重金屬廢水治理方法的研究進展

王 彧

(江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇 南京 210036)

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重金屬廢水治理方法的研究進展

王 彧

(江蘇環保產業技術研究院股份公司，江蘇 南京 210036)

介紹了重金屬的含義及特點，從化學沉淀法、離子交換法、吸附法、膜分離法、光催化技術五方面，闡述了重金屬廢水常用的處理方法，并分析了各種方法的優缺點及適用范圍，對重金屬廢水處理技術的深入研發有一定的意義。

重金屬，廢水，化學沉淀法，吸附法，光催化技術

1 概述

重金屬是指原子量在63.5～200.6之間的，比重大于5的金屬[1]，近年來,各種工業(如采礦、電鍍、農藥等)廢水和固體廢棄物的滲出液直接排入水體,致使水體含有較高含量的重金屬如汞、鎘、鉛、鉻、銅、鉬、鋅和類金屬砷等。重金屬一方面難以被生物降解，另一方面易被生物吸收富集，致使生物體致癌，畸變，同時重金屬又是寶貴的資源，因此如何有效治理水體重金屬污染，同時實現重金屬的回收利用，是當前不可忽略的問題。目前重金屬廢水處理較常見的方法有化學沉淀法，離子交換法，吸附法，膜分離法，光催化技術等。本文主要綜述了重金屬廢水的處理研究進展，分析這些方法的特點，并展望了重金屬廢水處理的發展前景。

2 重金屬廢水處理方法

2.1 化學沉淀法

化學沉淀法是目前應用最廣泛的有效的重金屬廢水處理技術[2]。該法是通過在工業廢水中加入化學物質，使其與廢水中重金屬離子發生反應，生成難溶鹽而沉淀下來，繼而通過沉降過濾使其與水體分離。根據所加入化學物質的不同將其分為中和沉淀法、硫化物沉淀法、重金屬螯合沉淀法。

1)中和沉淀法。中和沉淀法是化學沉淀中應用最多的方法，它是指將廢水pH調節至堿性，廢水中的金屬離子與沉淀劑反應，金屬離子轉化為不溶的氫氧化物固體沉淀，再通過絮凝和沉淀過程實現分離。中和沉淀法處理含重金屬廢水具有技術成熟、投資少、處理成本低、管理方便等優點，但是在處理過程中會產生大量污泥造成后續排污問題，以及其對兩性氫氧化物會存在重新溶解現象。

2)硫化物沉淀法。硫化物沉淀法沉淀速度快，沉淀溶解度低，相比于中和沉淀法，它可以在相對較寬的pH內更徹底地去除重金屬離子。Erdem等[3]考察了用FeS2和FeS來去除廢水中的Cu2+，Cd2+，Pb2+。酸性條件下，FeS2和FeS產生的H2S作用于重金屬離子，生成相應的硫化物沉淀，通過絮凝沉淀實現分離凈化。然而，硫化物沉淀法處理重金屬廢水時，過量的沉淀劑在水中殘留易形成水溶性多硫化物，遇酸生成H2S氣體，產生二次污染[4]。

3)重金屬螯合沉淀法。螯合沉淀法是對含重金屬離子廢水進行化學處理的一種新方法，它是利用DTCR含有大量的極性基的特性，在自然條件下捕捉污水中重金屬陽離子,生成大量難溶的螯合物后沉淀析出，從而捕集去除重金屬離子。Xu等[5]開發了一種新型有機螯合劑——二丙基二硫代磷酸鹽，應用于含有鉛鉻銅汞四種重金屬的廢水處理中，經該螯合劑處理后去除率均高達99.9%。

2.2 離子交換法

離子交換法處理重金屬廢水是利用離子交換樹脂上的可交換離子與重金屬離子發生交換反應，從而去除廢水中的重金屬離子，并通過再生，實現重金屬的回收再利用。離子交換法處理重金屬廢水具有污水處理量大，出水水質好，具有可逆性，選擇性等優點，是目前應用較為廣泛的方法。除了合成的樹脂，天然的自然界儲量豐富的沸石，硅酸鹽礦物等也被應用于離子交換法處理重金屬廢水[6,7]。

