重金屬廢水治理技術(shù)概況及主要發(fā)展方向

陸 海，彭 瓊

（1.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司技術(shù)創(chuàng)新部，湖北 黃石 435005；2.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司企業(yè)管理部，湖北 黃石 435005）

重金屬廢水對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生很大的污染，而且難以降解，對(duì)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性危害。采礦、冶金、化工等行業(yè)都會(huì)產(chǎn)生大量的重金屬廢水，如果缺少有效的處理，會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害。因此需要做好對(duì)重金屬廢水的研究，減少環(huán)境問題。

1 重金屬廢水

重金屬廢水就是在化工生產(chǎn)、冶煉中所排出的含有重金屬污染物的物質(zhì)，其中重金屬元素主要包括汞、鎳、鈷、鉬、釩、錳等等。

（1）重金屬廢水的來源。重金屬廢水主要來自于才采礦、冶煉、金屬加工、化工生產(chǎn)、顏料制造等等，這些生產(chǎn)的過程中都會(huì)排除很多種廢水，但是其中重金屬含量比較多的，由于其對(duì)環(huán)境的影響比較大，所以重金屬廢水被單獨(dú)作為一個(gè)類別。重金屬廢水構(gòu)成復(fù)雜，不同的重金屬廢水在元素含量上也有明顯的差異。隨著工業(yè)水平的發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響也在增加，尤其是重金屬廢水，每年在排放商業(yè)呈逐漸上升的趨勢(shì)。

（2）重金屬廢水的危害。重金屬廢水具有很強(qiáng)的毒性和致癌性，排放到自然環(huán)境中很難講解，并且容易富集，會(huì)長期對(duì)自然環(huán)境造成影響。通過食物鏈進(jìn)入人體之后，會(huì)在人體內(nèi)累積，最后容易造成人患有疾病，或者身體機(jī)能出現(xiàn)混亂，對(duì)人的健康會(huì)造成十分嚴(yán)重的危害。

2 重金屬廢水處理的主要技術(shù)

（1）沉淀法。沉淀法的來處理重金屬的廢水的思路在于對(duì)重金屬廢水加入沉淀劑，使廢水中的重金屬沉淀，最后就達(dá)成了將重金屬離子去除的目的。沉淀物包括螯合沉淀、硫化物沉淀等等，主要是因?yàn)橹亟饘俜嗡[的重金屬物質(zhì)難以被破壞，為了有效處理，只能將其轉(zhuǎn)化成其他的形態(tài)。

①中和沉淀。通過向重金屬中加入堿中和劑，使重金屬的氫氧化物或者形成碳酸鹽沉淀，就是中和沉淀法。這種方法對(duì)酸堿廢水和化工生產(chǎn)中的處理殘液比較有效，并且操作簡單，使用相對(duì)廣泛。但是由于沉渣量非常大，而且沉渣的含水率很高，所以很難對(duì)沉渣進(jìn)行進(jìn)一步的有效處理，造成某些離子很難達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)。②螯合沉淀。在自然條件下，使用重金屬離子捕集沉淀劑，能夠捕捉到廢水中的重金屬陽離子，比如汞離子、銅離子、鉛離子、錳離子、鋅離子等等，重金屬離子會(huì)生成螯合物后析出，就能夠達(dá)到去除金屬重離子的目的，這就是螯合沉淀，這種方法的特點(diǎn)在于目前技術(shù)成熟，操作簡單，在電鍍行業(yè)也有很管飯的應(yīng)用。使用該方法要使用大量的螯合劑，如何控制螯合劑成本，如何對(duì)濾渣進(jìn)行處理是目前主要的研究方向。③硫化物沉淀。硫化物沉淀法就是利用重金屬元素的硫化物難溶于水中的特性，所以通過使廢水中的重金屬離子生成硫化物，就能夠使重金屬離子析出。先將重金屬廢水調(diào)整至堿性，然后像重金屬廢水中加入硫化鈉或者硫化鉀，重金屬就會(huì)和硫離子結(jié)合，生成難以溶解在水中的沉淀，之后就可以將沉淀過濾，達(dá)去除重金屬離子的目的。使用這種方法更加容易脫水，也容易促進(jìn)重金屬回收，沉渣的金屬品位很高。所以硫化物沉淀法除了會(huì)用于重金屬廢水處理，應(yīng)用在重金屬溶液的凈化工作中。硫化物結(jié)晶比較細(xì)小，有些硫化物難以沉淀，容易繼續(xù)漂浮在水中，如何改善硫化物沉淀的性能是目前主要研究方向。

