環保：國內外重金屬廢水處理技術

重金屬廢水是指礦冶、機械製造、化工、電子、儀錶等工業生產過程中排出的含重金屬的廢水。重金屬（如含鎘、鎳、汞、鋅等）廢水是對人類健康和環境污染危害最大的工業廢水之一。

常見的重金屬廢水的成分及其危害

鉻：一種強氧化劑，具有強致癌變、致畸變、致突變作用，可以誘發肺癌和鼻咽癌，此外，鉻還對皮膚黏膜有刺激作用，可以引起皮炎、濕疹、氣管炎和鼻炎。

鎘：一種有毒物質，進人人體后的鎘主要分佈於胃、肝、胰腺和甲狀腺內，其次是膽囊和骨骼中，尤其對腎臟損害最為明顯，還可導致骨質疏鬆和軟化。

砷：一種致癌物，大量的流行病學調査研究顯示，隨著飲用水中無機砷攝入量的增加，皮膚癌、肺癌和膀胱癌等癌症發生的危險性明顯增高。

汞：是一種劇毒物質，可以在人體內蓄積，而且容易被皮膚、呼吸和消化道吸收，能破壞中樞神經組織，能引起人體消化道、口腔、腎臟、肝等損害。

鉛：主要以粉塵或煙霧的形式通過呼吸道或消化道進入人體，鉛及其化合物對人體的毒性影響主要是損害造血和心血管系統、神經系統和腎臟。

鋅：一種毒性較小的污染物，只有當鋅離子濃度比較高時，才表現出毒性作用。誤食過量的鋅會起急性腸胃炎癥狀， 如噁心、嘔吐、腹痛、腹瀉、頭暈、周身乏力等。

鎳：一種有毒物，鎳化合物對皮膚黏膜和呼吸道有刺激作用，可能引起皮炎、氣管炎、肺炎等疾病。

銀：人體組織內微量元素之一，但是，當銀在皮膚組織中沉積，會導致銀質沉著病對眼睛及其呼吸道都有著傷害，也可能伴有支氣管炎。

銅：人體組織必須的元素，一旦攝入過量，會刺激消化系統，引起腹痛、嘔吐，甚至威爾遜氏症。

重金屬廢水的成份和危害還有很多，小編就不一一舉例了，隨著工業的快速發展，重金屬廢水的數量也在快速增加，對自然環境和人體健康造成了很大的危害。如何有效處理水體中過量的重金屬，減少對人類的危害，是所有有良知的機構與企業關注的重中之重。

處理重金屬廢水，見招拆招，對症下藥

1.化學沉澱法

1）氫氧化物沉澱法：往重金屬廢水中加入鹼性溶液，利用OH-與重金屬離子反應生成難溶的金屬氫氧化物沉澱，通過過濾予以分離。

2）硫化物沉澱法：將重金屬廢水pH值調節為一定鹼性后，再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澱，然後被過濾分離。

3）還原沉澱法：這種方法的原理是，用還原劑將重金屬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，然後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澱收集。

4）絮凝浮選沉澱法：通過添加絮凝劑使得重金屬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，最終通過重力作用沉澱下來。

5）鋇鹽沉澱法：鋇鹽沉澱法是利用置換反應原理，用碳酸鋇，氯化鋇等鋇鹽與廢水中的重金屬離子反應，形成溶解度小的鋇鹽使其沉澱下來，再利用石膏過濾，將殘餘的鋇離子去除。

6）鐵氧體法：鐵氧體法是日本電氣公司(NEC)研究出的一種從廢水中去除重金屬離子的新方法。做法是在含重金屬離子的廢水中加入鐵鹽，利用共沉法從廢水中製取鐵氧體粉末。

2.物理處理法

1)物理吸附法：活性炭是最早使用的吸附劑，也是目前使用最廣泛的吸附劑。

2)樹脂吸附法：環保是樹脂吸附法的一個重要的特點，這種方法能夠分離、純化、回收重金屬，效果顯著。

3)膜分離法：膜分離技術是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下，不改變溶液中化學形態的基礎上，將溶劑和溶質進行分離或濃縮的方法，包括電滲析和隔膜電解。

4)離子交換法：用離子交換樹脂把廢水中的重金屬離子交換出來，從而除去重金屬離子。

3.電化學處理技術

1）電解法：電解法主要原理，是對重金屬廢水進行電解時，重金屬離子在陰極得到電子還原，這些重金屬要麼沉澱在電極表面，要麼沉澱到反應槽底部，從而起到降低廢水中重金屬含量的效果。

