重金属废水治理技术概况及主要发展方向

陆 海，彭 琼

（1.大冶有色金属集团控股有限公司技术创新部，湖北 黄石 435005；2.大冶有色金属集团控股有限公司企业管理部，湖北 黄石 435005）

重金属废水对环境会产生很大的污染，而且难以降解，对环境会产生持续性危害。采矿、冶金、化工等行业都会产生大量的重金属废水，如果缺少有效的处理，会对环境造成极大的危害。因此需要做好对重金属废水的研究，减少环境问题。

1 重金属废水

重金属废水就是在化工生产、冶炼中所排出的含有重金属污染物的物质，其中重金属元素主要包括汞、镍、钴、钼、钒、锰等等。

（1）重金属废水的来源。重金属废水主要来自于才采矿、冶炼、金属加工、化工生产、颜料制造等等，这些生产的过程中都会排除很多种废水，但是其中重金属含量比较多的，由于其对环境的影响比较大，所以重金属废水被单独作为一个类别。重金属废水构成复杂，不同的重金属废水在元素含量上也有明显的差异。随着工业水平的发展，人类活动对环境的影响也在增加，尤其是重金属废水，每年在排放商业呈逐渐上升的趋势。

（2）重金属废水的危害。重金属废水具有很强的毒性和致癌性，排放到自然环境中很难讲解，并且容易富集，会长期对自然环境造成影响。通过食物链进入人体之后，会在人体内累积，最后容易造成人患有疾病，或者身体机能出现混乱，对人的健康会造成十分严重的危害。

2 重金属废水处理的主要技术

（1）沉淀法。沉淀法的来处理重金属的废水的思路在于对重金属废水加入沉淀剂，使废水中的重金属沉淀，最后就达成了将重金属离子去除的目的。沉淀物包括螯合沉淀、硫化物沉淀等等，主要是因为重金属肺水肿的重金属物质难以被破坏，为了有效处理，只能将其转化成其他的形态。

①中和沉淀。通过向重金属中加入碱中和剂，使重金属的氢氧化物或者形成碳酸盐沉淀，就是中和沉淀法。这种方法对酸碱废水和化工生产中的处理残液比较有效，并且操作简单，使用相对广泛。但是由于沉渣量非常大，而且沉渣的含水率很高，所以很难对沉渣进行进一步的有效处理，造成某些离子很难达到排放的标准。②螯合沉淀。在自然条件下，使用重金属离子捕集沉淀剂，能够捕捉到废水中的重金属阳离子，比如汞离子、铜离子、铅离子、锰离子、锌离子等等，重金属离子会生成螯合物后析出，就能够达到去除金属重离子的目的，这就是螯合沉淀，这种方法的特点在于目前技术成熟，操作简单，在电镀行业也有很管饭的应用。使用该方法要使用大量的螯合剂，如何控制螯合剂成本，如何对滤渣进行处理是目前主要的研究方向。③硫化物沉淀。硫化物沉淀法就是利用重金属元素的硫化物难溶于水中的特性，所以通过使废水中的重金属离子生成硫化物，就能够使重金属离子析出。先将重金属废水调整至碱性，然后像重金属废水中加入硫化钠或者硫化钾，重金属就会和硫离子结合，生成难以溶解在水中的沉淀，之后就可以将沉淀过滤，达去除重金属离子的目的。使用这种方法更加容易脱水，也容易促进重金属回收，沉渣的金属品位很高。所以硫化物沉淀法除了会用于重金属废水处理，应用在重金属溶液的净化工作中。硫化物结晶比较细小，有些硫化物难以沉淀，容易继续漂浮在水中，如何改善硫化物沉淀的性能是目前主要研究方向。

（2）电化学技术。电化学技术处理方法包括电解法、间接电解和电絮凝，直接电解就是污染物在电极上直接被氧化或者还原，然后再将其从废水中取出；间接电解就是利用电化学产生的氧化还原反应，生成能够作为反应剂的物质，然后污染物就能够被转化为毒性更小的物质；电解徐宁实在直流电的作用下，让阳极被溶蚀，从而生成阳离子，再通过水解、聚合等步骤，最后就能够生成络合物，进行沉淀分离。随着目前工艺的不断完善，新型电化学技术比过去的处理效率更高，在重金属处理和回收上比过去成本更低。

