浅议重金属废水处理技术和资源化

刘明亚 张 凯 毕远伟

（核工业理化工程研究院，天津 300180）

浅议重金属废水处理技术和资源化

刘明亚 张 凯 毕远伟

（核工业理化工程研究院，天津 300180）

近年来，环境污染问题成为国内国际社会广泛关注的问题。为减少重金属废水对环境造成的污染，文章通过对重金属废水处理的必要性进行分析，进而对几种不同的重金属废水处理技术展开了分析，并对重金属废水的资源化利用做出了进一步探究。

重金属；废水处理技术；电解法；膜集成技术；资源化；环境污染

根据我国卫生部的全国污染源普查结果，2015年，我国重金属废水中含砷、铬、汞、铅等重金属的量约为2.21万t，废水排放总量为869万t，在造成严重环境污染的同时，也导致了重金属资源本身的极大浪费。在此背景下，加强对重金属废水处理技术和资源化利用的研究，已成为当前环境治理工作开展过程中的首要任务。

1 重金属废水处理的必要性

重金属废水中的砷、铬、汞、铅等元素及其化合物会被水中的植物、鱼类等收集并沿食物链传递，对此类重金属及其化合物进行分析可知，其能够导致蛋白质与活性酶失活，从而引发代谢紊乱，而由于其无法自然降解或经由生物代谢而排除，故极容易对人类健康与其他生物的生存和发展带来严重威胁，因此有必要也必须加强对重金属废水处理技术的研究。

2 重金属废水处理技术

2.1 电解法

电解法处理重金属废水的原理为：在直流电作用下，废水中带正电的重金属离子迁移至阴极，且在阴极获得电子而被还原，所产生的金属单质则沉淀至反应器的底部或是吸附到电极表面，实现废水除盐与水中重金属的回收。以电化学镀镍液为例，利用电解法对温度T＝80℃、pH＝9且电流密度为8.0mA/cm2的镀镍液进行电解，结果发现，在循环条件下通电2h后，可从废水中回收97.9%的金属镍。对基于电解法的重金属废水处理技术进行分析可知，该方法无需添加任何化学试剂，故不会产生二次污染，但在溶液（废水）内部，随着反应的逐渐进行，原溶液中金属离子的浓度也逐渐下降，从而导致溶液电阻率升高，耗电量也随之增加，故电解法并不适用于低浓度的重金属废水处理。

2.2 化学沉淀法

化学沉淀法，即将硫化物、氢氧化物、钡盐等沉淀剂投入到重金属废水当中，使其与废水中重金属离子发生反应并形成沉淀，达到取出废水中游离的重金属离子目的的一类技术。对化学沉淀法进行分析可知，该方法具有操作便捷、工艺简单的优点，但在对重金属处理过程中会产生大量的废渣，若不对其进行二次处理，将很有可能产生二次污染。近年来，化学沉淀法在工艺和沉淀剂方面取得了显著进展，例如，目前，一种新型的有机螯合剂——二丙浮选剂被大量应用于废水中重金属的去除工作当中，由于该螯合剂的重金属去除不会受到pH与多重金属离子的干扰，故基于该螯合剂的废水中的重金属去除率高达99.9%。

2.3 生物吸附法

生物吸附法是近年来新兴的一种重金属废水处理方法，对生物吸附进行分析可知，其是生物通过静电作用、共价作用或分子力作用吸附在生物体表面的一种现象，而基于该方法的重金属废水处理主要包括两个步骤：首先，重金属离子与细胞表面大分子物质与官能基团的结合；其次，生物体细胞对废水中的重金属离子进行主动运输和吸收。2013年，湖南某铅锌铜矿工作人员从矿石中分离获得地衣芽孢杆菌，通过观察，此种杆菌的表面电荷会随其pH值的下降而增加，使得Cr6+离子同生物吸附剂结合点位间的相互作用大幅增强，从而强化了对金属离子的去除效率，表明生物吸附法能够增强重金属离子的去除效果。同年，该工作人员从湖南某镉污染地分离纯化获得的嗜麦芽窄食单胞菌在对地区含镉废水进行处理时发现，废水样本中的镉的初始质量浓度为1.0mg/L，pH为6～7，在利用嗜麦芽窄食单胞菌吸附2h后，废水中约有82.9%的镉被吸附至嗜麦芽窄食单胞菌表面，表明嗜麦芽窄食单胞菌能够有效吸附废水中的镉。

