廢水重金屬處理研究進展*

李 鳳，李 茹，文 靜

（西安工程大學 環(huán)境與化學工程學院，陜西 西安 710048）

源于工業(yè)和農(nóng)業(yè)引起的有毒重金屬污染水是最嚴重的環(huán)境和公共問題之一。盡管人類、動物和植物的微量營養(yǎng)素水平需要許多重金屬，但過量的金屬可能會產(chǎn)生一系列毒性作用[1]。例如銅（Cu）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和砷（As）等是關注度較高的有毒重金屬污染物[2]。并且由于重金屬離子具有在水溶液中穩(wěn)定性好、溶解度高和不可生物降解，易進入地下水，進而對人體健康以及生態(tài)系統(tǒng)構成嚴重威脅[3]。例如，Pb2+和Cd2+可與血液中的血清蛋白結合，從而嚴重損害腎臟、神經(jīng)及生殖系統(tǒng)[4]；動物體內(nèi)Cu2+含量過多，則會導致貧血、腎衰、肝硬化和神經(jīng)系統(tǒng)損傷[5]等；鋅是人體不可或缺的微量元素，但鋅的含量超過人體所需時，會引起一系列健康問題，比如惡心、胃痙攣和貧血[6]等。故開發(fā)一種有效且成本較低的技術，處理廢水中的重金屬離子是一項緊迫的任務。處理廢水中重金屬的方法包括化學沉淀法、離子交換法、吸附法、膜分離法、電化學處理法等。

1 廢水重金屬處理方法

1.1 化學沉淀法

化學沉淀法是指通過向廢水中加入化學試劑，使之與重金屬離子發(fā)生反應生成沉淀物，形成的沉淀物可以通過沉降或過濾與水分離。傳統(tǒng)的化學沉淀法可分為氫氧化物沉淀法（中和沉淀法）、難溶鹽沉淀法（硫化物沉淀法等）和鐵氧體法[7]等。氫氧化物沉淀法是利用金屬離子與加入到廢水中的堿性中和劑中的羥基反應生成難溶的沉淀并析出的方法[8]；通過生成難溶化合物去除金屬離子的方法稱為難溶鹽沉淀法；由于向重金屬廢水中加入鐵鹽，進而形成復合鐵氧體而分離重金屬的方法是鐵氧體沉淀法。

Fenglian Fu等[9]研究使用了芬頓化學沉淀法（AF-CPP），螯合的重金屬化合物通過零價鐵和H2O2降解，再進行堿沉淀重金屬，選擇NiEDTA作為螯合重金屬污染物的強穩(wěn)定性模型，研究發(fā)現(xiàn)，除鎳效率達到98.4%。邵紅艷[10]等人為了處理電鍍鎘廢水，且同時解決鎘的硫化物的問題（包括沉淀小、沉降較難等），對硫化物沉淀法進行了一定的改進，研究中硫化劑、絮凝劑以及助凝劑分別為Na2S、Al2（SO4）3·18H2O、PAM，發(fā)現(xiàn)上清液中Cd2+的質(zhì)量濃度為0.03mg·L-1，滿足規(guī)定中排放不大于0.05mg·L-1的要求。汪曉軍[11]等人研究中采用鐵氧體法，該法處理重金屬廢水中的鎳（Ni）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）離子，其處理效果均滿足國家污水排放標準。

化學沉淀法管理、操作方便且經(jīng)濟實用，但相對于低濃度重金屬廢水處理成效相對較低，且無法回收酸，造成資源浪費，還易造成二次污染。

1.2 離子交換法

離子交換法處理廢水重金屬的機理主要是通過廢水中發(fā)生的螯合反應去除重金屬，該過程中發(fā)生反應的是離子交換樹脂中的活性基團（如羥基、羧基等）和廢水中的重金屬離子[12]。樹脂作為一種高分子聚合材料，可通過特殊的吸附過程或其他機理以去除重金屬[13]。

Hadi,Pejman[14]等人采用了羥基化技術，它可以有效地功能化廢物來源的鋁硅酸鹽的表面，通過離子交換技術處理重金屬，功能化材料對重金屬吸收能力較高，即該鋁硅酸鹽材料可以以可持續(xù)的方式用于實際應用中處理重金屬廢水。S.M.Moosavirad[15]等人采用了離子交換法處理工業(yè)區(qū)廢水中的重金屬，如銅（II）、鎘（II）、鋅（II）、鎳（II）和鉛（II），研究中選擇Dowex 50WX8（H+）樹脂作為吸附劑，實驗發(fā)現(xiàn)，在pH值為4～6，流量為4mL·min-1和樹脂量為200mg時，該樹脂的吸附效果較好。

離子交換法的主要優(yōu)點是恢復金屬的利用價值且回收的金屬純度較高，產(chǎn)生的污泥量少且可滿足嚴格的排放規(guī)范。但該方法需要進行洗脫再生且工藝復雜，容易產(chǎn)生濃度較高的洗脫液，造成二次污染。

