重金属废水处理技术现状与发展趋势的研究

（中地泓通工程技术有限公司，江苏 南京 211500）

随着化学工业的发展，人类对重金属的使用不断增加，重金属污染也日益严重。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。重金属废水排放不达标，不仅浪费了金属资源，对经济效益造成影响，还对生态环境也造成了严重的危害。因此，重金属废水治理成了环保领域的重要内容。

1 重金属废水的来源及危害

1.1 重金属废水的主要来源

重金属废水主要来自开矿和化工等部门，这些部门主要是在矿山排水、电镀厂镀件及农药生产等过程中产生重金属废水。同时，不同的生产部门重金属废水中重金属离子的状态和含量也会有所区别。

1.2 重金属废水的危害

微量元素影响着人体的健康。例如，Zn、Fe、Cu都属于人体必需的微量元素。Zn具有增强免疫力的作用，Fe在人体中的主要功能是参与氧气的运输，促进造血。Cu参与人体的造血过程，维持免疫功能的正常发挥。同时，Cu、Zn参与人体糖代谢过程。然而，摄入过量的微量元素也会对身体健康造成损害。例如，Zn过量会降低人体免疫力，Fe过量会损伤肝脏，Cu过量引起新陈代谢紊乱[1]。虽然微量元素是人体不可缺少的元素，但摄入不足或者过量都会对人体健康造成损害。重金属废水排放到生态环境中，不仅影响我们对微量元素的摄入，对身体健康造成损害，同时也会造成经济损失。

据报道，江苏某化工厂向水库排放了46 000余吨重金属废水，造成鱼产量从13万斤下降到3万斤左右。由此可见，重金属废水破坏了水库的生态平衡，严重危害了鱼类的正常生长，从而直接影响了鱼类的产量[1]。

北京某化工厂排放重金属废水，导致2 000亩小麦死亡。重金属废水直接排放到农田生态系统中，造成土壤中重金属的含量超标，进而抑制小麦根部生长发育，甚至死亡，给农业经济造成损失。

2 重金属废水处理技术现状

如今，虽然重金属废水有很多处理方式，但大多数采用化学法、物理化学法、生物法处理重金属废水。下面我们对这三种处理废水的方式进行简单讨论。

2.1 化学法的整体应用

中和沉淀法是在重金属工业废水中加入碱性化合物，碱性化合物和重金属离子经过化学反应会形成不溶于水的化合物。这种方式处理重金属废水不仅能除去工业废水中的重金属离子，同时加入的碱性化合物能和废水中的酸进行中和反应，有效地中和工业废水中的酸。与此同时，碱石灰和消石灰等碱性化合物，除了不能去除重金属工业废水中的汞离子外，其他重金属离子都可以去除。由于碱石灰和消石灰等碱性化合物价格便宜，所以整个工艺流程成本低，且操作简单。但这种处理方式有以下弊端：使用碱石灰和消石灰等碱性化合物处理重金属废水会产生大量的沉渣且反应速度慢。为了提高反应速度且减少沉渣，Na2CO3和苛性钠也可作为碱中和剂处理工业重金属废水。但Na2CO3和苛性钠造价较贵，成本高且沉渣含水率高，容易再次造成污染。

处理重金属工业废水，除了加碱性化合物，还可以在工业废水中加入硫化物。在重金属工业废水中加入硫化物后，重金属离子就会沉淀。使用硫化物处理工业重金属废水，析出的沉渣含水率低，并且处理过后的硫化物含量低。采用硫化物处理工业重金属废水的方式存在以下缺陷：硫化物造价较高，使用具有危险性。使用硫化物不当会产生酸性废水，需要再进行处理，这些都增加了重金属工业废水处理的流程。因此，受处理成本高、操作较繁杂等影响，硫化物沉淀法的应用受到了限制。

2.2 物理化学法的结合应用

2.2.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法是基于重金属离子在萃取剂和水中的溶解度存在差异。常用的萃取剂有三辛胺和亚油酸等，使用溶剂萃取法处理重金属工业废水操作简单。使含有萃取剂的有机物与含有欲被提取的金属离子的水溶液在一个接触器中充分混合，此时发生化学反应，被萃取的金属离子与萃取剂生成萃合物，极大地提高了对重金属回收的效果。

2.2.2 离子交换法

离子交换法是工业废水中重金属离子和交换树脂之间发生离子交换，从而达到处理工业废水的目的。阴离子交换树脂、阳离子交换树脂和腐植酸树脂在离子交换法过程中使用比较广泛。其中，处理重金属工业废水的理想树脂材料是壳聚糖及其衍生物。离子交换法处理重金属工业废水有利于对工业废水的净化，同时促进了对重金属回收的效果，但树脂材料容易被污染，整个流程操作所需成本也较高。

