重金属废水处理方法分析：化学、物理和生物处理法

重金属废水处理方法分析：化学、物理和生物处理法

随着金属电镀设备、采矿、肥料工业、制革厂、电池、造纸工业和农药等行业的快速发展，大量重金属废水被排入环境，引发了一系列环境问题。与有机污染物不同，重金属不可生物降解，容易在生物体内富集。目前，我国重金属废水主要来源于工业废水，各种重金属离子包括锌、铜、镍、汞、镉、铅等。本文对重金属废水处理的化学处理、物理处理和生物处理方法进行了分析。

1.化学处理

1.1 化学沉淀法

化学沉淀法由于操作简单、成本低廉，成为迄今为止工业上应用最为广泛的技术。该技术的原理主要是化学物质与重金属离子发生反应生成不溶性沉淀物，生成的沉淀物通过沉降或过滤从水中分离出来，达到去除重金属的目的。常规的化学沉淀法有氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。氢氧化物沉淀法具有操作简单、成本低、pH值容易控制的特点。该方法主要以石灰石材料作为加药药剂，应用价值高，药剂使用方便、成本低廉，废水处理工艺简单，适合在重金属废水处理的化学方法中应用和推广。硫化物沉淀法也是处理有毒重金属离子的有效方法，利用硫化物的一个主要优点是金属硫化物沉淀物的溶解度明显低于氢氧化物沉淀物。硫化物沉淀属于非两性物质，能在较宽的pH范围内实现对重金属的高效去除，同时还表现出良好的增稠性能和脱水性能。

1.2 电化学方法

电化学法的主要机理是电解，即金属离子发生氧化还原反应，在电解物质的正负电极上富集，从而快速去除和收集重金属。收集到的重金属具有很强的利用价值，可回收后再次利用。目前，电化学处理法的具体技术有微电解生物法、高压脉冲电凝聚法等。世界上许多国家都采用高压脉冲电凝聚法。该技术除采用电解原理外，还利用高电压、小电流，有效地将电能转化为化学能，实现无机物和有机物的氧化还原反应，进而将水体中所含的磷酸盐、铬、铜、锌等重金属元素凝聚、沉淀和去除。该方法具有反应时间快、操作简便、废水处理成本低、对环境无二次污染、技术应用范围广等优点，又被称为环境友好型废水处理技术。

2.物理治疗方法

2.1 离子交换法

离子交换可以快速有效地去除废水中的重金属。离子交换树脂，无论是合成的还是天然的固体树脂，都具有与废水中的金属交换阳离子的特定能力。最常见的阳离子交换剂是带有磺酸基（-SO3H）的强酸树脂和带有羧酸基（-COOH）的弱酸树脂。树脂的磺酸或羧基中的氢离子可以作为金属阳离子的可交换离子。当含有重金属的溶液通过阳离子柱时，金属离子将通过以下离子交换过程与树脂上的氢离子交换：

目前该技术多用于电镀废水处理，废水处理量大，处理后水质好，重金属资源回收较多，电镀废水处理后水质达标。但使用此方法时，必须注意离子交换器的质量，如果发生氧化反应，则说明交换器失效，需要重新配制和购买。由此造成的重金属废水处理成本较高，该废水处理技术经济价值一般。

2.2 吸附方法

吸附处理被认为是一种有效且经济的重金属废水处理方法。吸附过程提供了设计和操作的灵活性，并能产生高质量的处理出水。另外，由于吸附有时是可逆的，因此可以通过适当的解吸过程使吸附剂再生。过去，理想的吸附材料是活性炭，将其置于废水中吸附多种重金属，处理后的废水中所含的重金属明显减少。虽然这种材料具有很高的应用价值，但活性炭材料价格昂贵，严重制约了许多工厂在废水处理中活性炭的利用率。随着科技的发展和进步，研究人员基于成本控制再次开发了壳聚糖材料。这种材料对水体中的重金属具有很大的吸附容量，不会对环境造成二次污染。固体废渣材料也可以利用它们进行转化和再利用，同样具有良好的吸附能力。

2.3 膜分离技术

利用不同类型的膜材料进行分离，对重金属去除显示出巨大的前景。该技术将膜贴附在待处理的废水上进行重金属分离，通过施加一定的压力，利用浓缩、分离等手段去除重金属。电渗析法处理废水时，需要利用直流电场将水和重金属离子分离；隔膜电解法则需要预先利用膜分离电解装置，将阳极和阴极分离，然后对废水进行电解。但这两种处理技术在应用时都存在腐蚀、固化结垢等问题，因此在应用过程中有一定的局限性。

3.生物处理法

3.1 植物疗法

植物的自然生长或栽培可以去除废水中的重金属。一是直接作用技术，即针对水中的铁离子、铜离子等重金属，可以种植灯心草、芦苇等植物进行富集吸收处理；在水中种植水葫芦植物可以去除水中的汞离子；对于水体中的一些其他重金属，可以利用香蒲植物的根系聚集吸收，因此可以通过直接种植植物吸收重金属离子来处理一些重金属废水。二是间接作用技术，即以植物为介质，间接达到去除水中重金属离子的目的。例如，植物根系具有释放氧气的功能，利用这种功能可以优化植物种植区周围废水的有氧条件，使水体中产生好氧微生物群落，发挥絮凝作用后，达到重金属沉淀在水体之下或去除部分重金属的目的。比如很多种植在水中的植物，其根系都比较发达，这些根系可以为水中微生物的良好生长构建出优良的栖息地，进而利用微生物来降解水中的相关重金属离子。

3.2 动物处理

目前该处理技术是一种新型的处理技术，但对其的研究还处于可行性阶段。初步研究结果表明，废水中的锌离子、镉离子可以与无脊椎动物发生反应，金属离子在无脊椎动物的作用下可以在动物体内大量富集；河蚌等生物对于铜离子、锌离子等重金属的处理具有可行性。

3.3 微生物处理

微生物处理最常用的方法是活性污泥法。活性污泥中的微生物材料易得且价格低廉，可以从稀溶液中大量制备，从而可以处理质量很大的重金属废水；同时微生物还可以获得天然的高分子材料，再利用这种分子材料将重金属凝聚，最终沉淀在废水中。目前很多工厂在排放重金属废水前，都采用生物硫化微生物处理技术，预先对废水进行净化处理，待水中重金属总量明显降低后即可达标排放。

4. 结论

近年来，科研人员借鉴先进的科学技术，开发了不少重金属废水处理技术，在实际应用中取得了理想的应用效果。但由于不同的处理技术适用条件和处理效果各有不同，因此要求重金属废水处理人员全面掌握处理技术相关的内容，以便在处理污水时合理选用合适的处理技术，有效净化水体，使水体中重金属含量达到排放标准后，废水才能排放，提高重金属废水处理的有效性，保证自然生态环境的良好质量。