1.3 吸附法

吸附法就是指重金屬離子積聚在吸附劑表面從而被分離的過程。吸附是從溶劑階段去除有害重金屬的最有效的技術之一[16]。吸附法可以分為化學吸附法、物理吸附法及生物吸附法等?；瘜W吸附是由于化學鍵形成或生成表面配位化合物而吸附處理重金屬的方法；由于分子間作用力的存在，從而可以吸附處理重金屬的方法為物理吸附法；生物吸附法主要是利用生物體（如藻類、菌類及部分細胞提取物等）吸附重金屬[17]。

謝超然等人[18]制成了核桃青皮生物炭，制備的方法采用的是500℃限氧裂解法，再對鉛、銅進行吸附實驗，研究發(fā)現(xiàn)，在投加量為最佳時，制備的生物炭對鉛的最大吸附量為476.190mg·g-1，對銅的最大吸附量為153.846mg·g-1。梁齡予[19]等人研究中用玉米芯吸附水中Cr（VI），研究發(fā)現(xiàn)，玉米芯吸附Cr（VI）時在低pH值時效果更好，在pH值為1時，Cr（VI）的去除率為94.35%。Ying Shen[20]等人研究采用微藻-生物炭固定化絡合物（MBIC）吸附水中的鎘，研究發(fā)現(xiàn)，微藻和生物炭的最佳比例為2∶3，此時MBIC對鎘的吸附效果最好。

吸附法在處理重金屬廢水時，具有吸附劑來源廣泛、操作靈活、能耗較低、處理效果好、費用低等優(yōu)點。但在處理重金屬廢水時，有的吸附劑吸附完成后難以回收重金屬且難以再次回用而造成浪費，容易產(chǎn)生大量含有重金屬的廢棄物，造成二次污染。

1.4 膜分離法

膜分離法是由于膜具有選擇的透過性，從而可以使重金屬廢水中的重金屬被膜截留，進而實現(xiàn)重金屬從廢水中分離的方法[21]。該方法包括納濾、膠團強化超濾技術（MEUF）、反滲透技術等。納濾是以壓力作為推動力處理重金屬廢水的技術[22]；膠團強化超濾是帶負電荷的陰離子表面活性劑膠束吸附金屬離子形成直徑更大的膠團，進而使用超濾膜過濾處理；反滲透技術可以處理重金屬廢水是由于反滲透膜只能選擇性地透過溶劑（水）[23]。

王少明[24]等人將電去離子（EDI）與納濾（NF）工藝結合，對含較高濃度Ni2+溶液進行處理，研究發(fā)現(xiàn)，處理后Ni2+的截留率大于99.6%，且截留液中Ni2+濃度也較高。韓粉女[25]等人通過膠團強化超濾技術處理含重金屬鎳的廢水，研究中選擇無機陶瓷膜作為媒介，Ni2+的截留率達99.25%，膜通量為89.65L·（m2·h）-1。

膜分離法操作簡單、能耗較低、處理效率高、節(jié)能環(huán)保，回收分離產(chǎn)物容易。但它穩(wěn)定性差、清洗較難、投資費用高。

1.5 電化學處理法

電化學方法是指通過在陽極和陰極板上發(fā)生氧化還原反應，進而實現(xiàn)去除廢水中的重金屬離子的方法。該方法常見的有電絮凝法、電浮選和微電解法等。電絮凝法（電凝聚法）是通過在陽極產(chǎn)生的陽離子，在一系列作用（聚合、水解等）下生成水解產(chǎn)物，再通過對絮凝沉淀的作用去除廢水中的重金屬離子[26]；電浮選法是由于電解時產(chǎn)生具有負載力的氣泡，從而將金屬膠體顆粒浮選至液面以去除重金屬[27]；微電解技術是利用微電池腐蝕引起一系列綜合作用以去除水中重金屬的一種方法[28]。

李爽[29]等人采用鋁電極板電絮凝法處理水中Cd2+和Ni2+，Cd2+濃度由初始1.28mg·L-1降低為0.001mg·L-1，Ni2+濃度由初始0.960mg·L-1降低為0.001mg·L-1。賀國旭[30]等人采用電浮選方法對含Cd2+廢水進行凈化處理，對于含Cd2+濃度為100mg·L-1的廢水，初始pH值為11.3～11.6，電流密度達到135A·m-2左右，浮選時間15min左右時效率比較高。劉鵬宇[31]等人采用鋁屑和活性炭微粒作為原料，采用鋁炭微電解方法對重金屬廢水中的Cr（Ⅵ）進行處理，在最佳的處理條件下Cr（Ⅵ）的去除率可達95.40%。

電化學處理法可以回收利用重金屬，不會造成二次污染，另外，該方法的設備操作較為簡單，且工藝成熟、占地面積小，適合處理少量的廢水，但它能耗較大、處理低濃度廢水效果不好。

2 結論

廢水重金屬具有產(chǎn)量高、濃度高且不易降解等特點，如果不加以處理直接排放，會對環(huán)境、人體健康等造成一定的危害。為了能有效降低廢水重金屬的危害，開發(fā)出積極有效的廢水重金屬處理方法迫在眉睫。選用合適的處理方法或多種處理方法結合處理重金屬廢水，做到廢水重金屬的資源化、無害化至關重要。