10 重金属废水处理技术综述摘要：本文在国内外学者对重金属废水处理技术研究成果的基础上，借鉴他们的成功经验，主要对近年来有关重金属废水处理技术的文献和期刊进行综述，并总结各方法的特点和缺点，概括介绍处理重金属废水的技术和方法的发展趋势。关键词：重金属废水处理技术优缺点一、引言在环境和人类健康领域，重金属主要指汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等重金属。 它们主要来源于采矿、机械加工、有色金属冶炼、废旧电池垃圾处理以及农药、医药、油漆、颜料等生产过程中排出的废水。重金属进入水体后，对食物链有放大作用，并可在人体某些器官中蓄积引起慢性中毒，危害人体健康。重金属对健康的影响通常表现为对神经系统的长期损害和对消化系统、泌尿系统的细胞、器官、皮肤和骨骼的损害。水体重金属污染已成为我国乃至世界最严重的环境问题之一，重金属废水的处理受到国内外研究者的高度重视。2.重金属废水的处理方法2.1化学沉淀法《重金属废水处理与回收研究进展》一文中提到，化学沉淀法是一种开展已久、工艺比较成熟的处理方法。 化学沉淀的原理是通过化学反应将废水中的重金属转化为不溶于水的重金属化合物，通过过滤分离将沉淀物从水溶液中除去。传统的化学沉淀方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法和钡盐沉淀法。
2.1.1氢氧化物沉淀法《物理化学法处理重金属废水的研究进展》一文中提到，中和沉淀法是将溶液pH值调至碱性，通过与石灰等沉淀剂反应，使溶液中的金属离子转化为不溶性固体沉淀。一般金属以氢氧化物形式从溶液中沉淀出来。中和沉淀法的机理是：M代表可溶性重金属，M(OH)为不溶性氢氧化物沉淀。中和沉淀法操作简单，是处理废水的常用方法。氢氧化物沉淀法虽然已经得到广泛的应用，但在操作过程中应注意以下几个方面：中和沉淀后，如果废水中的pH值较高，需进行中和后方可排放；废水中往往有多种重金属共存。 当废水中含有Zn、Pb、Sn、Al等两性金属时，pH值较高，可能存在再溶解的趋势，因此应严格控制pH值，实行分段沉淀；废水中的某些阴离子，如卤素、氰化物等，可能与重金属形成络合物，因此在中和前需进行预处理；有些颗粒较小，不易沉淀，需加入絮凝剂辅助沉淀。 2.1.2硫化物沉淀法《含EDTA重金属废水处理硫化物沉淀法》提出，硫化物沉淀法是一种有效的去除含硫化物废水中可溶性重金属离子的方法。与氢氧化物沉淀法相比，硫化物沉淀法在同样的pH值条件下（7～9之间）能使金属高度分离，处理后的废水一般不需要中和。形成的金属硫化物具有易脱水、稳定的特点。
由于金属硫化物的溶度积比相应的金属氢氧化物的溶度积小得多，所以硫化物沉淀法比氢氧化物沉淀法具有沉淀物少、脱水容易、沉淀物金属品位高、有利于金属回收等优点。但硫化物沉淀法也有缺点，如硫化物晶体比较小，不易沉降，因此应用不广泛。2.1.3铁酸盐法《铁酸盐法处理含铜、锌、镉重金属废水试验研究》中指出，铁酸盐处理重金属离子废水是向废水中加入铁盐或亚铁盐，在碱性条件下加热搅拌，加入适量添加剂Na，生成铁酸盐。重金属离子通过吸附、包覆、夹带等作用取代铁酸盐晶格中Fe的位置，形成复合铁酸盐。其过程大致为：4Fe(OH)。 由于制备尖晶石铁氧体的原料易得、方法简单，进入晶格的重金属离子种类多，形成的共沉淀物化学性质稳定，表面活性高，吸附性能好，颗粒均匀，磁性强，因此，铁氧体法处理重金属离子废水主要以尖晶石铁氧体为主。《铁氧体法处理重金属废水在国内的应用现状》中指出，此法操作时需加热到70℃左右以上，在空气中缓慢氧化，操作时间长，能耗大。铁氧体法虽然解决了重金属离子排放达标问题，但铁氧体单独无法回收重金属，而有些重金属比较稀有、价格昂贵，是十分重要的资源。因此，在用此法处理重金属废水前，应尽可能考虑贵金属离子的回收再利用。
