重金属废水处理技术的研究现状、优缺点及发展展望

重金属废水处理技术的研究现状、优缺点及发展展望

浅谈重金属废水污染及其处理方法 摘要：本文简单介绍了重金属污染对人体的危害，综述了重金属废水处理技术的研究现状，阐述了各种方法的优缺点，提出了以膜分离技术为代表的新型处理工艺，并对重金属废水处理技术的发展进行了展望。 关键词：重金属废水；水处理；膜技术：本文简单介绍了重金属对人体的危害，以重金属的含量、浓度和处理量作为新法处理重金属的指标，并结合国内外研究现状，对重金属的含量进行了分析。 关键词：重金属；水；中图分类号：TU2文献标识码A文章编号：引言：重金属是指相对密度大于5的金属，包括铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉、铋10种金属。

由于重金属不能被生物降解，大部分通过物理化学反应沉积在水体底部，随着环境的变化，沉积物会缓慢地将溶解的重金属释放到水体中。因此，重金属污染的水体具有持久的危害性。随着污染物的迁移转化，还能在食物链中积累，对处于食物链顶端的人类造成极大危害。日本的“水俣病”和“痛痛病”就是重金属污染造成人类健康损害的典型案例。含有重金属离子的工业废水主要来自机械加工、钢铁和有色金属冶炼、采矿和一些化工企业。此外，一些轻工业和化学工业排放的废水中也含有汞、镉、砷等重金属[1]。仅电镀行业每年就产生40多亿立方米的重金属废水。重金属废水的处理已成为资源环境领域一个严重而紧迫的问题。本文简要介绍了国内外重金属废水处理的现状及研究动态。目前，重金属废水的处理方法主要分为传统方法和新型处理方法两大类。传统方法有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物处理法等。电化学法和膜分离技术是近年来发展起来的新型处理技术。1传统方法1.1化学沉淀法化学沉淀法是指在废水中添加化学药剂与重金属发生反应，使重金属离子分离成不溶性的沉淀物。此法技术成熟、投资少、自动化程度高。

最常用的方法是氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法。例如，在含镉废水中加入氢氧化钠，会形成氢氧化镉沉淀。化学沉淀法也存在一些缺点：产生重金属污泥，沉淀剂的投加容易造成二次污染，处理效果受水质条件影响，限制了其在工程中的应用。在化学沉淀法中，铁氧体法是一种比较新的处理工艺。它是指在废水中加入铁盐，通过工艺条件的控制，重金属离子在铁氧体的包裹和夹带下进入铁氧体晶格，从而形成复合铁氧体，最后利用固液分离一次性去除多种重金属离子。该方法克服了传统化学沉淀法容易产生二次污染的缺点，但反应过程需加热，能耗较高。 1.2 吸附法吸附法主要利用具有高比表面积或多孔结构的物质作为吸附材料去除重金属离子，该方法的核心是吸附剂的选择，常用的吸附剂有活性炭、矿物、分子筛等。活性炭吸附能力强，可同时吸附多种重金属离子，去除率高，但其再生效率低，处理后水质达不到国标标准，价格昂贵，应用受到限制[2]。近年来，逐渐开发出多种新型吸附剂材料，如凸果石、浮石、硅藻土、蛇纹石、海洋多结核矿等。海洋多结核矿吸附能力强，具有多孔结构，表面积大，矿物大多以结晶形式存在，因此在吸附重金属废水方面有良好的效果。另一类是利用微生物作为吸附材料，主要是细菌、藻类、细胞提取物等，这些生物吸附剂对不同的重金属离子表现出不同的吸附能力，影响吸附能力的主要原因是微生物细胞表面的结构，同时受外界环境因素和水体pH值的影响。

1.3离子交换法离子交换法的本质是离子交换器上可交换离子与废水中的重金属离子发生交换反应，在此过程中废水中的重金属离子被除去。当离子交换器上的重金属离子达到饱和状态时，用再生液反复冲洗离子交换器，使其再生。重金属废水处理中常用的离子交换器主要是离子交换树脂，有阴离子交换树脂、阳离子交换树脂和螯合树脂等。离子交换技术在处理重金属废水的同时，可以实现重金属的资源化利用，具有较高的经济价值，对改善环境质量、增加可利用资源也具有重要意义。但该方法的缺点是树脂再生时要消耗大量的酸碱，容易造成二次污染。 1.4 生物处理法生物处理法是指利用微生物或植物的吸附、絮凝、还原等作用去除水中重金属离子的方法，主要包括生物化学法和生物絮凝法。生物化学法是指利用微生物的氧化还原反应能力，使重金属离子沉淀或降低其毒性。典型的生物还原法用于处理硫酸盐含量较高的重金属废水。该法将硫酸盐还原为硫化氢，使重金属离子与硫化氢发生反应，生成金属硫化物沉淀而被去除。研究人员[3]利用基因工程菌对含汞废水进行研究，但高浓度的剧毒重金属离子对细菌有一定的影响，使得该方法具有一定的局限性。生物絮凝法是指利用生物产生的代谢产物进行絮凝沉淀的方法。

