重金屬廢水處理技術研究

施堅 莫丹

摘要：重金屬廢水具有累積性、持續性、難降解性和毒害性等特點，廢水的長期排放會導致排污口附近生態環境惡化，生物多樣性逐漸減少，并通過食物鏈最終影響到人體。本文主要針對重金屬廢水處理技術進行簡要分析，僅供參考。

關鍵詞：重金屬；廢水；處理技術

中圖分類號：C35文獻標識碼： A

一、沉淀法

沉淀法包括氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、還原沉淀法、絮凝浮選等沉淀法。氫氧化物沉淀法主要是利用重金屬離子在堿性條件下可以與OH-生成金屬氫氧化物沉淀的特性來去除重金屬離子。由于重金屬廢水一般酸性很高，需要對出水要進行PH調節，因此需要消耗大量的堿性物質，該方法對低濃度重金屬廢水處理效果不好。

硫化物沉淀法是在特定的堿性條件下，通過向重金屬廢水中投加硫化鈉或硫化鉀等硫化物，或者直接通入硫化氫氣體，使重金屬離子同硫離子反應生成難溶的金屬硫化物沉淀。該方法雖然比氫氧化物沉淀法產生的沉渣少，易脫水，但殘留沉淀劑會消耗水中的溶解氧，產生惡臭，易形成二次污染。

還原沉淀法是利用還原劑將廢水中的重金屬離子還原為金屬單質或者價態較低的金屬離子，先將金屬過濾收集，然后再往處理液中加入石灰乳，使得還原態的重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀收集。較常使用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、鐵粉等。該方法在處理高濃度重金屬廢水時有一定的優勢，一般作為廢水預處理工藝。由于處理過程中需消耗大量試劑，對于處理回用水方面，需要在水中保留較高的氧化劑或還原劑余量，成本過高，不太適合。

絮凝浮選沉淀法是通過添加絮凝劑使得廢水中的小膠體顆粒穩定性變差，聚集形成大顆粒膠體物質，最終通過重力作用將重金屬沉淀下來。為增大膠體顆粒的尺寸，采用浮選的辦法，用于將不穩定的膠體粒子變為固相絮凝物。這一浮選過程一般包括兩個重要的步驟，一是調節pH值，二是加入含鐵或鋁鹽的絮凝劑，以克服離子間靜電排斥導致的穩定作用。

二、離子交換法

離子交換法是利用離子交換樹脂把廢水中的重金屬離子交換出來，重金屬離子在通過H型離子交換樹脂時，被H+取代，從而除去重金屬離子。離子交換法的處理效率會隨著樹脂中可交換的H+被消耗而降低，需定期對樹脂進行再生，離子交換法占地面積較大，會產生大量的再生廢液。

三、吸附法

吸附法是應用多孔吸附材料吸附處理廢水中重金屬的一種方法。傳統吸附劑有活性炭和硫化煤等。近年來，隨著人們逐漸開發出具有吸附能力的材料。包括硅藻土、泥煤、礦渣、浮石、麥飯石及各種改良型材料?；钚蕴渴悄壳皬U水中普遍采用的吸附劑，其比表面積大，吸附能力強。利用活性炭的吸附和還原，可以處理電鍍行業和礦山冶煉產生的重金屬廢水，但造價較高。

四、電化學法

電化學處理重金屬廢水是一種使用電能去除水中的重金屬、懸浮固體、有機物和其它多種污染物的電化學過程。電化學工藝是利用外加電壓來電解廢水，其采用可溶性陽極（Al或Fe），在陽極上生成Al3+，Fe2+，Fe3+等陽離子，與水中OH-離子結合成Al(OH)3，Fe(OH)2，Fe(OH)3等絮凝劑，去除廢水中的微粒和雜質。同時在陽極上析出O2微氣泡，在陰極上產生具有還原能力H2微氣泡，可與廢水中的污染物起還原反應，或生成氫氣。未被徹底氧化的有機物部分還可和懸浮固體顆粒被Al(OH)3吸附凝聚并在氫氣和氧氣帶動下上浮分離，從而提高水處理效率。其工作機理主要包括三個方面：電解凝聚、電解氣浮以及電解氧化還原。

電解凝聚是指可溶性陽極產生的陽離子經過水解、聚合作用，可以產生一系列多核羥基絡合物及氫氧化物，這些物質作為絮凝劑可對水中污染懸浮物及膠體進行絮凝作用，它們的絮凝效果要比傳統的絮凝劑高很多。

電解氣浮是指水在電解時產生少量的O2和H2微氣泡，這些氣泡的粒徑和密度都非常小，具有一定的吸附能力和浮載能力，能吸附水中的污染物，并產生絮凝團浮升到水面，從而達到固液分離的效果。