2.2.3 吸附法

吸附法是利用吸附剂的表面活性对重金属离子的吸引，达到去除工业废水中重金属离子的目的。由于工业废水中有些重金属离子不能和碱性化合物反应产生沉淀，因此可以用吸附剂对废水中的重金属离子进行物理吸附。吸附法处理重金属工业废水的优点是吸附剂种类多且价格便宜，但存在吸附剂使用时间短且对重金属的回收效果不佳等缺点。

2.2.4 膜分离技术

膜分离技术是在某种环境中对混合物各组分性质的差异进行分离的原理。在使用膜分离技术前，要先对重金属工业废水进行氧化、还原、吸附处理，重金属工业废水中的金属离子便会转成特定大小的不溶微粒。膜分离过程是在选择性透过膜两侧施加不同的压力，不溶微粒的组分选择性地透过膜，对不溶微粒进行分离，从而达到处理工业废水的效果。

2.3 生物法

生物法是通过微生物的代谢过程，使重金属工业废水中的有机污染物和无机微生物的营养物质进行反应，从而生成无害的物质。下面对常见的三种生物法处理重金属废水进行简单说明。

2.3.1 生物吸附法

生物吸附法通过生物质对工业废水中的有害物质进行去除，从而回收工业废水中的有用成分[2]。生物吸附法通过微生物细胞外积累、沉淀等方式，将工业废水中的重金属除去。

2.3.2 生物沉淀法

生物沉淀法是通过微生物使工业废水中重金属离子沉淀。近年来，硫酸盐还原菌处理重金属工业废水取得了很好的发展。例如，硫酸盐还原菌处理工业废水的过程为：在缺少氧气的情况下，硫酸盐还原菌会产生硫化氢，工业废水中的重金属离子和产生的硫化氢进行反应产生硫化物沉淀。同时，硫化物沉淀大多不溶于水，因此除去重金属离子取得的效果较好。研究发现，该技术对重金属工业废水中的铜、锌及镉处理效果较好。

2.3.3 生物絮凝法

生物絮凝法处理重金属工业废水，是通过微生物的代谢产物和重金属离子作用后产生沉淀，从而可以对重金属进行回收。生物絮凝法基于微生物表面具有较高的电荷，从而可以和工业废水中的金属离子进行反应，达到除去工业废水中重金属离子的目的。因此，微生物处理工业废水重金属过程中，微生物的作用就像高分子聚合物一样，充当着絮凝剂对重金属进行絮凝沉淀。

3 重金属废水处理技术的发展

由于工业重金属废水成分复杂，选用科学合理的方式处理重金属工业废水，不仅能回收工业废水中的重金属并加以利用，还能改善河湖的生态环境。重金属工业废水主要是化工企业产生的，例如，在进行有色金属加工酸洗过程中，工业废水中含有汞、砷、铬等元素。在进行矿山开采时，工业废水中含有各种矿物质和重金属离子。除此之外，部分轻工业在制造颜料或农药时，排放的工业废水也会含有汞、镉、砷等重金属。为了保护生态环境，目前处理重金属工业废水大多采用生物法、化学法和物理法。生物法是借助微生物本身絮凝的吸附作用对工业废水中的重金属进行沉淀。化学法是指工业废水中的重金属离子通过和碱性化合物发生化学反应，形成盐的沉淀。物理法是在工业废水中加入吸附剂，从而对工业废水中的重金属离子进行吸附。因此，在实际处理工业废水时要选择合适的方法。

化工企业将工业重金属废水排放进湖水后，废水中大部分的重金属离子通过物理化学反应聚集在水底。同时，生物法不能够对重金属进行有效地降解。随着湖水外部环境条件的改变，沉积物会转化成溶解态重金属，给湖水生态系统带来极大的危害。溶解态重金属不仅会污染湖水，也会给周围的土壤和空气带来污染。人类食用被重金属污染过的鱼类后，身体健康受到严重的伤害。因此，科学合理地处理工业废水有利于生态平衡。

4 结语

随着化工企业的不断发展，重金属工业废水的处理方式也受到越来越多的关注。通过物理法、化学法和生物法的介绍，我们了解到物理法是加入吸附剂，对工业废水中的重金属离子进行吸附。这种方法处理重金属工业废水效果好，但处理废水的成本高，难以适用于大规模的工业废水处理。化学法处理工业废水是通过加入碱性化合物和重金属离子进行化学反应，产生不溶于水的化合物沉淀，从而去除工业废水中重金属离子。这种处理废水的方法操作简单，且处理成本较低，但出水金属浓度较高，容易产生二次污染。相比物理法和化学法，生物法处理重金属工业废水具有经济高效的优势，并且有利于保护生态环境，成为公认的最有前途的方法。