重金属废水处理技术研究进展

梅越民 刘明亚 毕远伟（核工业理化工程研究院，天津 300180）

重金属废水处理技术研究进展

梅越民 刘明亚 毕远伟
（核工业理化工程研究院，天津 300180）

随着我国工业水平的提升，导致了重金属废水的排放量逐渐加大，在水环境污染中重金属是其主要的污染源，矿山开采、冶炼有色金属以及化工工业等都会具有潜在的危害性。文章针对常用重金属废水处理的技术进行了总结，并通过列举化学沉淀法技术进行实际案例分析和说明。

重金属废水；处理技术；污染源；矿山开采；冶炼有色金属；化工工业

重金属通过自然条件的作用难以被降解为无害物质，水中重金属在微生物作用下发生改变，形成毒性较强的有机金属化合物，并通过食物链进入人体，从而对人类健康造成极其不良的影响。目前我国最大的工业废水就是重金属废水，不仅影响人们的健康，同时对生态环境也造成了极大的破坏。本文主要针对重金属废水处理的化学方法、物理方法、生物技术方法进行了分析。

1 重金属废水处理方法

在处理重金属废水方法的研究中主要包括化学沉淀法、吸附法、膜分离法以及生物法。化学处理方法主要通过发生化学反应除去水中重金属；物理处理法主要在重金属化学形态不被改变的前提下，利用吸附、浓缩以及分离的方式除去水中重金属；生物处理方法主要借助微生物、植物的絮凝、富集以及吸收积累等作用除去水中重金属，以下对上述方法内容进行分析：

1.1 化学沉淀法

化学沉淀法是指将某种化学物质加入工业的废水中与废水中的溶解物质产生反应，从而产生难溶盐沉淀。化学沉淀法主要分为三种，即硫化物沉淀、钡盐沉淀以及中和沉淀法，其中被应用最广泛的是中和沉淀法。运用中和沉淀法是将废水的pH值调制碱性，通过沉淀剂和废水中金属离子发生反应，从而形成不溶固体进行沉淀，通常利用氢氧化钠或石灰等沉淀剂，使金属以氢氧化物形式在溶液中进行沉淀。使用石灰沉淀剂能够有效的将废水中超出1000mg/L的重金属离子除去，因其设备价格较低且安全简单，在重金属废水处理中被广泛的应用。OH-离子和重金属离子生产难溶氢氧化物沉淀的条件在于溶液中所含OH-离子和重金属离子的浓度，通过利用不同pH值条件下，各种金属氢氧化物沉淀析出的自身特点，可对各种氢氧化物进行回收再利用。所以利用化学沉淀法对重金属废水进行处理，其处理效果良好、流程简单、易操作以及投入成本低廉，目前为止该项技术是在处理重金属废水中被应用最广泛的方法。

1.2 吸附法

王秀莉、尚玉俊、宋丹丹在其研究中进一步证明吸附法是通过使用吸附剂对废水中的重金属进行吸附，通常使用的吸附剂包括沸石、活性炭以及粘土矿物等。其中活性炭具有较强的吸附能力，针对去除金属效率较高，但价格较贵并且使用寿命较短。近几年来的研究发现，矿物材料的吸附能力较强，具有最强吸附能力的是沸石，它是在重金属废水处理中被最早用到的材料。为达到降低处理费用并提升处理效果的目的，研究团队通过对各种材料运用改性技术，增加了材料表面有效功能团的数量，有效地提升材料吸附能力。在研究实践中发现，其针对处理重金属废水效果显著。

1.3 膜分离法

膜分离法主要通过一种特殊半透膜，经过外界压力作用，在不改变溶液化学形态的情况下，实现溶剂与溶质浓缩及分离的目的的方法。在进行膜分离法反应的过程中分离效率较高、分离浓缩可同时进行，易操作、易维护，并且针对有价值的重金属可进行回收利用。在常见的膜分离技术中有反渗透、液膜、微滤、纳滤、电渗析以及超滤等。其中在电镀废水处理中，反渗透技术和超滤技术被广泛的应用，同时重金属废水处理中，关于液膜法的运用也相对较多。蒋柏全等通过将CHCI3作为莫溶剂、表面活性剂为Span-80、流动载体为P507、内相制得液膜体系为H2SO4，在进行含镍废水的处理时，具有较高的迁移率且稳定性良好，基于液膜配比保证最佳的操作条件，其中Ni2+的迁移率为98.19%。作为新型的重金属处理技术，膜分离技术引起广泛关注并在工程实践中汲取了丰富的经验。