2）電沉積法：這種方法的原理是，在傳統的化學沉澱方法中，加入電壓，通過改變溶液的電勢，促進重金屬離子更好地沉澱。電沉積在酸性和鹼性廢液中都適用。

4.生物處理法

1）生物吸附法：：生物體具有特定的化學結構以及成分特徵，而生物吸附法的主要原理，就是利用生物體的這些特性來吸附溶於水中的重金屬離子。

2）生物絮凝法：生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物，進行絮凝沉澱的一種除污方法。

3）植物修復法：植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉澱、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量，以達到治理污染、修復環境的目的。

所謂對症下藥，就是需要依據核心污染要素提供針對性的解決方案。以上這些技術如今已經成為重金屬廢水處理的主要方式，針對不同類別的污染源可以考慮不同的方式解決。我國的人均水資源極度匱乏，在國家大力倡導全民節水、工業企業節能減排的大背景下，面對「水」這一極為珍貴的的戰略資源和民生所需，解決水污染問題並不能依靠單一的解決方法

1 現狀

近年來，隨著工業化進程加快，大量含有重金屬的工業廢水和城市生活污水排放到環境中，對大氣、土壤和水環境造成了嚴重污染。重金屬廢水主要含有砷、汞，鉛、銅、鋅、鉻、鎳等元素，大多數來源於電鍍、冶金、礦山、石油化工等行業，重金屬廢水具有毒性強、持久性，不可降解性等特點，這些重金屬在水體中可通過食物鏈影響動植物生長最終威脅人類健康。水體重金屬污染已成為當今主要的環境問題之一，因此如何無害化處理好重金屬廢水已是當前的亟待解決的工作，現階段無害化處理重金屬廢水的方法可分為三類：物理法，包括膜分離法、吸附法、溶劑萃取法、離子交換法、蒸發濃縮法等；化學法，包括化學沉澱法、電化學法；生物法，包括生物修復法、生物絮凝法、生物吸附法。

2 重金屬廢水處理方法

2.1 物理法

2.1.1 膜分離法

膜分離技術使用一種特殊的半透膜，在外界壓力作用下，不改變溶液化學形使溶液中一種溶質貨溶劑滲透出來，從而達到分離的目的。根據膜的不同，可以分為電滲析、反滲析、液膜、超濾等。目前反滲透和超濾膜在電鍍廢水中已廣泛應用。

液膜分離技術是將萃取和膜過程結合的一種高效分離技術，萃取與反萃取同時進行，是分離和濃縮金屬離子的有效方法。其中支撐液膜在處理重金屬廢水，提取稀有、貴重金屬離子，如提取鉑、鎵、銦等[1,2]方面具有低耗能、低成本等、效率高等特點，具有廣闊的應用前景。將膜技術與其他技術工藝有機結合起來處理重金屬廢水將是未來發展方向。某蓄電池材料有限公司主要從事廢舊鉛酸蓄電池的回收和鉛基合金、電解鉛的生產，其廢水處理系統採用混凝沉澱/膜處理組合工藝，進一步確保出水水質達標。半年多的實際運行表明，該工藝運行穩定，出水水質達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）的一級排放標準，並實現了回用（回用率）70%）[3] 。

2.1.2 吸附法

吸附法是利用吸附劑吸附廢水中重金屬的一種方法，其中吸附法被認為是去除痕量重金屬有效的方法。常用的吸附劑有活性炭、沸石、硅藻土、凹凸棒石、二氧化硅、天然高分子及離子交換樹脂等。其中天然沸石吸附能力最強，也是最早用於重金屬廢水處理的礦物材料[4]。

納米Fe0是一種有效的脫鹵還原的納米材料。與常規的顆粒鐵粉相比, 納米Fe0顆粒有粒徑小、易分散、比表面積大, 表面吸附能力強, 反應活性強, 還原效率和還原速度遠高於普通鐵粉的特點[5]。納米Fe0除了可以高效還原有機氯代物以外,其對Cr6+、Pb2+和As3+等多種重金屬同樣表現出良好的處理效果[6]。