2.4 离子交换法

离子交换法去除废水中重金属离子的原理为，使离子交换剂的功能基团同废水中重金属离子进行交换，从而将废水中的重金属离子去除，具体来说就是，当重金属废水经过离子交换器时，重金属离子间的浓度差与交换剂的功能基团形成较强的离子亲和力，由此来推动二者间的离子交换，进而达到去除废水中重金属离子的目的。目前，基于离子交换法的重金属废水处理过程中，常用到的离子交换剂包括了阴阳离子交换沸石和树脂等，特别是阴阳离子交换树脂的应用效果尤为显著。例如，河北省某钢铁厂所排废水中含有大量的铜、铅等重金属离子，该公司通过向其待处理废水中加入1，1二羧酸酯-2-乙酸磷酸酯功能团树脂，从而有效去除了其中的铜、铅等金属阳离子，从而确保了其处理后的废水满足钢铁生产的废水处理和排放要求。

3 重金属废水的资源化利用的实例分析

利用相关技术对重金属废水进行处理并非重金属废水处理的最终目的，重金属废水处理要求废水中重金属含量达到相关标准后，应对重金属废水进行资源化处理，即废水的资源化处理和重金属的资源化处理。现阶段，我国在重金属废水资源化领域已取得了一系列重大研究成果且被成功运用至部分实际重金属废水处理工程当中，相关资源化技术主要包括两方面：

3.1 基于膜集成技术的含铜废水处理

2013年，浙江省某工程施工后产生了大量的含胶体和重金属Cu2+的工业废水，地方环保部门和该工程单位环境部门根据所选纳滤膜的分离特性与纳滤处理前后水样的导电率，进而对废水中含有的Cu2+进行截留，节流范围为85.3%，相应的截留分子量的范围为756Da，在膜集成技术处理后，废水中的Cu2+浓度由138.2mg/L降至1.79mg/ L，且废水的导电率也降至5.7us/cm，使出水水质较好地达到了生产用水要求。同时，经处理后的浓缩废水被转移至回收浓缩系统和萃取系统进行回收和萃取，最后经由电解将水中残留的Cu予以回收，基本实现了该工程废水处理的闭路循环，而后该重金属废水资源化工艺被临近地区的相关工程所使用，且地区基于该工艺的含铜废水中可回收的电解铜约为100t/年，较好地实现了含铜废水的资源化处理。

3.2 基于混凝沉淀与膜处理相组合的蓄电池废水处理

2014年，广东省某化工企业利用混凝沉淀与膜处理相组合的工艺对厂内蓄电池废水进行处理，通过在蓄电池废水中加入石灰、NaOH对废水的pH进行调节，并使重金属离子形成沉淀，而后利用将沉淀物同废水进行分离，在此基础上借助微滤和纳滤等膜处理技术将蓄电池废水中残留的重金属离子进一步分离。结果表明，经过混凝沉淀后，废水中的大部分重金属离子被去除，而膜处理后，废水中铅、镉的浓度分别为0.3mg/L和0.02mg/ L，回收率也达到72.5%，能够基本满足工业生产和排放的标准。

4 结语

本文通过对重金属废水处理的必要性进行说明，进而对重金属废水处理的电解法、化学沉淀法和生物吸附法等相关技术方法做出了系统探究，并对重金属废水的资源化实例展开了详细的论述和分析。研究结果表明，重金属废水处理和资源化的方法较多，未来应结合重金属废水的实际情况选择恰当的方法对其进行处理和资源化利用，从而为提高重金属废水资源利用效率和强化环保效果奠定良好基础。

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（责任编辑：王 波）

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1009-2374（2017）12-0128-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.066

刘明亚（1982-），男，河北石家庄人，核工业理化工程研究院工程师，研究方向：工艺控制、水处理系统工艺。

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