1.4 生物法

生物法主要利用生物体及其衍生物具有吸附水中重金属离子的作用，从而实现去除水中重金属，被称为生物吸附剂。生物吸附剂通常有真菌、藻类、细胞提取物或者细菌。和传统吸附剂不同，首先，生物吸附剂的适应能力较广，可在不同pH、不同温度以及加工过程中操作；其次，有较高的选择性，可在吸附重金属的同时不受碱金属离子的影响并且在小于10mg/L或大于100mg/L的浓度环境下，其金属吸附能力都非常良好；最后，其具有较强的再生能力且操作步骤简单，当再次使用时，其吸附能力并未发生明显变化。在重金属废水处理办法中，生物吸附法具有良好的经济性，因其使用原料价格较低且来路广泛，实现了“以废治废”的目的，且随着生物吸附剂的深入研究，其在净化重金属废水领域发展前景良好。

2 案例分析

2.1 化学沉淀法处理含氟废水的应用

SZ工业园区中M公司主要生产微控制器和LCD驱动器，该公司现有一套设计处理能水为20m3h的废水处理装置，处理电镀工艺中产生的含氟废水并含有少量Cu2+和Zn2+，处理水排放至城市二级污水处理厂。现有处理装置采用化学沉淀法。通过利用NaOH沉淀上述金属离子，CaCl2沉淀F-。通过长期对运行过程进行观察，处理后的废水中F-与金属离子基本符合标准。

处理流程：进水水质-低浓度废水为Q5.8～6.4/ h、pH值为5.4～5.6、ρ（F-）36～46mg/L、ρ（Zn2+）7.7～8.1g/L、ρ（Cu2+）1.1～1.6mg/L、COD260～310mg/ L。高浓度废水为Q0.5～0.7t/h、pH值为2.5～2.7、ρ（F-）2200～2500mg/L、COD1255～1277mg/L。在电镀废水处理的过程中，控制反应槽的pH值为7～8，同时假定反应槽中的CaCl2为全部和废水中F-反应生成CaF2过程中所需要的CaCl2的量。出水水质：pH值为6.9～8.1、ρ（F-）5.7～6.2mg/L、ρ（Zn2+）0.7～1.1mg、ρ（Cu2+）0.4～0.7mg/L、COD29～34cg/L。

2.2 化学沉淀法处理含氟废水的应用效果分析

因含氟废水的组成部分不同，其处理条件的要求也不同。第一，将废水中的重离子和F-进行分离处理时，不同阶段的处理，降低了因彼此间的反应条件要求从而形成的干扰影响；第二，符合F-除去所需要的pH值与CaCl2加药量等的外界条件因素。试验的结果表明，CaCl2的加药量不是越多效果越好，适量不仅降低了成本同时保持处理效果具有积极作用；第三，因CaF2在19℃的条件下饱和溶解，折算为F-的质量浓度时8.0mg/L，所以此工艺中混合槽与絮凝槽形成良好的沉淀作用，针对CaF2的溶解效果良好。

3 结语

综上所述，以上的重金属废水处理方法具有很多优势，但由于重金属废水的水质较为复杂，需要根据实际情况合理的选择处理办法，同时针对重金属废水仅靠净化处理还是远远不够的，回收再利用才符合节约能源的发展理念。

[1]王秀莉，尚玉俊，宋丹丹．新型吸附剂处理重金属废水的研究进展[J]．工业水处理，2014，6（7）.

[2]陈芳艳，唐玉斌，茅新华．活性炭纤维对水中重金属离子的吸附研究[J]．辽宁城乡环境科技，2002，（2）.

[3]王骋，姚秉华，谢伟．重金属镉离子的支撑液膜分离研究[J]．水处理技术，2004，（5）.

[4]DhirajSud，GarimaMahajan，M.P.Kaur．Agriculturalwastematerialaspotentialadsorbentforsequesteringheavymetalionsfromaqueoussolutions-Areview[J]．BioresourceTechnology，2007，（14）.

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（责任编辑：王 波）

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1009-2374（2017）12-0124-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.064

梅越民（1980-），男，天津人，核工业理化工程研究院工程师，研究方向：机械设计与水处理。

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