含重金属废水处理方法解析：化学法、物理法与生物处理法

含重金属废水处理方法解析：化学法、物理法与生物处理法

生物质吸附剂吸附重金属离子之后该如何处理？

含重金属废水处理：将污水中所含的重金属进行净化，使其达到排入一定水体或重复利用的水质要求的过程。

目前，处理重金属废水的方法大致可分为三类：（1）化学法；（2）物理处理法；（3）生物处理法。

化学法

化学法主要有化学沉淀法和电解法，主要适用于含高浓度重金属离子废水的处理，化学法是目前国内外处理含重金属废水的主要方法。

2.1.1化学沉淀法

化学沉淀的原理是通过化学反应将废水中溶解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，包括中和沉淀、硫化物沉淀、铁氧体共沉淀等。由于沉淀剂和环境条件的影响，沉淀方法的出水浓度往往达不到要求，需要进一步处理。产生的沉淀物必须得到很好的处理和处置，否则会造成二次污染。

2.1.2 电解

电解法是利用金属的电化学性质，在电解过程中可以将金属离子从相对高浓度的溶液中分离出来，然后加以利用。电解法主要用于处理电镀废水，此方法的缺点是水中重金属离子的浓度不能降得很低，因此电解法不适用于处理含有低浓度重金属离子的废水。

2.1.3 螯合[1]

螯合法又称聚合物离子清除剂法，是指在废水处理过程中加入适量的重金属清除剂，利用清除剂与金属离子铅、镉结合形成相应的螯合物的原理，实现铅、镉的去除分离。此反应在常温、较大的pH值范围（3～11）下即可发生，清除剂不受共存重金属离子的影响。因此，此法去除率高、絮凝效果好、污泥量少、综合产物易脱水。

2.1.4 纳米重金属水处理技术

纳米材料比普通材料具有大得多的比表面积，因此同一种物质会表现出不同的物理化学特性。许多新型纳米材料在水处理行业中不断得到试验和实践。被国家环保部、科技部、工信部、财政部联合批准为“2011年国家重大科技成果转化项目”的纳米水处理工艺及系列产品在应用上取得了历史性的突破，填补了国内空白。

国内常用的重金属废水处理方法有石灰中和法、硫化法等，这些传统处理工艺虽然可以去除废水中的重金属，但处理效果不稳定，处理后回收的清水水质仍难以保证达到排放标准，还会产生二次污染。纳米重金属水处理技术不仅可以使处理后的出水水质优于国家排放标准且稳定可靠，而且投资和运行费用低。它与水中重金属离子反应迅速，吸附处理能力是普通材料的10至1000倍，而且沉淀污泥量比传统工艺减少50%以上，污泥中杂质更少，有利于后续处理和资源回收。有数据显示，同样日处理300立方米重金属废水，传统工艺每天产生25吨石灰污泥，而采用纳米技术每月仅产生25吨纳米金属泥。 尤为值得注意的是，这种污泥中重金属的单位含量提高了30倍，以铜冶炼厂废水处理为例，回收的纳米铜泥品位已达到20%，可作为铜矿资源完全回收利用。

物理治疗

物理处理方法主要有溶剂萃取分离法、离子交换法、膜分离技术和吸附法。

2.2.1 溶剂萃取分离

溶剂萃取是物质分离纯化的常用方法，由于液液接触，可以连续操作，分离效果好。采用该方法时，需要选择选择性高的萃取剂。废水中的重金属一般以阳离子或阴离子的形式存在，如在酸性条件下，它们与萃取剂发生反应从水相萃取到有机相中，然后在碱性条件下反萃取到水相中，使溶剂再生循环使用。这就需要在萃取操作时注意水相酸度的选择。萃取法虽然具有很大的优点，但萃取过程中溶剂的损失和再生过程中的高能耗使得该方法具有一定的局限性，其应用受到很大的限制。

2.2.2 离子交换法

离子交换是利用离子交换剂将重金属离子交换掉，从而去除废水中重金属离子的一种方法。常用的离子交换剂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂等。近年来，国内外学者对离子交换剂的开发进行了大量的研究。随着离子交换剂的不断涌现，离子交换在电镀废水的深度处理、高价金属盐的回收中日益显示出它的优势。离子交换是处理电镀废水的重要方法，处理量大，出水水质好，可回收重金属资源，对环境无二次污染。但离子交换剂易氧化失效，再生频繁，运行成本高。

2.2.3 膜分离技术

膜分离技术是在外压作用下，利用特殊的半透膜，在不改变溶液化学形态的情况下，将溶剂和溶质分离或浓缩的方法，包括电渗析和隔膜电解。电渗析是在直流电场作用下，利用溶液中阴离子和阳离子对水和阳离子的选择透过性，将水溶液中重金属离子从水中分离出来的物理化学过程。隔膜电解是用膜将电解装置的阳极和阴极隔开的电解方法，其实质是将电渗析与电解结合起来的一种方法。以上方法在运行过程中都遇到了电极极化、结垢和腐蚀等问题。

2.2.4 吸附法

吸附法是利用多孔性固体物质进行吸附去除水中重金属离子的有效方法。吸附的关键技术是吸附剂的选择，传统的吸附剂是活性炭，也有粘土吸附剂粉末、煤灰吸附剂、生物质基材料和[1]树脂基吸附剂材料。活性炭吸附能力强，去除率高，但活性炭再生效率低，难以满足处理水的回用要求，价格昂贵，应用受到限制。近年来，各种具有吸附能力的吸附剂材料逐渐被开发出来。相关研究表明，壳聚糖及其衍生物是良好的重金属离子吸附剂，交联后壳聚糖树脂可重复使用10次，吸附能力无明显下降。改性海泡石在重金属废水处理中对Pb2+、Hg2+、Cd2+有良好的吸附能力。 处理后的废水中重金属含量明显低于污水综合排放标准。另有文献报道蒙脱石也是一种性能良好的粘土矿物吸附剂。酸性条件下铝锆柱撑蒙脱石对Cr 6+ 的去除率达99%，出水中Cr 6+ 含量低于国家排放标准，具有实际应用前景。

