重金屬廢水的處理方法

目前，世界各國重金屬廢水處理方法主要有三類：第一類是廢水中重金屬離子通過發生化學反應除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法、化學還原法、電化學還原法和高分子重金屬捕集劑法等。第二類是使廢水中的重金屬在不改變其化學形態的條件下進行吸附、濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發和凝固法、離子交換和膜分離等。第三類是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，包括生物絮凝、生物化學法和植物生態修復等。

化學法

包括化學沉淀法、化學還原法、電解法和高分子重金屬捕集劑法等。

⑴化學沉淀法

化學沉淀法的原理是通過化學反應使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶于水的重金屬化合物，通過過濾和分離使沉淀物從溶液中去除。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法。

中和沉淀法操作簡單，是常用的處理廢水的方法，但是操作過程中需控制好pH值，尤其當廢水中有多種重金屬離子共存時，需嚴格控制，且要實行分段沉淀。若廢水中有鹵素、氰根、腐殖質等有可能與重金屬形成絡合物的陰離子，需在中和前進行預處理。當廢水中含有較小顆粒時，需加入絮凝劑輔助沉淀生成。

與中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的優點是重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低，且處理后的廢水一般不用中和。其缺點是：硫化物沉淀物顆粒小，易形成膠體，硫化物沉淀劑本身在水中殘留，遇酸生成硫化氫氣體，產生二次污染。

鐵氧體共沉淀法的主要原理為使鐵離子和重金屬離子產生氫氧化物沉淀，通入空氣攪拌并加入氫氧化物不斷反應，形成重金屬離子–鐵氧體。該法形成的污泥化學穩定性較高，易于固液分離和脫水。一般用來處理含Cr廢水，也特別適用于含重金屬離子的電鍍混合廢水。這種方法的優點是設備簡單、投資少、操作簡便、不產生二次污染，缺點為能耗較高，處理后鹽度高，且處理的重金屬種類有限。

總而言之，化學沉淀法因為沉淀劑的加入容易造成二次污染，而且沉淀劑和環境條件都會影響出水質量，且對沉淀物的處理工藝要求很高，再利用價值不高。

⑵電解法

電解法是利用金屬的電化學性質，使金屬離子在電解時能從相對高濃度的溶液中分離出來，然后加以利用。電解法的優點有去除率高、可回收利用重金屬、無二次污染等，但其又有能耗大、不能處理較低重金屬離子濃度的廢水的缺點。

⑶高分子重金屬捕集劑法

重金屬捕集劑能夠結合重金屬離子，生成穩定且難溶于水的金屬螯合物。反應的效率較高，處理重金屬廢水時污泥沉淀快，含水率低，并具有良好的選擇性，可將部分重金屬離子與其他離子分離、回收再利用，從而克服了傳統化學處理法的不足，為后續的處理提供了方便，特別對廢水中重金屬含量低的廢水，處理費用相對較低，但目前并沒有大規模的運用到生產中。

物理法

物理法即使廢水中的重金屬在不改變其化學形態的條件下進行吸附、濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發和凝固法、離子交換和膜分離等。

⑴吸附法

吸附法是利用吸附劑吸附溶存于廢水中重金屬離子的一種方法。吸附法主要是以物理吸附和化學吸附為主。吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而一直受到人們的青睞。傳統的、應用得較多且技術較成熟的吸附劑為活性炭。活性炭是一種非極性吸附劑，它具有良好的吸附性能和穩定的化學性質，可以耐強酸、強堿，能經受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。與其他吸附劑相比，活性炭具有巨大的比表面積和特別發達的微孔，通常活性炭的比表面積高達500-1700m2/g。諸多研究表明，在重金屬的去除領域，活性炭吸附法具有技術簡單、經濟可行、效果良好等優點。但是活性炭再生效率低，使用壽命短，出水水質有時難以滿足回用水要求。近年來，國內外逐漸開發出有吸附能力的多種吸附材料，一類是以自然資源作為天然吸附材料，如腐植酸(HA)類物質、粘土(斜發沸石)、殼聚糖類、玉米棒子芯、白楊木材鋸屑等；另一類是利用微生物作為生物吸附材料。生物吸附劑是一種特殊的離子交換劑，與常規離子交換劑不同，起作用的是生物細胞，主要有菌體、藻類和細胞提取物等。生物吸附劑具有其他吸附劑所不具有的的優點，例如：原料的來源廣、價格低、吸附能力強、易于分離回收重金屬等特點，因此在國外已經被較為廣泛應用。但此法也存在一些問題：吸附容量較易受環境因素影響，另外，生物吸附材料對重金屬的吸附具有選擇性，而重金屬廢水中往往含有多種重金屬，應用上受到一定限制等。

