污水中金屬離子的去除方法

孫丹鳳，張 鵬，高會杰

（中國石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

含有金屬離子的污水主要來源于電鍍、冶煉、化工、礦山開采、鋼鐵及有色金屬冶煉等。金屬離子污染是一種具有毒性且難以治理的污染，金屬在水體中不易被微生物降解，故難以通過水體自凈作用消除。重金屬在水體中能發生形體間的相互轉化及分散和富集過程，從而危害加劇，含有金屬的污水必須加以處理之后才能夠排放。

污水中金屬離子的去除方法分為三類：物理法、化學法和生物法。物理法和化學法取得了一定的效果，但是對于大流域、低濃度的金屬離子去除，存在處理成本高、操作復雜，二次污染等不足。隨著環保要求的不斷提高，和環境保護技術的發展與應用，生物法具有效果好、投資少、運作費用低、易于管理和操作、不產生二次污染[1]等優點，成為一項日益受到人們重視的處理技術。該技術在投資、運行、操作管理和金屬回收、水回用等方面都比較優越。生物法主要是利用各種微生物類群間的相互配合而進行的一種物質循環的過程。隨著耐金屬毒性微生物的研究進展，采用生物技術處理含金屬離子的污水呈現蓬勃發展勢頭。根據生物去除金屬離子的機理不同，生物法可分為生物吸附法、生物絮凝法、生物化學法以及植物修復法[2]等。

1 污水中金屬離子的去除方法

1.1 化學法

常用的化學法有化學沉淀法和氧化還原法。化學沉淀法是指把化學物質（沉淀劑）加入污水中，使其與污水中的金屬離子發生化學反應，生成難溶于水的沉淀，從而將金屬離子從污水中分離去除的方法。主要的化學沉淀法有硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀和中和沉淀法[3]等。化學沉淀法費用低、投資少，操作簡單方便；但是在處理過程中需要大量的沉淀劑，會產生二次污染物。

1.2 物理法

物理法主要包括溶劑萃取法、吸附法、離子交換法、反滲透法和電滲析法等。

1.3 生物法

1.3.1 生物吸附法

生物吸附法是利用微生物的吸附降解等作用，利用生物體本身的化學結構及成分特性來吸附溶于水中的金屬離子，再通過固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法[4]。生物吸附劑具有來源廣、價格低、吸附能力強、易于分離回收重金屬等特點，已經被廣泛應用。生物吸附法是一種處理金屬離子污水污染的新興技術。所用生物吸附劑中，來自釀酒廠的廢棄酵母菌作為工業上應用最廣泛一類微生物，它可以吸附水中一些常見離子K+、Na+、Ca+、Mg2+及鹽度對吸附的影響很小或不影響[5]。有關啤酒酵母菌、面包酵母菌等對金屬離子吸附處理的研究已有較多報道[6]。

表1 生物吸附劑種類[7]Table 1 Species of biological adsorption agents

近年來國內外使用到的生物吸附劑有菌體、藻類、細胞提取物、麥麩、米糠等等。使用細菌固定化技術，把生物吸附劑固定在藻酸鈣或多聚糖上，這樣可大大改善生物吸附劑的機械性能，有利于重復使用，且比單獨使用生物吸附劑的吸附效果明顯要好[8-11]。

1.3.2 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淀的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產生并分泌到細胞外，具有絮凝活性的代謝物[12]。至目前為止,對金屬有絮凝作用的約有十幾個品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2＋、Hg2＋、Ag＋、Au2＋等重金屬離子形成穩定的鰲合物而沉淀下來。應用微生物絮凝法處理污水安全方便無毒、不產生二次污染、絮凝效果好，且生長快、易于實現工業化等特點。

通過對洛陽污水處理廠生物絮凝吸附法一級處理出水試驗研究，得出生物強化一級處理對污水中主要污染指標的處理效果，因而將污水處理廠A2/O剩余活性污泥與進水混合進入初沉池沉淀，可以增強沉淀效果，縮短沉降時間，減少初沉池容積，減少基建投資費用。