2.3 吸附法

吸附法處理重金屬廢水是指利用吸附劑吸附廢水中重金屬，具有設計靈活，出水水質好，吸附劑可以被重復利用等優點。

2.3.1 活性炭吸附法

活性炭是最常用的無機吸附劑，其多孔結構使其具有較大的比表面積和較強的吸附性，是去除重金屬常見的吸附劑，但是其價格昂貴，難脫附，使用壽命短等缺點也限制了在重金屬廢水處理上的應用。為了降低成本并且提高其吸附能力，目前很多研究通過加入添加劑如鞣酸[8]，鎂[9]，表面活性劑[10]等以及形成活性炭復合材料來處理重金屬廢水。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法作為一種較為新穎的處理水體重金屬污染的方法，具有高效、廉價的潛在優勢。它指的是利用生物體及其衍生物吸附水中重金屬離子，再通過固液分離達到去除重金屬的目的。目前生物吸附劑主要包括藻類、微生物、農林廢棄物等。Xu等[11]通過將黃孢原毛平革菌與氧化鐵磁性納米粒子相結合，得到新型的生物吸附劑處理廢水中的Pb2+，結果表明在pH=5，溫度為35 ℃時，去除率達到96.03%。生物吸附法原料來源廣泛且廉價，可達到以廢治廢的效果，隨著對生物吸附劑研究的不斷深入，生物吸附技術應用于重金屬廢水的凈化具有廣闊的發展前景。

2.4 膜分離技術

膜分離技術是指以膜兩側的能量差為推動力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進行分離，由于其具有能耗低、分離效率高、無二次污染、分離產物易于回收等優點，成為回收廢水中重金屬離子的一種很有前途的方法。常用的膜分離技術有超濾技術，反滲透法，納濾技術。

2.4.1 超濾技術

超濾技術是以超濾膜為過濾介質，將溶液進行凈化和分離的膜分離技術。目前最常見的超濾技術有膠束強化超濾技術和聚合物強化超濾技術。

膠束強化超濾技術(MEUF)是將表面活性劑和超濾技術相結合，用于處理低濃度的金屬離子和溶解性有機物廢水。在MEUF中，加入的陰離子表面活性劑達到臨界膠束濃度(CMC)時，會締合形成表面帶有大量負電荷的膠束，溶液中的金屬離子通過靜電作用吸附于其表面，并在超濾過程中被截留下來，達到去除重金屬離子的目的。

聚合物強化超濾(PEUF)是用來分離較多種重金屬離子的可行技術。通過水溶性聚合物與重金屬離子形成大分子結構，再通過分子截留量小于該種聚合物的超濾膜，從而實現兩者的分離。目前聚丙烯酸，聚醚酰亞胺，二乙氨基乙基纖維素，腐殖酸等都已被應用于聚合物強化超濾技術并且展示出良好的選擇性和較高的重金屬分離效率。

2.4.2 反滲透法

反滲透指的是借助外界壓力的作用使溶液中的溶劑透過半透膜而阻留某些溶質。用于反滲透的半透膜表面微孔尺寸一般在1 nm左右，能夠去除絕大部分的離子，因此采用反滲透法出水水質較高。Mohsen-Nia等[12]采用反滲透法去除廢水中的Cu2+和Ni2+，在操作壓力為5 atm時，兩種重金屬離子的去除率達到99.5%。

2.4.3 納濾技術

納米過濾技術是介于超濾技術和反滲透技術之間的一種廢水處理技術，在處理一些重金屬離子如Ni，Cd，Cu，As等展現了較大的潛力。與反滲透，超濾相比，納濾是一種截留粒子精度較高的膜工藝，并且對于二價及多價金屬離子有較高的截留率，可操作性強，相對能耗較低。Figoli等人[13]研究了兩種商業納米過濾膜NF90和N30F處理廢水中的As5+，結果表明提高pH，降低溫度，減小初始As濃度都有利于廢水中As的去除。

2.5 光催化技術

利用半導體光催化劑處理有機及重金屬污染物是近年來發展起來的一種新興污水處理技術。在光照條件下，半導體光催化劑產生的光生空穴和電子與吸附在半導體表面的物質作用時，會發生氧化還原反應，實現有機污染物的氧化和重金屬離子的還原。Lei等[14]采用溶膠凝膠法制備了C,N,S共摻雜的銳鈦礦TiO2，研究表明該光催化劑具有較強的將Cr6+還原為毒性較小的Cr3+的能力，再通過調節pH生成可分離的Cr(OH)3沉淀，達到去除目的。

