重金属废水处理技术研究

施坚 莫丹

摘要：重金属废水具有累积性、持续性、难降解性和毒害性等特点，废水的长期排放会导致排污口附近生态环境恶化，生物多样性逐渐减少，并通过食物链最终影响到人体。本文主要针对重金属废水处理技术进行简要分析，仅供参考。

关键词：重金属；废水；处理技术

中图分类号：C35文献标识码： A

一、沉淀法

沉淀法包括氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、还原沉淀法、絮凝浮选等沉淀法。氢氧化物沉淀法主要是利用重金属离子在碱性条件下可以与OH-生成金属氢氧化物沉淀的特性来去除重金属离子。由于重金属废水一般酸性很高，需要对出水要进行PH调节，因此需要消耗大量的碱性物质，该方法对低浓度重金属废水处理效果不好。

硫化物沉淀法是在特定的碱性条件下，通过向重金属废水中投加硫化钠或硫化钾等硫化物，或者直接通入硫化氢气体，使重金属离子同硫离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀。该方法虽然比氢氧化物沉淀法产生的沉渣少，易脱水，但残留沉淀剂会消耗水中的溶解氧，产生恶臭，易形成二次污染。

还原沉淀法是利用还原剂将废水中的重金属离子还原为金属单质或者价态较低的金属离子，先将金属过滤收集，然后再往处理液中加入石灰乳，使得还原态的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀收集。较常使用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、铁粉等。该方法在处理高浓度重金属废水时有一定的优势，一般作为废水预处理工艺。由于处理过程中需消耗大量试剂，对于处理回用水方面，需要在水中保留较高的氧化剂或还原剂余量，成本过高，不太适合。

絮凝浮选沉淀法是通过添加絮凝剂使得废水中的小胶体颗粒稳定性变差，聚集形成大颗粒胶体物质，最终通过重力作用将重金属沉淀下来。为增大胶体颗粒的尺寸，采用浮选的办法，用于将不稳定的胶体粒子变为固相絮凝物。这一浮选过程一般包括两个重要的步骤，一是调节pH值，二是加入含铁或铝盐的絮凝剂，以克服离子间静电排斥导致的稳定作用。

二、离子交换法

离子交换法是利用离子交换树脂把废水中的重金属离子交换出来，重金属离子在通过H型离子交换树脂时，被H+取代，从而除去重金属离子。离子交换法的处理效率会随着树脂中可交换的H+被消耗而降低，需定期对树脂进行再生，离子交换法占地面积较大，会产生大量的再生废液。

三、吸附法

吸附法是应用多孔吸附材料吸附处理废水中重金属的一种方法。传统吸附剂有活性炭和硫化煤等。近年来，随着人们逐渐开发出具有吸附能力的材料。包括硅藻土、泥煤、矿渣、浮石、麦饭石及各种改良型材料。活性炭是目前废水中普遍采用的吸附剂，其比表面积大，吸附能力强。利用活性炭的吸附和还原，可以处理电镀行业和矿山冶炼产生的重金属废水，但造价较高。

四、电化学法

电化学处理重金属废水是一种使用电能去除水中的重金属、悬浮固体、有机物和其它多种污染物的电化学过程。电化学工艺是利用外加电压来电解废水，其采用可溶性阳极（Al或Fe），在阳极上生成Al3+，Fe2+，Fe3+等阳离子，与水中OH-离子结合成Al(OH)3，Fe(OH)2，Fe(OH)3等絮凝剂，去除废水中的微粒和杂质。同时在阳极上析出O2微气泡，在阴极上产生具有还原能力H2微气泡，可与废水中的污染物起还原反应，或生成氢气。未被彻底氧化的有机物部分还可和悬浮固体颗粒被Al(OH)3吸附凝聚并在氢气和氧气带动下上浮分离，从而提高水处理效率。其工作机理主要包括三个方面：电解凝聚、电解气浮以及电解氧化还原。

电解凝聚是指可溶性阳极产生的阳离子经过水解、聚合作用，可以产生一系列多核羟基络合物及氢氧化物，这些物质作为絮凝剂可对水中污染悬浮物及胶体进行絮凝作用，它们的絮凝效果要比传统的絮凝剂高很多。

电解气浮是指水在电解时产生少量的O2和H2微气泡，这些气泡的粒径和密度都非常小，具有一定的吸附能力和浮载能力，能吸附水中的污染物，并产生絮凝团浮升到水面，从而达到固液分离的效果。