目前，生物絮凝剂主要有五类，即半乳甘露聚糖、淀粉、微生物多糖、纤维素衍生物和复合生物混凝剂。生物絮凝因安全无毒、絮凝效果好、絮凝剂容易分离等优点，在重金属废水处理领域有着广阔的应用前景[4]。但该方法也存在生产成本高、活体生物絮凝剂不易保存等缺点。2 新的处理方法2.1 电化学法电化学法是指利用电化学原理处理重金属废水，具有絮凝、气浮、杀菌等多种功能，是近年来发展起来的一种有竞争力的重金属废水处理方法。该方法因装置紧凑、工艺成熟、无二次污染、易于控制管理等优点，在国内外得到了广泛的应用[5]。 Amin NK[6]等人的研究表明，部分金属离子的去除效果可达0.1 mg·L-1以下，适用于重金属浓度较高的废水，但此法能耗较大，且有析氧、析氢等副反应较多，不适用于处理低浓度废水。2.2 膜分离技术膜分离技术是一种新兴的分离技术，自20世纪60年代以来，作为一项高新技术从实验室走向社会，开始大规模工业应用，逐步迅速发展成为一种高效、节能的分离过程，被广泛应用于各类工业体系。近年来，利用液相分离膜技术进行重金属废水处理的报道增多，并成为主流。膜分离技术应用于重金属废水处理有以下优点：（1）过程无相变，可常温操作，能耗低、污染小； (2)膜过程可通过模拟装置实现，并可连续操作；但膜分离过程也有其缺点：(1)在某些情况下，膜容易结垢，降低膜分离过程的效率，甚至降低膜的使用寿命；(2)与化学法相比，膜分离工艺的初投资较高[7]。

电渗析（ED）是指利用直流电场产生的电压为驱动力，使溶液中的带电离子定向迁移并选择性地透过离子交换膜的过程。含有Cu2+、Zn2+、Cr2+、Ni2+等重金属离子的废水可用电渗析法处理，其中对含镍废水的处理技术最为成熟，并已建立成套的工业化设备。但电渗析法处理废水需要足够的电导率来提高渗透效率，不适用于处理低浓度的重金属废水。例如，用电渗析法处理镀镍清洗水时，要求清洗水中镍盐浓度不低于1.5mg·L-1。电去离子技术（EDI）又称填料床电渗析技术，是一种在电渗析器淡水室中填充树脂的新型复合分离工艺。在直流电场作用下，膜堆内部水自发解离产生H+和OH-使离子交换树脂再生，同时实现离子的深度去除和浓缩。与传统电渗析工艺相比，电去离子技术的分离效率有明显提高，因此EDI技术具有很大的技术和经济优势。EDI技术在处理低浓度重金属废水领域的良好潜力日益受到人们的重视。由于重金属废水成分复杂，仅采用一种膜分离技术难以满足处理要求，集成膜工艺可发挥各层膜的最大优势，提高处理效率和装置运行的稳定性。国家海洋局杭州水处理中心[8]采用处理能力为/d-1的三级膜分离装置处理电镀镍漂洗废水，总浓缩倍数达100倍。第一级膜分离系统镍离子保留率为98%，第二、三级膜分离系统镍离子保留效率均在99%以上。

但随着膜使用时间的延长，膜通量会逐渐下降，同时膜系统也需要定期清洗。有研究者[9]将双极膜技术与电去离子技术相结合用于重金属废水处理，为膜分离技术在该领域的应用提供了新思路。3 展望为满足日益严格的环保要求，研究新型、高效的重金属废水处理技术迫在眉睫。传统处理技术存在不同程度的二次污染、效率低、工艺复杂、能耗高、成本高等缺陷。膜分离技术在实现高效分离工艺、废水零排放和资源化利用方面具有突出优势，已经并将继续是该领域的重要发展方向。未来需重点加强膜材料和膜制备工艺的研究，降低膜技术的应用成本。此外，结合现有工艺实现优势互补也是实现水污染处理和废水资源化利用双重目标的可行方法。参考文献王宏斌，舒文胜，兰崇宇。重金属污染生态学研究现状与展望[J]. 生态学报，2005，25(3) ：596～605，，． 灰分中重金属的去除，2008，11(6) ：765～771 袁建军，陆英华． 高选择性重组基因工程菌处理含汞废水的研究[J]. 泉州师范学院学报，2003，21(6) ：71～75 李娜，金小杰． 重金属废水处理技术研究进展概述[J]. 电力科学与工程，2008，24(4) ：42-45 叶春雨，黄学礼，刘