2.1.4 化学沉淀与其他方法的混合应用化学沉淀常与其他水处理方法联合使用，取长补短，形成新工艺，使重金属废水的处理更加完善。在《电化学和化学沉淀法从铬化铜砷酸废水渗滤液中选择性回收金属》一文中，等人研究了两种方法回收金属(As、Cr、Cu)和净化铬化铜砷酸渗滤液用于木材处理。在pH=7下，用三氯化铁和阴离子聚合物(絮凝剂10)沉淀，可去除渗滤液中99%的金属。黄干还将强化混凝和化学沉淀结合起来，去除水中的重金属离子。 2.2 修复方法在用化学修复法回收含银电镀废液中银的研究中，笔者研究了用连二亚硫酸钠(Na2O3)作为修复剂，对酸性镀铜废液进行化学修复处理，得到纳米铜粉。在冷轧含铬废水的化学修复研究中，笔者研究了不同pH值、投加量、反应时间条件下硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠对含铬废水处理的效果。国内外所用的修复剂有：二氧化硫、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、铁屑、硼氢化钠、连二亚硫酸钠等。目前，修复法一般作为废水处理的预处理方法。 2.3 吸附法 2.3.1 物理化学吸附法 物理化学吸附法主要是通过吸附材料具有较高的比表面积或特殊的功能基团的蓬松结构对水中重金属离子进行物理或化学吸附的方法。
“膨润土吸附处理重金属废水的影响因素及规律”指出物理化学吸附法中吸附剂主要有活性炭、膨润土、沸石、壳聚糖以及廉价的吸附剂——工农业废弃物等。“电炉钢渣去除水中Cu”考察了钢渣对溶液中重金属离子Cu的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学特性，并利用多种分析手段（XRD、BET比表面积分析、SEMΠEDS等）对钢渣的理化性质进行测试和表征。结果表明，电炉钢渣对重金属离子的吸附速率相对较快，吸附速率大小顺序为Cd。 《活性炭吸附法在工业废水处理中的应用》明确指出，活性炭设备简单，吸附能力强，去除效率高，在废水处理中应用广泛，但活性炭再生效率低，难以满足处理水的回用要求，一般用于电镀废水的预处理。 2.3.2生物吸附法《生物吸附技术在重金属废水处理中的研究进展》指出，生物吸附技术利用廉价的生物细胞吸附重金属离子，从而达到去除水中有害重金属离子的目的。处理效率高，运行费用低；pH值和温度适应范围宽；易解吸，重金属可回收；来源丰富，价格低廉。生物吸附作为治理重金属污染的新技术，与其他同类技术相比，具有以下优点：可在低浓度下选择性去除金属；可选择性去除特定的金属；处理效率高，可有效回收部分贵重金属；投资小，运行费用低； 菌种来源广，几乎来自任何载菌物质，特别是被重金属污染的地方，促进菌种的采用和筛选。
2.4膜分离法“膜分离技术在重金属废水处理中的应用研究”指出，膜分离技术是一种新型的分离方法，它是利用具有选择渗透性的膜在一定的外界驱动力下，将溶液中的溶质与溶质、溶质与溶剂（水）分离，达到净化、浓缩、纯化的目的。当驱动力为浓度差加化学反应时，膜过程为液膜分离，当驱动力为电位差时，膜分离过程为电渗析；当驱动力为压力差时，膜分离过程为微滤、超滤、反渗透、纳滤等。2.4.1用电渗析处理重金属废水时，阳离子膜只允许阳离子通过，阴离子膜只允许阴离子通过。在电流作用下，使电镀废水浓缩脱盐。 