（2）電化學(xué)技術(shù)。電化學(xué)技術(shù)處理方法包括電解法、間接電解和電絮凝，直接電解就是污染物在電極上直接被氧化或者還原，然后再將其從廢水中取出；間接電解就是利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，生成能夠作為反應(yīng)劑的物質(zhì)，然后污染物就能夠被轉(zhuǎn)化為毒性更小的物質(zhì)；電解徐寧實(shí)在直流電的作用下，讓陽極被溶蝕，從而生成陽離子，再通過水解、聚合等步驟，最后就能夠生成絡(luò)合物，進(jìn)行沉淀分離。隨著目前工藝的不斷完善，新型電化學(xué)技術(shù)比過去的處理效率更高，在重金屬處理和回收上比過去成本更低。

（3）物理化學(xué)法。物理化學(xué)法是處理重金屬廢水最常見的方法，包括離子交換、膜分離技術(shù)等等，很多重金屬處理方法都屬于物理化學(xué)法。

①離子交換法。目前常用的離子交換劑包括沸石、交換樹脂等等，使用離子交換法能夠在短時(shí)間之內(nèi)處理大量的重金屬污水，并且出水質(zhì)量也非常高，能夠有效回收重金屬廢水資源。目前有離子交換車載移動(dòng)處理裝置，根據(jù)廠區(qū)的點(diǎn)狀進(jìn)行布置，在源頭上解決污染問題。交換車能將廢水進(jìn)行集中處理，從而實(shí)現(xiàn)了重金屬廢水的集中控制。但是使用離子交換法的反應(yīng)周期很長，廢水的處理成本也比較高，需要進(jìn)一步提升對(duì)重金屬廢水的處理性能。②膜分離技術(shù)。膜分離技術(shù)就是使用具有過濾功能的膜，將不同種類的重金屬陽離子過濾掉，其中包括電滲析、擴(kuò)散滲析。其中電滲析技術(shù)就是通過提供電廠，讓膜的兩側(cè)能夠具有濃度差，實(shí)現(xiàn)滲析的過程。使用直流電來對(duì)讓膜兩側(cè)的離子實(shí)現(xiàn)定向遷移，電滲析方法是比較成功的方法之一，能夠有效回收重金屬，對(duì)于電鍍廢水的處理有很好的效果，可以做到廢水組成不變，而且也有利于回槽的使用。擴(kuò)散滲析技術(shù)依靠膜兩側(cè)溶液的濃度差來促使溶質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散，這種方法主要利用膜的物理化學(xué)性質(zhì)、原液的組成成分、濃度等條件，使用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)陰陽離子的選擇性透過，并且把廢水中的陰陽離子分離出來。翻身西技術(shù)是在農(nóng)業(yè)一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，從而扭轉(zhuǎn)自然滲析的方向，把溶液中的溶劑壓到半透膜的另一邊。膜分離技術(shù)的耗能很低，而且在分離的過程中不會(huì)發(fā)生物質(zhì)相變，具有很好的分離效果，操作十分簡單而且不會(huì)有二次污染，對(duì)于工廠而言，也能夠很容易地就分離出產(chǎn)物，是目前的研究重點(diǎn)。膜分離技術(shù)包括微濾、超濾、納濾、反滲透，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬陽離子的有效分離。膜分離技術(shù)也有膜難以制造的缺點(diǎn)，有些膜材料的穩(wěn)定性比較差，對(duì)膜如何進(jìn)行清洗和維護(hù)也有一定的難度，所以處理成本比較高而且難以推廣，而且成本相對(duì)比較高。使用廢水回用和物質(zhì)回收的膜分離技術(shù)依然是目前比較高效的水處理技術(shù)，而且又非常廣泛的應(yīng)用。③吸附法。吸附法就是使用具有吸附功能的材料將廢水中的重金屬元素吸附出來，目前的吸附方法包括樹脂吸附、無機(jī)材料媳婦和生物吸附等等。目前比較常用的吸附材料是活性炭，依靠活性炭的官能團(tuán)能夠和重金屬離子發(fā)生質(zhì)子交換或者離子交換，也能夠產(chǎn)生絡(luò)合反應(yīng)活氧化還原反應(yīng)，也能夠利用離子之間的靜電作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬廢水中離子進(jìn)行分離的目的。近年來發(fā)展比較快的吸附材料還包括碳纖維和沸石等等。使用無極吸附法在吸附的效率上比較高，但是在處理之后會(huì)產(chǎn)生很多廢渣，如果不進(jìn)行二次處理，就容易導(dǎo)致二次污染，所以成本比較高。