生物处理

生物处理是利用微生物或植物的絮凝、吸收、富集等作用去除废水中重金属的方法，包括生物吸附、生物絮凝、植物修复等。

2.3.1 生物吸附

生物吸附是指生物借助化学反应吸收金属离子的方法。藻类和微生物细胞对重金属有很好的吸附效果，且具有成本低、选择性好、吸附容量大、浓度适用范围广等优点，是比较经济的吸附剂。生物吸附去除废水中重金属的研究在美国等国已取得初步成果。有研究者将假单胞菌絮凝物预处理后固定在细粒磁铁矿上，用于吸附工业废水中的Cu，发现当浓度高达100mg/L时，去除率可达96%。经酸解吸，可回收95%的铜，而且预处理可提高吸附容量。 但生物吸附法也存在一些缺点，如吸附能力易受环境因素影响，微生物对重金属的吸附具有选择性，且重金属废水中往往含有多种有害重金属，影响微生物的作用，应用受到限制，因此需要进一步研究。

2.3.2 生物絮凝

生物絮凝是利用微生物或微生物产生的代谢产物进行絮凝沉淀的污染去除方法。生物絮凝的发展虽然还不到20年，但已发现有17种以上的微生物具有良好的絮凝功能，如霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等，大多数微生物可用于处理重金属。生物絮凝具有安全无毒、絮凝效率高、絮凝剂易分离等优点，具有广阔的发展前景。

2.3.3 植物修复

植物修复是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低污染土壤或地表水中重金属含量，以达到污染控制和环境修复的目的。植物修复是利用生态工程治理环境的有效方法，是生物技术处理企业废水的延伸。利用植物处理重金属主要包括三个部分：

（1）利用金属富集植物或超富集植物吸收、沉淀废水中的金属

或有毒金属的富集: (2) 利用金属富集植物或超富集植物减少

低毒金属活性，从而减少重金属渗入地下或通过

空气扩散：（3）利用金属富集植物或超富集植物将金属转移到土壤中。

土壤或水中的重金属被萃取、富集并运输到植物根部和植物地上枝条的可采收部位。通过采收或去除已经积累和富集重金属的植物枝条，可以降低土壤或水中重金属的浓度。可用于植物修复技术的植物包括藻类、草本植物、木本植物等。

藻类净化重金属废水的能力主要体现在其对重金属有较强的吸附能力，褐藻对Au的吸收量为400mg/g，一定条件下绿藻对Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金属离子的去除率可达80%～90%。郝云涛等分离筛选出一株重金属抗性较强的小球藻（ ），研究了不同浓度铜、锌、镍、镉等重金属对该藻类生长及其对重金属离子吸收和富集的影响。结果表明，该藻类对Zn和Cd有较高的耐受性，对4种重金属的耐受性为锌>镉>镍>铜，该藻类对重金属有很好的去除效果。 对15μmol/L Cu2+、300μmol/L Zn2+、100μmol/L Ni2+、30μmol/L Cd2+处理72h的去除率分别为40.93%、98.33%、97.62%、86.88%，可见该藻可用于含重金属废水的处理。

关于草本植物在净化重金属废水中的应用已有很多报道。

荷花（Somis）是国际上公认且常用的污染控制水生浮性植物，具有生长迅速、耐低温、耐高温等特点，能快速大量富集废水中的Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等重金属。张志杰等的研究结果表明，1kg干重的荷花在7～10天内可吸收3.797g铅和3.225g镉，周凤范等研究发现荷花对钴和锌的吸收率分别高达97%和80%。香蒲（Pres1）也是一种净化重金属的优良草本植物，具有特殊的结构和功能，如肉质叶、栅栏组织发达等。 香蒲植物长期在高浓度重金属废水中生长，形成特殊的结构抵抗恶劣环境，并能自我调节一定的生理活动以适应污染和毒性。赵文瑞等研究了阔叶香蒲人工湿地系统处理广东韶关凡口铅锌矿选矿废水的稳定性，10年的监测结果表明，该系统能有效净化铅锌矿废水。未经处理的废水中含有高浓度的铅、锌、镉等有害金属，经过人工湿地后，出水水质明显改善，对铅、锌、镉的净化率分别达到99.0%、97.0%和94.9%，均低于国家工业废水排放标准。 此外，还有许多草本植物具有净化作用，如凤眼蓝、水龙、苦草、浮萍、印度芥菜等。

利用木本植物处理污染水体具有净化效果好、处理量大、受气候影响小、不易造成二次污染等优点，受到越来越多的重视。胡焕斌等实验结果表明，芦苇和池杉对重金属铅和镉均有较强的富集能力，且木本植物池杉的净化效果优于草本植物芦苇。周青等研究了5种常绿树种对镉污染胁迫的响应。实验结果表明，在高浓度镉胁迫下，5种树种叶片的叶绿素含量、细胞质膜透性、过氧化氢酶活性及镉的富集作用等生理生化特性均发生了明显变化。其中，黄杨、海桐和冷杉对镉污染的抗性优于樟树和冬青。 以木本植物为主体的重金属废水处理技术，可以切断有毒有害物质进入人畜食物链，避免二次污染，并可定向种植，在治理污染的同时，还能美化环境，获得一定的经济效益，是一种理想的环境修复手段。