⑵溶液萃取法

用溶液萃取法處理重金屬廢水時，需選擇具有較高選擇性的萃取劑，且要求在萃取操作時注意選擇水相酸度。雖然萃取法有較大優越性，但溶劑在萃取的過程中的流失和再生過程中能源消耗大，使得該方法具有一定的局限性，應用也因此受到了很大的限制。

⑶離子交換法

離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質的方法，當含重金屬的液體通過交換劑時，交換劑上的離子同水中的重金屬離子進行交換，從而達到去除水中重金屬離子的目的。目前應用的離子交換劑主要有離子交換樹脂、沸石、膨潤土、離子交換纖維等。

⑷膜分離法

膜分離技術是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下、不改變溶液化學形態的基礎上，將溶液和溶質進行分離或濃縮的方法。膜分離用于處理重金屬廢水，由于去除率高，選擇性強，在常溫下操作無相態變化，能耗低、污染小，自動化程度高等優點，已經受到了人們的廣泛重視并產生了很高的經濟效益。在實際應用中主要有微濾膜(截留直徑在50nm左右)、納濾膜(截留直徑在0．1～1nm之間)、超濾膜(截留直徑在1～50nm之間)、電生物膜等。

近年來，膜技術得到了廣泛的應用，已經實現了規模化的生產，在生產中主要有陶瓷膜、電生羥基膜等種類，根據不同處理需要可生產出不同直徑的膜產品，其生產成本也不盡不同。由于在應用中為了膜的再生，需要在處理過程中對膜進行反沖洗以增加膜的使用壽命，從而使得其生產成本增加。另外，由于本身對生產工藝要求很高，所以其在應用推廣中受到了限制。

生物修復法

生物修復法指借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，其中包括生物絮凝、生物化學法和植物生態修復等。

⑴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，一般由多糖、蛋白質、DNA、纖維素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物質構成，分子中含有多種官能團，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。生物絮凝法具有許多優點，例如處理廢水安全、方便且無毒，不產生二次污染，絮凝效果好等等。但當前也存在著生產成本較高、活體絮凝劑保存困難、難以進行工業化生產等難題，因此大部分生物絮凝劑還處于探索研究階段。

⑵植物修復法

植物修復法是指利用植物通過吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金屬含量，以達到治理污染、修復環境的目的。利用植物處理重金屬，主要由三部分組成：①從廢水中吸取、沉淀或富集有毒金屬；②降低有毒金屬活性，從而減少重金屬被淋濾到地下或通過空氣載體擴散；③將土壤中或水中的重金屬萃取出來，富集并輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分，通過收獲或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度。植物修復法具有實施較簡便、成本較低和對環境擾動少的優點，不僅可以凈化和美化環境，而且在清除土壤中重金屬污染物的同時，可以從富含重金屬的植物殘體中回收貴重金屬，取得直接的經濟效益。但其存在的缺點是治理效率較低，不能治理重污染土壤，且一種植物只吸收一種或兩種重金屬，難以全面清除土壤中的所有污染物。另外施加有機螯合劑雖能增強對重金屬的富集能力，卻可能會造成有毒元素地下的滲漏，形成潛在的污染風險，且增加了運行成本。總之，植物修復技術作為一種新的污染治理替代技術，具有極大的潛力和市場前景。