電解氧化還原是指水在電解過程中產生的O2等具有強氧化性的物質可以把大分子有機物氧化成小分子有機物，小分子有機物通過絮凝和氣浮就能很好去除。

五、反滲透法

反滲透法于70年代應用于電鍍廢水的治理，現已應用于鍍鋅、鎳、鉻漂洗水以及多種重金屬混合的廢水治理。UJANGZ.采用復合低壓反滲透膜對Zn2+和Cu2+的廢水進行處理研究，在適宜的溫度、PH和操作壓力條件下，水回收率為40%，Zn2+和Cu2+的去除率可達到90%以上；投加適宜的EDTA時，兩種金屬的截留率均達到99%以上。納濾又稱松散型反滲透，對二價離子具有很高的截留率，利用納濾膜處理鍍鎳漂洗水可達到出水循環回用和鎳回收的目的。反滲透法雖然去除效果好，但膜易堵塞，周期短，需定期更換反滲透膜，造價較高。

六、生物修復法

重金屬在生物體內，有累積，富集的現象，且一些生物對特殊的重金屬元素，有明顯的耐受性。鑒于這種特性，生物被用來對重金屬廢水進行富集，回收分離。由于生物處理具有成本相對較低，易于管理等特點，在低濃度重金屬廢水領域，生物修復法被認為是最具有發展前景的重金屬廢水處理技術。由于高濃度重金屬廢水對生物具有毒害作用，生物法一般用來處理低濃度重金屬廢水。按照生物的種類不同，生物處理法可被分為植物處理、動物處理和微生物處理三種。

1、植物處理

植物處理是利用天然或者遺傳工程培育的植物對污染物進行處理的技術。利用植物實施污染環境修復的觀念并不新穎，很早以前人們就認識到一些水生植物（如鳳眼蓮、浮萍等）能夠吸收污染水體中的Pb、Cu、Cd、Fe和Hg等重金屬污染物。上世紀80年代中期Gersberg等對加利福尼亞的一人工濕地進行人工添加高濃度zn、cd和Cu，通過為期一年對濕地凈化重金屬的效果調查研究發現，濕地對這三種重金屬的去除效果顯著，去除率均達到90%以上。Groudeva等人研究發現蘆葦、香蒲、燈心草對污水中銅、鉛、鎘、鐵都有一定的富集作用。超積累植物在富集重金屬方面優勢更為明顯，超積累植物可以在不影響正常生長的情況下積累高于普通植物百倍濃度的重金屬，并可對富集于植物中經濟價值較高的重金屬進行回收。研究中發現，鳳眼蓮根部對水中8.0μg/kg的銀的富集系數達到60多萬倍，灰分銀含量達到18.5%，在動態實驗中72.5μg/kg的含銀廢水處理后鳳眼蓮根部灰分中含銀63.5%，從這些灰分中提煉銀得到成功。由此可見植物在富集去除污水中重金屬有著很大的開發前景。

2、動物處理

水生動物對水體的重金屬也有必定的富集才能，尤其是無脊椎動物對鋅和鎘具有很大的富集才能（富集系數到達104～105）。龐艷春等人查詢表明，利用河蚌處理重金屬廢水，在重金屬濃度為3.125mg/L時，其對重金屬Cu2+、Pb2+、Zn2+、Ag+的脫除系數到達72.0％～89.9％。

3、微生物及藻類處理

微生物通過生物絮凝，生物吸附，生物沉積等效果完成廢水中重金屬的轉化，堆積和固定。研討發現，少量的活性污泥能夠起到顯著的去掉重金屬的效果。別的，微生物還能夠代謝發生由多糖、蛋白質、纖維素、聚氨基酸等天然高分子物質，該類分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物彼此凝聚沉積。

另一方面，濕地體系土壤中的微生物，對重金屬的去掉具有間接效果。成水平等人的研討指出，濕地體系中的微生物代謝放熱，可能是體系冬季出水溫度（5℃）高于進水溫度（0℃）的緣由，即微生物的效果使得濕地體系具有保溫效果。這關于濕地體系冬季防冰具有重要意義。微生物與植物協同效果則能夠強化植物對污染物的吸收。

結束語

處理重金屬廢水的方法各有優缺點，重金屬廢水水質比較復雜，通常含有多種重金屬離子，為了達到更好的處理效果，需要將幾種工藝組合起來，揚長避短。另外生物處理法在處理低濃度重金屬廢水方面，具有投資少，效果好，運行成本低等特點，具有廣闊的應用前景，有利于改善河流水生態環境。

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