樹脂吸附是基于數(shù)值中含有的各種活性基團(tuán)實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬陽離子的吸附目的，針對(duì)不同的重金屬陽離子，可以選擇對(duì)應(yīng)的集團(tuán)來保證吸附效果。常用的基團(tuán)包括羥基、羧基和氨基，可以與重金屬廢水中的陽離子發(fā)生螯合反應(yīng)，這樣就能夠生成十分穩(wěn)定的、不溶于水的重金屬螯合物，過濾之后就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)重金屬離子去除的目的。

生物吸附就是利用生物質(zhì)加成的生物吸附劑來去除重金屬陽離子，常用的包括細(xì)菌、酵母、霉菌等等，以及由生物產(chǎn)生的物質(zhì)。使用這種方法進(jìn)行降解，一般都不會(huì)出現(xiàn)二次污染，其次生物物質(zhì)的來源比較廣泛，并且很多物質(zhì)都有比較便宜的價(jià)格。生物吸附劑容易解析，可以有效實(shí)現(xiàn)重金屬的回收。但是生物處理法對(duì)換進(jìn)的要求很高，比如需要控制好pH值和溫度才能獲得良好的效果，對(duì)其他離子濃度也比較敏感，有比較強(qiáng)的抑制作用。

3 重金屬廢水處理的發(fā)展方向

（1）生物法具有廣泛的空間。生物法具有安全無毒的優(yōu)勢(shì)，處理之后不會(huì)產(chǎn)生二次污染，絮凝效果極好。微生物由于生長速度快，所以也具有容易工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。未來通過使用基因技術(shù)，還可以對(duì)微生物進(jìn)行進(jìn)一步的改造，讓微生物對(duì)廢水處理的針對(duì)性更強(qiáng)，具有廣闊的發(fā)展前景。例如可以使用大型真菌對(duì)重金屬生物的及副作用，來完成對(duì)廢水中重金屬的分離，由于大型真菌具有肌膚重金屬的生物學(xué)特性和遺傳潛能，為了保證大型真菌對(duì)重金屬的吸收，需控制好周圍的環(huán)境，保證大型真菌的壽命，要做好對(duì)空間的排布工作，確保廢水中的重金屬離子能被真菌充分的吸收。

（2）物理化學(xué)法依然有巨大的應(yīng)用空間。物理化學(xué)法是重金屬廢水處理的主要技術(shù)，而隨著技術(shù)的不斷改良，能夠提升設(shè)備對(duì)金屬的吸附率，同時(shí)也能夠?qū)χ亟饘俑玫鼗厥?。比如在重金屬廢水中金屬離子濃度比較低的時(shí)候，使用膜技術(shù)就能夠獲得非常好的分離效果。未來還需要繼續(xù)研究膜材料，提升分離的水平。其次，通過研究重金屬在廢水中的活動(dòng)機(jī)制，制造具有更強(qiáng)分離功能的膜材料。

（3）組合方法工藝。單純采用某一種方法并不能獲得比較好的過濾和處理效果，通過將物理化學(xué)和生物方法相結(jié)合，在重金屬廢水的處理效率會(huì)有明顯的提升。而且，通過將不同的方法結(jié)合，有利于減少二次污染，使不同工藝能夠相互彌補(bǔ)，提升重金屬的回收率，也能降低成本，提升污水處理的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）對(duì)重金屬廢水處理的成本控制是主要的發(fā)展方向。廉價(jià)而且高效的重金屬廢水處理方法一直都是研究的主要方向，這也是吸附法能夠成為最為常用的重金屬回收方法的主要原因。很多工業(yè)廢棄物都具有吸收重金屬的功能，由于來源豐富而且價(jià)格低廉，并且使用之后不用再生，所以能夠很好地控制重金屬回收的費(fèi)用。

（5）回收重金屬的利用。重金屬雖然對(duì)自然有害，但是對(duì)于工業(yè)而言仍然非常重要，所以對(duì)重金屬回收的研究，提升重金屬回收的經(jīng)濟(jì)效益也是研究的主要方向。比如使用超濾-電解集成處理重金屬廢水，可以通過對(duì)超濾濃縮液的電解讓重金屬回收，能夠?qū)崿F(xiàn)控制污染、回收重金屬的雙重目的。

另外通過植物翠群、過濾等方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬的回收。這種方法也同樣具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，相比其他技術(shù)也更加簡單，從富含重金屬的土壤中提取重金屬，實(shí)現(xiàn)了控制和回收的雙重目標(biāo)。

4 結(jié)語

重金屬廢水處理對(duì)環(huán)境污染治理意義深遠(yuǎn)，因此還需要繼續(xù)做好重金屬廢水處理的研究，通過改善技術(shù)，解決重金屬廢水的處理困難，提升處理效率。通過將多種不同的技術(shù)結(jié)合，獲得更好的處理效果，減少對(duì)環(huán)境的二次污染。