重金属废水处理方法的探讨

杜士帽，董四禄

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

0 前言

1 化学沉淀法

化学沉淀法主要分为中和沉淀法、螯合沉淀法、硫化物沉淀法。中和沉淀法是通过向废水中投加石灰乳、氢氧化钠、碳酸盐等沉淀剂形成氢氧化物或碳酸盐沉淀而去除重金属离子。鳌合沉淀法主要利用的是重金属捕集剂，其与废水中的重金属离子形成难溶的鳌合物后沉淀析出，从而达到去除重金属的目的。硫化物沉淀法是将重金属废水调至一定碱度后，向其中投加硫化物沉淀剂，使硫离子与重金属离子反应生成难溶于水的沉淀，而后过滤分离重金属的方法[1]。

化学沉淀法具有处理成本较低，管理方便，效率高、简便等优点，但存在许多限制[2]，化学沉淀法不适合处理低浓度的重金属废水，且受沉淀剂和溶液性质的影响很大，同时由于不同金属的氢氧化物理论最小溶解度的pH值不同，故重金属的综合去除率受到影响，容易造成二次污染。

2 微生物法

在废水处理中，通过功能菌的作用，使废水中的铜、铬、锌、镉、镍、铅等金属离子被菌体吸附和络合，经固液分离，重金属离子随沉淀成污泥而去除。微生物法处理电镀废水有以下优点[3]：(1)综合处理能力强，能够较好地处理电镀综合性废水；(2)处理方法简便适用，不需要繁琐地调节废水pH值；(3)处理过程控制简单，生物法处理电镀废水运行过程中实际上只有一个控制参数，就是含菌水和废水的混合比例，运行中的控制很简单，容易实现自动化处理。但同时仍存在一些缺点[4]：(1)功能菌反应效率有待提高；(2)功能菌繁殖速度较慢；(3)处理后废水难以回用。

3 电化学法

电化学法是运用电解原理，通过重金属离子在水溶液中定向的迁移至电极发生氧化还原反应来达到废水净化的方法，可分为电解还原法、电絮凝法和微电解法等。

电解还原法是利用废水中的重金属离子和有害物质通过电解过程在阳、阴两极上分别发生氧化和还原反应，转化成无害物质；或利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，生成不溶于水的沉淀物，然后分离去除。目前研究较多的为电沉积，其最大的优点为可以回收废水溶液中的重金属，与传统的化学沉淀法相比，较为经济。电解还原法处理电镀废水，国内外都存在耗电量高、电极板消耗大、处理成本高[5]等特点，同时并不能完全去除废水中的重金属离子，而且沉淀的氢氧化物组成并不稳定，在一定的氧化剂或酸性介质中，有重被溶解的可能，引起二次污染的问题。

电絮凝又可以称为电凝聚，是指可溶性金属电极板(如铁板、铝板)，在外加的直流电源作用下，金属阳极板电解产生大量的阳离子，这些阳离子经过一系列复杂的水解和聚合作用，产生具有絮凝作用的物质，对水中污染物进行絮凝，从而将污染物去除的过程。

林强信现在就坐在我面前，我想往那张厚颜无耻的脸上狠狠地啐一口唾沫。唾沫在我舌尖上滚了滚，又像果冻一样滑进了肚里。吐他脸上，浪费了口水！

电解过程如下：

Al阳极反应：

Al→Al3++3e

Al3++3H2O→Al(OH)3+3OH-

nAl(OH)3→Aln(OH)3n

阴极反应：

3H2O+3e→3/2H2+3OH-

电絮凝的作用机理主要包括三个方面：电解絮凝、电气浮以及氧化还原。主要起到絮凝重金属、浮选、氧化还原有机物的作用。

影响电絮凝处理效果的因素主要有：NaCl投加量、电流密度、电压、pH值、反应时间、极板间距、废水浓度等。

电絮凝技术具有以下优点：(1)设备简单，使用方便；(2)不产生二次污染且产泥量少；(3)去除重金属的同时也可去除废水中的有机物，提高了废水的可生化性。但电絮凝技术用于废水处理的潜能目前尚未完全挖掘出来，其主要原因在于该技术还存在一些缺点：(1)阳极需要定期更换；(2)处理高浓度的重金属废水，耗电量较大，且大多企业的电费较高；(3)极板容易发生钝化，会影响废水处理的效率；(4)废水需要保持一定的电导率，适应性较差。

微电解法是利用铁碳颗粒表面以铁为阳极，碳化铁、硅和其他杂质为阴极的微小腐蚀电池之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池，并以废水为电解质溶液(含Cr6+、Cu2+、Ni2+、Zn2+废水)，以电化学、化学反应和物理反应(包括氧化- 还原、置换、絮凝、吸附、共沉过滤等诸多原理)综合作用来去除废水中的重金属离子。将铁碳颗粒物浸没在废水中时，如果废水酸性强，还原铁会和酸反应生成Fe2+，在弱酸或中性条件下由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。微电解法具有使用范围广、工艺简单、处理效果好、能耗低等特点，但存在反应时间长、处理效果没有电解还原法好等问题。