3 結論及展望

處理有毒重金屬廢水是目前全世界面臨的一大環境問題，化學沉淀法，吸附法，離子交換法，膜分離法，光催化技術等都應用到重金屬廢水的處理中，本文綜述了上述方法在重金屬廢水處理中的發展應用狀況及研究進展?？梢钥闯?，每種方法都有其優點和局限性，因此在實際的重金屬廢水處理過程中，要結合廢水的具體情況，綜合考慮各種方法，而開發新技術實現重金屬離子更高效的去除及回收也是科研工作者們需要進一步深入研究的問題。

[1] Srivastava,N.K.,Majumder,C.B..Novel biofiltration methods for the treatment of heavy metals from industrial wastewater.J.Hazard.Mater，2008(151):1-8.

[2] Ku,Y.,Jung,I.L..Photocatalytic reduction of Cr (VI) in aqueous solutions by UV irradiation with the presence of titanium dioxide.Water Res，2001(35)：135-142.

[3] Zverdi,A.,Erdem,M..Cu2+, Cd2+and Pb2+adsorption from aqueous solutions by pyrite and synthetic iron sulphide.J.Hazard.Mater.,2006(137)：626-632.

[4] Mahdi Gharabaghi,Mehdi Irannajad,Amir Reza Azadmehr.Selective sulphide precipitation of heavy metals from acidic polymetallic aqueous solution by thioacetamide[J].Ind Eng Chem Res，2012,51(2):954-963.

[5] Xu,Y.,Zhang,F..Experimental research on heavy metal wastewater treatment with dipropyl dithiophosphate.J.Hazard.Mater，2006(137):1636-1642.

[6] Motsi,T.,Rowson,N.A.,Simmons,M.J.H..Adsorption of heavy metals from acid mine drainage by natural zeolite.Int. J.Miner. Process，2009(92)：42-48.

[7] Ostroski,I.C.,Barros,M.A.S.D.,Silvab,E.A.,et al.Comparative study for the ion exchange of Fe (Ⅲ) and Zn (Ⅱ) on zeolite NaY.J. Hazard. Mater，2009(161):1404-1412.

[9] Yanagisawa,H.,Matsumoto,Y.,Machida,M..Adsorption of Zn(Ⅱ) and Cd(Ⅱ) ions onto magnesium and activated carbon composite in aqueous solution.Appl.Surf.Sci,2010(256):1619-1623.

[10] Ahn,C.K.,Park,D.,Woo,S.H.,et al.Removal of cationic heavy metal from aqueous solution by activated carbon impregnated with anionic surfactants.J.Hazard.Mater,2009(164):1130-1136.

[11] Xu P,Zeng GM,Huang DL,et al.Synthesis of iron oxide nanoparticles and their application in Phanerochaete chrysosporium immobilization for Pb (Ⅱ) removal.Colloids Surf A:Physicochem Eng Asp 419:147-155.

[12] Mohsen-Nia M,Montazeri P.Modarress H Removal of Cu2+and Ni2+from wastewater with a chelating agent and reverse osmosis processes.Desalination,2007,217(1-3):276-281.

[13] Figoli,A.,Cassano,A.,Criscuoli,A.,et al.Influence of operating parameters on the arsenic removal by nanofiltration.Water Res,2010(44):97-104.

[14] X.F.Lei，X.X.Xue,H.Yang,et al.Visible light-responded C, N and S co-doped anatase TiO2for photocatalytic reduction of Cr(Ⅵ). Journal of Alloys and Compounds,2015(646):541-549.

Recent progress of the treatment of heavy metal wastewater

Wang Yu

(JiangsuAcademyofEnvironmentalIndustryandTechnologyCorp.Ltd,Nanjing210036,China)

The paper introduces the definitions and features of heavy metal. Starting from aspects of chemical sedimentation tank method, ion-exchange method, adsorption method, membrane isolation method and photocatalysis technique, it describes common heavy metal wastewater processing methods, and analyzes their merits and defects and application scope, which has certain meaning for further studying heavy metal wastewater processing technique.

heavy metal, wastewater, chemical sedimentation tank method, adsorption method, photocatalysis technique

1009-6825(2016)24-0189-02

2016-06-17

王 彧(1981- ),女，工程師

X703

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