电解氧化还原是指水在电解过程中产生的O2等具有强氧化性的物质可以把大分子有机物氧化成小分子有机物，小分子有机物通过絮凝和气浮就能很好去除。

五、反渗透法

反渗透法于70年代应用于电镀废水的治理，现已应用于镀锌、镍、铬漂洗水以及多种重金属混合的废水治理。UJANGZ.采用复合低压反渗透膜对Zn2+和Cu2+的废水进行处理研究，在适宜的温度、PH和操作压力条件下，水回收率为40%，Zn2+和Cu2+的去除率可达到90%以上；投加适宜的EDTA时，两种金属的截留率均达到99%以上。纳滤又称松散型反渗透，对二价离子具有很高的截留率，利用纳滤膜处理镀镍漂洗水可达到出水循环回用和镍回收的目的。反渗透法虽然去除效果好，但膜易堵塞，周期短，需定期更换反渗透膜，造价较高。

六、生物修复法

重金属在生物体内，有累积，富集的现象，且一些生物对特殊的重金属元素，有明显的耐受性。鉴于这种特性，生物被用来对重金属废水进行富集，回收分离。由于生物处理具有成本相对较低，易于管理等特点，在低浓度重金属废水领域，生物修复法被认为是最具有发展前景的重金属废水处理技术。由于高浓度重金属废水对生物具有毒害作用，生物法一般用来处理低浓度重金属废水。按照生物的种类不同，生物处理法可被分为植物处理、动物处理和微生物处理三种。

1、植物处理

植物处理是利用天然或者遗传工程培育的植物对污染物进行处理的技术。利用植物实施污染环境修复的观念并不新颖，很早以前人们就认识到一些水生植物（如凤眼莲、浮萍等）能够吸收污染水体中的Pb、Cu、Cd、Fe和Hg等重金属污染物。上世纪80年代中期Gersberg等对加利福尼亚的一人工湿地进行人工添加高浓度zn、cd和Cu，通过为期一年对湿地净化重金属的效果调查研究发现，湿地对这三种重金属的去除效果显著，去除率均达到90%以上。Groudeva等人研究发现芦苇、香蒲、灯心草对污水中铜、铅、镉、铁都有一定的富集作用。超积累植物在富集重金属方面优势更为明显，超积累植物可以在不影响正常生长的情况下积累高于普通植物百倍浓度的重金属，并可对富集于植物中经济价值较高的重金属进行回收。研究中发现，凤眼莲根部对水中8.0μg/kg的银的富集系数达到60多万倍，灰分银含量达到18.5%，在动态实验中72.5μg/kg的含银废水处理后凤眼莲根部灰分中含银63.5%，从这些灰分中提炼银得到成功。由此可见植物在富集去除污水中重金属有着很大的开发前景。

2、动物处理

水生动物对水体的重金属也有必定的富集才能，尤其是无脊椎动物对锌和镉具有很大的富集才能（富集系数到达104～105）。庞艳春等人查询表明，利用河蚌处理重金属废水，在重金属浓度为3.125mg/L时，其对重金属Cu2+、Pb2+、Zn2+、Ag+的脱除系数到达72.0％～89.9％。

3、微生物及藻类处理

微生物通过生物絮凝，生物吸附，生物沉积等效果完成废水中重金属的转化，堆积和固定。研讨发现，少量的活性污泥能够起到显着的去掉重金属的效果。别的，微生物还能够代谢发生由多糖、蛋白质、纤维素、聚氨基酸等天然高分子物质，该类分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物彼此凝聚沉积。

另一方面，湿地体系土壤中的微生物，对重金属的去掉具有间接效果。成水平等人的研讨指出，湿地体系中的微生物代谢放热，可能是体系冬季出水温度（5℃）高于进水温度（0℃）的缘由，即微生物的效果使得湿地体系具有保温效果。这关于湿地体系冬季防冰具有重要意义。微生物与植物协同效果则能够强化植物对污染物的吸收。

结束语

处理重金属废水的方法各有优缺点，重金属废水水质比较复杂，通常含有多种重金属离子，为了达到更好的处理效果，需要将几种工艺组合起来，扬长避短。另外生物处理法在处理低浓度重金属废水方面，具有投资少，效果好，运行成本低等特点，具有广阔的应用前景，有利于改善河流水生态环境。

参考文献

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