子聚合物一樣，充當著絮凝劑對重金屬進行絮凝沉淀。

3 重金屬廢水處理技術(shù)的發(fā)展

由于工業(yè)重金屬廢水成分復(fù)雜，選用科學合理的方式處理重金屬工業(yè)廢水，不僅能回收工業(yè)廢水中的重金屬并加以利用，還能改善河湖的生態(tài)環(huán)境。重金屬工業(yè)廢水主要是化工企業(yè)產(chǎn)生的，例如，在進行有色金屬加工酸洗過程中，工業(yè)廢水中含有汞、砷、鉻等元素。在進行礦山開采時，工業(yè)廢水中含有各種礦物質(zhì)和重金屬離子。除此之外，部分輕工業(yè)在制造顏料或農(nóng)藥時，排放的工業(yè)廢水也會含有汞、鎘、砷等重金屬。為了保護生態(tài)環(huán)境，目前處理重金屬工業(yè)廢水大多采用生物法、化學法和物理法。生物法是借助微生物本身絮凝的吸附作用對工業(yè)廢水中的重金屬進行沉淀。化學法是指工業(yè)廢水中的重金屬離子通過和堿性化合物發(fā)生化學反應(yīng)，形成鹽的沉淀。物理法是在工業(yè)廢水中加入吸附劑，從而對工業(yè)廢水中的重金屬離子進行吸附。因此，在實際處理工業(yè)廢水時要選擇合適的方法。

化工企業(yè)將工業(yè)重金屬廢水排放進湖水后，廢水中大部分的重金屬離子通過物理化學反應(yīng)聚集在水底。同時，生物法不能夠?qū)χ亟饘龠M行有效地降解。隨著湖水外部環(huán)境條件的改變，沉積物會轉(zhuǎn)化成溶解態(tài)重金屬，給湖水生態(tài)系統(tǒng)帶來極大的危害。溶解態(tài)重金屬不僅會污染湖水，也會給周圍的土壤和空氣帶來污染。人類食用被重金屬污染過的魚類后，身體健康受到嚴重的傷害。因此，科學合理地處理工業(yè)廢水有利于生態(tài)平衡。

4 結(jié)語

隨著化工企業(yè)的不斷發(fā)展，重金屬工業(yè)廢水的處理方式也受到越來越多的關(guān)注。通過物理法、化學法和生物法的介紹，我們了解到物理法是加入吸附劑，對工業(yè)廢水中的重金屬離子進行吸附。這種方法處理重金屬工業(yè)廢水效果好，但處理廢水的成本高，難以適用于大規(guī)模的工業(yè)廢水處理?；瘜W法處理工業(yè)廢水是通過加入堿性化合物和重金屬離子進行化學反應(yīng)，產(chǎn)生不溶于水的化合物沉淀，從而去除工業(yè)廢水中重金屬離子。這種處理廢水的方法操作簡單，且處理成本較低，但出水金屬濃度較高，容易產(chǎn)生二次污染。相比物理法和化學法，生物法處理重金屬工業(yè)廢水具有經(jīng)濟高效的優(yōu)勢，并且有利于保護生態(tài)環(huán)境，成為公認的最有前途的方法。