負載型納米Fe0主要是利用負載物（如：聚合物、硅膠、沙子和表面活性劑等）在固液表面的吸附作用, 能在顆粒表面形成一層分子膜阻礙顆粒間相互接觸, 同時增大了顆粒之間的距離,使顆粒之間接觸不再緊密。與普通納米Fe0相比，負載型納米Fe0不僅對水體中的重金屬和有機污染物有更高的去除效率, 而且其重複利用性和穩定性也優於一般納米Fe0。Ponder[7]等利用聚合松香負載納米Fe0去除水中的C r6+和Pb2+ , 結果表明, 負載型納米Fe0 的去除率不僅比投加量高3.5倍的普通鐵粉高近5倍, 而且也略高於無負載納米Fe0的去除率。

凹凸棒石又稱坡縷石,是一種2：1(TOT)型層鏈狀海泡石族的含水富鎂、鋁的硅酸鹽粘土礦物，其晶體化學式： Mg5(H2O)4[Si4O10]2(OH)2, 它比表面積大、吸附性能良好、來源廣、成本低、儲量豐富,但是目前國內應用凹凸棒石吸附處理重金屬廢水還處在研究階段，凹凸棒石粘土吸附金屬離子的種類有待擴寬。黃德榮等[8]用吸附混凝法，將凹凸棒石粘土和混凝劑連用治理含鋅電鍍廢水，Zn2+的去除率高達99.8％以上。同時，凹凸棒石粘土含有大量的結構羥基，如Si-OH、Mg-OH和A1-OH等。由於其結構中存在著A13+對Si4+及A13+，Fe2+對Mg2+等類質同晶置換現象[9，10，11-13]，故晶體中含有不定量的Na+，ca2+，Fe3+和A13+等，各種離子替代的綜合結果是凹凸棒石常常帶少量的永久性的負電荷，因此凹凸棒石具有很強的物理和化學吸附能力 [14，15]。

離子交換樹脂法是一種應用廣泛的方法，樹脂中含有的氨基、羥基等活性基團可以與重金屬離子進行螯合、交換反應，從而去除廢水中重金屬離子的方法，同時還可以用於濃縮和回收溶液中痕量的重金屬，其優點是樹脂具有可逆性，可通過再生重複使用，且交換選擇性好，缺點是價格昂貴。因此研究和選擇成本低、選擇性高、交換容量大、吸附-解吸過程可逆性好的離子交換樹脂，對於處理重金屬廢水有著重要意義[16]。

2.2 化學法

2.2.1 化學沉澱法

化學沉澱法是指向重金屬廢水中投放藥劑，通過化學反應使溶解狀態的重金屬生成沉澱而去除的方法。包括中和沉澱法、硫化物沉澱法、鋇鹽沉澱法等。中和沉澱法應用比較廣泛，向重金屬廢水中投放藥劑（如石灰石）使廢水中重金屬形成沉澱而去除。化學沉澱法處理重金屬廢水具有工藝簡單、去除範圍廣、經濟實用等特點，是目前應用最為廣泛的處理重金屬廢水的方法。

2.2.2 電化學法

電化學法是應用電解的基本原理，使廢水中重金屬離子在陽極和陰極上分別發生氧化還原反應，使重金屬富集，從而去除廢水中重金屬，並且可以回收利用。

高壓脈衝電凝法（HVES）是採用高電壓小電流，系運用電化學原理，將電能轉為化學能，對廢水中有機或無機物進行氧化還原、中和反應。通過凝聚、沉澱、浮除將污染物從水體中分離，從而有效地去除廢水中的Cr6＋、Ni2＋、Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋、CN-、油、磷酸鹽以及COD、SS與色度。該方法操作方便、反應迅速，可去除的污染物廣泛、無二次污染、經濟實用，在國外，電化學技術被稱為「環境友好技術」。李宇慶[17等採用高壓脈衝電凝－Fenton 氧化工藝處理製藥廢水，研究表明在PH值為4左右、極板間距為20mm電流強度為10A、高壓脈衝電凝反應時間為45min、H202投加量為4mL/L、Fenton氧化時間為60min時，對CODCr去除率為為36.5％～39.2％，廢水m（BOD5）/m（CODCr）從0.13提高到0.37，可生化性大大提高，為後續處理達標排放奠定了基礎。