4 离子交换法

离子交换法是利用离子交换树脂中的交换离子同电镀废水中的某些离子进行交换而将其除去，使废水得到净化的方法。离子交换的过程一般可认为是被处理水溶液中的离子扩散到树脂表面附近的液膜层，然后再由树脂表面扩散到活性基团所带的可交换离子附近并进行交换。从树脂上被交换下来的可交换离子，通过树脂内部微孔扩散到树脂表面，然后通过薄膜扩散到被处理的水溶液中。

离子交换法适用于浓度低，水量大的废水处理，不适于处理含重金属浓度高的废水，因为交换树脂交换容量有限，易饱和，树脂再生效率较低，一般为20%～40%。同时，离子交换法一次投资大，一般占地面积较大，存在再生洗脱液的处理问题，易造成二次污染。

5 膜分离技术

膜分离技术去除重金属废水原理是以压力为推动力，依靠膜的选择透过性进行重金属离子与水的分离、纯化与浓缩的一种处理技术[6]，可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析等。

微滤和超滤是在一定压力差的作用下，依据孔径的大小进行筛分，去除重金属时，需与其他技术相结合。纳滤的操作区间介于超滤和反渗透之间，可以截留约1nm的物质[7]。反渗透膜是一种半透膜，且具有选择透过性，允许溶剂通过而截留离子物质，因此能够有效去除水中溶解的重金属盐类[8]。

国内外用反渗透处理含镍废水有两种方法，一种是单反渗透处理，另一种为反渗透与离子交换法联合处理。Qin等人[9]研究了用反渗透膜处理电镀废水的可行性，得到镍离子的去除率为99.8%，其中进水pH值对镍离子的去除率有较大的影响。Benito等人[10]用反渗透处理电镀废水，可以回收75.95%净化水用于生产过程，减少大量的废水排放，同时又可以全部去除金属离子。

电渗析是一种利用低压直流电将废水中的阴阳离子定向运动并选择性地透过阴、阳薄膜，并将电解质浓缩在一定的区域内，另一些区域内则得到较纯的水。

电渗析的浓缩比较高，浓缩液与淡液的浓缩比可达100倍左右，比反渗透浓缩比高，浓缩后的溶液可回用于镀槽。但电渗析器运行中在阴膜和阳膜靠浓水的面上有时出现结垢现象[11]。结垢是由于电渗柝过程所产生的极化现象所引起的。电渗析处理的电镀废水，要求金属离子浓度较高，而且存在浓差极化的问题，造成膜的结垢，影响膜的寿命，故应用较少。

采用膜分离技术处理重金属废水具有能耗低、占地少、操作方便、无相变、无二次污染、分离物易于回收、系统运行稳定和出水水质好等优点。但也存在稳定性差、清洗较难、处理成本较高等问题[12]。成本高、通量小、操作过程复杂等特点限制了其在重金属废水处理领域的广泛应用，目前，仍需研究开发抗污性能和分离性能优良、使用寿命长的膜材料。

6 吸附法

吸附剂是吸附法的核心因素，其性能的优劣决定了分离效果的好坏及分离效率的高低。重金属废水的处理效果主要取决于吸附剂的比表面积、孔的结构特征和表面上的功能基团。重金属处理的吸附剂按来源和化学结构可分为天然吸附剂、合成吸附剂等类型。

天然吸附剂，主要为天然矿物和经过加工处理的产物，由于来源广泛，价格低廉，在重金属废水处理行业引起了广泛的重视。同时农林业副产品及其加工过程中产生的废弃物，应用于重金属吸附的主要有木纤维、玉米秆、稻壳、木屑、树皮和壳聚糖等。

改性天然吸附剂，鉴于纯天然吸附剂虽然来源广泛，价廉易得，但是由于本身结构的局限，对于重金属的吸附容量较小，吸附效率低，选择性差等缺点，对其进行物理或者化学改性，改善其吸附性能和选择性。

合成吸附剂可以根据吸附对象的结构特点和性能来进行设计和合成，相比天然吸附材料具有结构与性能上的可设计性和预期性，合成过程的可控性，可以更好地满足吸附分离要求。

理想的吸附剂应具有适用范围广、吸附容量大、吸附选择性好、吸附时间短、再生性能好、机械强度好、无污染和制备价格廉价等特点。处理重金属废水难以实现重金属回收和吸附剂的回用。

7 结论

本文通过调研分析重金属废水的处理方法，得出以下结论，近年来微生物、电化学、离子交换、膜分离技术、吸附等处理重金属废水的技术引起了越来越多的关注，这些方法相比沉淀法具有安全、无毒、不产生二次污染等优点。相关技术已在实验室得到论证，部分已得到实际运用，因此利用上述新兴方法处理重金属废水具有很好的发展前景，但各类方法均存在不足。本人认为采用组合工艺发挥不同处理方法的技术优势是提高重金属处理效率的一种可行方法，如何利用各种方法的特点，有效的组合各种重金属处理工艺，提高重金属的治理效率有效回收废水中重金属也是重金属废水处理需要重视的问题。