电镀废水中往往含有锌、镉、镍、铜等重金属离子和氰化物等有毒物质，不仅造成浪费而且严重污染环境。采用电渗析-离子交换-电渗析组合工艺，不仅可以实现资源回收利用，而且可以减少污染排放。《电渗析处理含金贵液研究》指出，电渗析处理含金贵液不受pH值和氰化物浓度的影响，因此金泥氰化、氰化物氧化产生的含金贵液不需要特殊处理就可以进行电渗析；铜和金具有相同的迁移性，有利于综合回收，同时脱盐液中氰化物和金被同时稀释；发现了电压、温度、操作时间对电渗析的影响； 三级电渗析可获得金的去除率达到99%，脱盐液金品位指标达到0.02mg/L，氰化物浓度达到排放标准。
电渗析法处理废水需要足够的电导率来提高渗透效率，因此处理水中电解质浓度不能太低。2.4.2反渗透膜《反渗透膜技术及其应用研究进展》指出，反渗透是一个压力驱动的膜分离过程。反渗透过程本质上是一个逆过程。在使用过程中为了产生反渗透压力，用水泵对盐溶液、污染废水等施加压力，抑制自然渗透压，使水可以通过反渗透膜，而水中溶解盐等杂质则被阻挡在反渗透膜的另一侧。反渗透作为一种新兴的膜分离技术，多用于海水淡化和纯水生产。秦等对酸性镀镍漂洗水进行了反渗透处理研究。 反渗透工艺要求操作压力较高，为1000～，设备和管道必须耐高压，并要进行严格的预处理，能耗较高。《电镀废水处理反渗透膜的化学清洗》《如何提高反渗透膜的使用寿命》等文章指出，反渗透膜的最大缺点是需要很大的驱动压力，以及膜修复的限制。《纳滤膜分离技术的研究与应用》一文中提到，纳滤膜的研究始于20世纪70年代，是由反渗透膜发展而来的，早期称为“松散反渗透膜（Loose Mem-brane）”，介于反渗透和超滤之间的膜分离技术称为“混合过滤（）”。
纳滤膜作为一种新型分离膜，与传统的膜分离工艺相比，具有以下特点：（1）纳米级孔径；（2）操作压力低；（3）耐压性能好，抗污染能力强；（4）可替代传统处理工艺中的多个步骤，因此相对经济。目前已有利用纳滤膜分离Cr、Sr的报道。在《电镀含锌废水纳滤-反渗透处理及回用研究》中，膜分离性能受到压力、离子浓度、pH值和水温的制约。2.4.4微滤与超滤《膜分离技术在重金属废水处理中的应用研究》中指出，微滤膜的孔径通常大于0.1μm，因此不能截留溶解的重金属离子。 必须经过适当的氧化、还原、吸附等预处理，将其转化为大于0.1μm的不溶性颗粒，再利用微滤膜才能有效去除。根据超滤膜的孔径大小和截留特性，一般不用于处理重金属废水，但分离物的化学性质改变后，也可采用超滤膜进行处理。胶束增强超滤处理重金属废水工艺简单，处理效果好，适用于处理浓度较低的重金属废水，是处理重金属废水的较好方法。超滤膜能耗低，处理后的水可回用，通过后处理可从浓缩液中回收重金属，因此，该方法也具有一定的经济效益。胶束增强超滤法虽然具有上述诸多优点，但胶束增强超滤所用的表面活性剂相对分子质量较小，因此透过液中含有少量的表面活性剂，相当于在处理后的废水中引入了新的有机污染物。
此外，还有水溶性聚合物络合-超滤、络合-超滤-电解集成技术处理重金属废水。 2.4.5 膜分离与其他方法的混合应用 在《组合混凝沉淀/膜处理工艺处理电池生产废水》中，作者采用组合混凝沉淀/膜处理工艺处理电池生产废水，运行结果明显，混凝沉淀工艺能有效去除废水中的重金属离子，结合膜处理工艺，可保证处理后的出水总铅浓度为0.1~0.3mg/L，总镉浓度为0.01~0.02mg/L。出水进入清水池储存并回用于生产（回用率70%），排放水质达到《污水综合排放标准》（1996）一级标准。半年多的实际运行结果明显。 采用组合工艺处理电池生产废水。