1.3.3 生物化學法

生物化學法指通過微生物處理含重金屬離子污水，將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。有關研究表明，生物化學法處理含 Cr6＋濃度為 30~40 mg/L的污水，Cr6＋去除率可達67%~97%。趙曉紅等人用脫硫腸桿菌（SRV）去除電鍍污水中的銅離子，對銅質量濃度為246.8 mg/L的溶液，當pH為4.0時，去除率達99.12%。

1.3.4 植物修復法

植物修復法(Phytoremediation)是利用綠色植物來轉移、容納或轉化污染物使其對環境無害。植物修復的對象是重金屬、有機物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明，通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，可以凈化土壤或水體中的污染物，達到凈化環境的目的，因而植物修復是一種很有潛力、正在發展的清除環境污染的綠色技術。在植物修復技術中能利用的植物有藻類、草本植物、木本植物等[13]。它具有成本低、不破壞土壤和河流生態環境、不引起二次污染等優點。

2 處理工業污水中金屬離子

工業污水來源廣泛，污染物種類很多，有些具有毒性，有些雖沒有毒性，但是會造成水體變色和臭味效應，使水質硬度增高。特別是工業污水中含有的很多有害金屬離子，對水資源有很大的污染。

目前針對水煤漿制氫污水的回用出水金屬成分及其含量的ICP/MS分析結果：處理前主要是Na離子含量為 117.41 mg/L，Ca離子289.93 mg/L， K離子37.28 mg/L，其他還有些微量的Sr，Mg等離子，出水達不到回用水的標準。針對水煤漿制氫污水中的金屬濃度不是很高的狀況，去除過程中應避免帶入過多的其他污染物質。生物吸附法可以篩選一種吸附金屬離子的生物吸附劑，自然界的自養微生物菌群利用金屬離子合成自身營養所需，利用微生物處理污水，可以吸收利用掉一部分K、Na離子。對污水中存在的部分 Sr2+離子，可以選用一種合適的無污染的吸附劑。馮媛[16]等研究了在強酸性環境下，硅藻土對Sr2+的吸附效果較佳，木纖維對Sr2+的吸附去除率與木纖維粒度、吸附時間、溶液的pH、木纖維的用量、溫度及介質等因素有關。除此之外，生物吸附劑也可以同時吸附K+、Na+、Ca+、Mg2+離子。

撫順石油化工研究院利用活性污泥生物吸附法對水煤漿制氫污水中金屬離子進行了處理。最終試驗結果表明：對水煤漿制氫污水中一定濃度的金屬離子的去除率達到90%以上，達到了循環水回用的標準。

3 總結與展望

綜上所述，生物法處理含高濃度金屬離子的污水，可以有效地吸附溶于水中的金屬離子，降低金屬離子的濃度，從而有效地治理含有金屬離子的污水；特別對于低濃度金屬離子的去除優勢更加明顯。雖然生物法也有一定的局限性，但是由于其顯著優點，使得生物技術方法的研究和發展仍有廣闊前景。許多學者通過基因工程、分子生物學等技術應用，使生物具有更強的吸附、絮凝、修復能力。生物吸附法去除污水中金屬離子的技術近年來受到極大的關注，這不僅由于其生物處理技術作為一種行之有效、安全可靠的方法，在環境污染的治理中起到重要作用，尋找研發價格低廉、選擇性好、易再生的水處理吸附劑是環保產業發展的急切需要。

為了滿足日益嚴格的環保要求，同時實現污水回用和金屬回收，單一的方法往往難以達到要求，而將幾種已有技術集成起來，使它們之間優勢互補，是達到水污染治理和資源回收雙重目的的可行方法。這種聯合處理方法降低了能耗，又能使出水達到回用的目的，使含金屬污水達到了真正的無害化和資源化的處理，并最終達到零排放的目的。

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