微電解—生物法是利用廢鐵屑對電鍍廢水進行預處理，使大部分的Cr6+在較短時間內轉化為Cr3+，同時使廢水的pH上升2～3，然後將廢水加入到生物反應器中通過生物作用將廢水中剩餘的重金屬離子去除，達到凈化電鍍廢水的目的。通過與生物法的結合，提高了此種技術對廢水凈化的效率。該方法結合了氧化還原、絮凝、吸附作用，協同性強、綜合效果好、操作簡便，運行費用低。但是，由於電解裝置經一段時間的運行后，會大大降低了處理效果，必須開發新型的處理裝置以彌補這一缺陷；另外在運行過程中表面沉積物易於使電極產生鈍化，降低處理效果，因此，操作條件的優化和各種助劑、催化劑的研製、選用、配比很重要。針對目前微電解法存在的問題以及工程應用的要求，可以將微電解法和化學法、生物法以及其它方法結合起來，充分利用各種方法的優點，研究出新型的工藝，來解決實際應用過程中所存在的問題。

電去離子技術(EDI,electrodeionization)，是將離子交換樹脂填充在電滲析器的淡水室中從而將離子交換與電滲析進行有機結合，在直流電場作用下同時實現離子的深度脫除與濃縮，以及樹脂連續電再生的新型複合分離過程。該方法既保留了電滲析連續除鹽和離子交換樹脂深度除鹽的優點，又克服了電滲析濃差極化所造成的不良影響，且避免了離子交換樹脂酸鹼再生所造成的環境污染。所以，無論從技術角度還是運行成本來看，EDI都比電滲析或離子交換更高效。但同時處理過程中也不同程度存在膜堆適用性差，過程運行不夠穩定，易形成金屬氫氧化物沉澱等問題。隨著研究的不斷深入，上述問題將逐步解決，EDI也將成為一種很有發展潛力的重金屬廢水處理技術。

2.3 生物法

2.3.1 植物修復法

植物修復法是指利用高等植物通過吸收、沉澱、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量,以達到治理污染、修復環境的目的。該方法實施較簡便、成本較低和對環境擾動少。但是治理效率較低,不能治理重度污染的土壤和水體。Rai等[18]和Dwivedi等[19]調查發現水蕹(Ipomea aquqtica)是一種很好的蓄積植物，該植物最大可以蓄積Cu:62,Mo:5，Cr:13，Cd:11,As:0.05μg/g DW。Bareen和khilji研究表明，長苞香蒲90d后也可以去除底泥中42％Cr，38％Cu和36％Zn[20]。

2.3.2 生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉澱的一種除污方法。目前已開發出具有絮凝作用的微生物有細菌、黴菌、放線菌、酵母菌和藻類等共17個品種，而對重金屬有絮凝作用的只有12個，陳天[21]等從多種微生物中提取殼聚糖為絮凝劑回收水中Pb2+、Cr3+、Cu2+等重金屬離子。在離子濃度是100mg/L的200mL廢水中加入10mg殼聚糖，處理后Cr3+、Cu2+濃度都小於0.1mg/L，Pb2+濃度小於1mg/L，處理效果十分明顯。

2.3.3 生物吸附法

生物吸附法是利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶於水中的金屬離子,再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法。該方法在低濃度下,選擇吸附重金屬能力強，處理效率高，操作的pH值和溫度範圍寬，易於分離回收重金屬，成本低等特點。同時還可從工業發酵工廠及廢水處理廠中排放出大量的微生物菌體,用於重金屬的吸附處理。蔣新宇[22]等用毛木耳(Auricularia polytricha)子實體為生物吸附材料,通過對起始pH值、反應時間、重金屬濃度這3個因素對毛木耳子實體吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的研究，結果表明最適起始pH值為5，PH值是影響毛木耳子實體吸附重金屬離子的主要因素。其中在10 mg/L 重金屬濃度下，毛木耳子實體對Cd2+ 、Cu2+ 、Pb2+ 、Zn2+的最大吸附率分別為94.12%、96.22%、99.94%、99.19%,在吸附達到平衡以前,毛木耳子實體對Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+最大平衡吸附量分別為10.09、8.36、23.57和3.64 mg/g,而對Pb2+的吸附量最大。因此毛木耳子實體是很有發展潛力的重金屬廢水處理技術。

3 展望

上述各種處理重金屬廢水的方法有很多優點，但是也存在技術、經濟效益和環境保護等問題，為了滿足日益嚴格的環保要求，對於研發新技術勢在必行。重金屬廢水水質複雜，金屬種類繁多，加強各種處理技術的綜合應用，將處理后的重金屬充分回收、廢水回用，以達到經濟效益和環境效益相統一，將是今後重金屬廢水處理技術的發展趨勢。

參考文獻（略）

來源：現代水處理技術、「十二五「工業污水、污泥重金屬污染防治大會

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