（3）物理化学法。物理化学法是处理重金属废水最常见的方法，包括离子交换、膜分离技术等等，很多重金属处理方法都属于物理化学法。

①离子交换法。目前常用的离子交换剂包括沸石、交换树脂等等，使用离子交换法能够在短时间之内处理大量的重金属污水，并且出水质量也非常高，能够有效回收重金属废水资源。目前有离子交换车载移动处理装置，根据厂区的点状进行布置，在源头上解决污染问题。交换车能将废水进行集中处理，从而实现了重金属废水的集中控制。但是使用离子交换法的反应周期很长，废水的处理成本也比较高，需要进一步提升对重金属废水的处理性能。②膜分离技术。膜分离技术就是使用具有过滤功能的膜，将不同种类的重金属阳离子过滤掉，其中包括电渗析、扩散渗析。其中电渗析技术就是通过提供电厂，让膜的两侧能够具有浓度差，实现渗析的过程。使用直流电来对让膜两侧的离子实现定向迁移，电渗析方法是比较成功的方法之一，能够有效回收重金属，对于电镀废水的处理有很好的效果，可以做到废水组成不变，而且也有利于回槽的使用。扩散渗析技术依靠膜两侧溶液的浓度差来促使溶质进行扩散，这种方法主要利用膜的物理化学性质、原液的组成成分、浓度等条件，使用该方法能够实现对阴阳离子的选择性透过，并且把废水中的阴阳离子分离出来。翻身西技术是在农业一边加上比自然渗透压更高的压力，从而扭转自然渗析的方向，把溶液中的溶剂压到半透膜的另一边。膜分离技术的耗能很低，而且在分离的过程中不会发生物质相变，具有很好的分离效果，操作十分简单而且不会有二次污染，对于工厂而言，也能够很容易地就分离出产物，是目前的研究重点。膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤、反渗透，都可以实现对重金属阳离子的有效分离。膜分离技术也有膜难以制造的缺点，有些膜材料的稳定性比较差，对膜如何进行清洗和维护也有一定的难度，所以处理成本比较高而且难以推广，而且成本相对比较高。使用废水回用和物质回收的膜分离技术依然是目前比较高效的水处理技术，而且又非常广泛的应用。③吸附法。吸附法就是使用具有吸附功能的材料将废水中的重金属元素吸附出来，目前的吸附方法包括树脂吸附、无机材料媳妇和生物吸附等等。目前比较常用的吸附材料是活性炭，依靠活性炭的官能团能够和重金属离子发生质子交换或者离子交换，也能够产生络合反应活氧化还原反应，也能够利用离子之间的静电作用，实现对重金属废水中离子进行分离的目的。近年来发展比较快的吸附材料还包括碳纤维和沸石等等。使用无极吸附法在吸附的效率上比较高，但是在处理之后会产生很多废渣，如果不进行二次处理，就容易导致二次污染，所以成本比较高。

树脂吸附是基于数值中含有的各种活性基团实现对重金属阳离子的吸附目的，针对不同的重金属阳离子，可以选择对应的集团来保证吸附效果。常用的基团包括羟基、羧基和氨基，可以与重金属废水中的阳离子发生螯合反应，这样就能够生成十分稳定的、不溶于水的重金属螯合物，过滤之后就能够实现对重金属离子去除的目的。

生物吸附就是利用生物质加成的生物吸附剂来去除重金属阳离子，常用的包括细菌、酵母、霉菌等等，以及由生物产生的物质。使用这种方法进行降解，一般都不会出现二次污染，其次生物物质的来源比较广泛，并且很多物质都有比较便宜的价格。生物吸附剂容易解析，可以有效实现重金属的回收。但是生物处理法对换进的要求很高，比如需要控制好pH值和温度才能获得良好的效果，对其他离子浓度也比较敏感，有比较强的抑制作用。

3 重金属废水处理的发展方向

（1）生物法具有广泛的空间。生物法具有安全无毒的优势，处理之后不会产生二次污染，絮凝效果极好。微生物由于生长速度快，所以也具有容易工业化生产的优势。未来通过使用基因技术，还可以对微生物进行进一步的改造，让微生物对废水处理的针对性更强，具有广阔的发展前景。例如可以使用大型真菌对重金属生物的及副作用，来完成对废水中重金属的分离，由于大型真菌具有肌肤重金属的生物学特性和遗传潜能，为了保证大型真菌对重金属的吸收，需控制好周围的环境，保证大型真菌的寿命，要做好对空间的排布工作，确保废水中的重金属离子能被真菌充分的吸收。

（2）物理化学法依然有巨大的应用空间。物理化学法是重金属废水处理的主要技术，而随着技术的不断改良，能够提升设备对金属的吸附率，同时也能够对重金属更好地回收。比如在重金属废水中金属离子浓度比较低的时候，使用膜技术就能够获得非常好的分离效果。未来还需要继续研究膜材料，提升分离的水平。其次，通过研究重金属在废水中的活动机制，制造具有更强分离功能的膜材料。

（3）组合方法工艺。单纯采用某一种方法并不能获得比较好的过滤和处理效果，通过将物理化学和生物方法相结合，在重金属废水的处理效率会有明显的提升。而且，通过将不同的方法结合，有利于减少二次污染，使不同工艺能够相互弥补，提升重金属的回收率，也能降低成本，提升污水处理的经济效益。

（4）对重金属废水处理的成本控制是主要的发展方向。廉价而且高效的重金属废水处理方法一直都是研究的主要方向，这也是吸附法能够成为最为常用的重金属回收方法的主要原因。很多工业废弃物都具有吸收重金属的功能，由于来源丰富而且价格低廉，并且使用之后不用再生，所以能够很好地控制重金属回收的费用。

（5）回收重金属的利用。重金属虽然对自然有害，但是对于工业而言仍然非常重要，所以对重金属回收的研究，提升重金属回收的经济效益也是研究的主要方向。比如使用超滤-电解集成处理重金属废水，可以通过对超滤浓缩液的电解让重金属回收，能够实现控制污染、回收重金属的双重目的。

另外通过植物翠群、过滤等方法，实现对重金属的回收。这种方法也同样具有较高的经济效益，相比其他技术也更加简单，从富含重金属的土壤中提取重金属，实现了控制和回收的双重目标。

4 结语

重金属废水处理对环境污染治理意义深远，因此还需要继续做好重金属废水处理的研究，通过改善技术，解决重金属废水的处理困难，提升处理效率。通过将多种不同的技术结合，获得更好的处理效果，减少对环境的二次污染。