重金属污水处理技术研究进展 - 新闻资讯 - 破乳剂|COD去除剂|乳化液|含油|煤化工废水处理|济南乾来环保

[摘要]

随着现代工业的不断发展，重金属废水排放量与日俱增，重金属废水具有不可生物降解性，能直接或间接危害人类健康，因此必须对重金属废水处理达标后再排放。本文综述了近年来国内外常用的重金属废水处理技术，详细介绍了化学处理法、物理处理法和生物处理法等，分析并比较了这些技术的处理过程、优缺点和研究进展，并对今后环保技术的发展进行了展望分析。

[关键词]

重金属；废水处理；环保技术；化学处理法；物理处理法；生物处理法

1 前言

密度大于4.5 g/cm3的金属叫做重金属，现存的重金属的有金、银、铜、铁、汞、铅、钴等 45 种。从环保方面来说，重金属主要指铅、镉、汞、铬、钴、铜、锌等。近年来，水污染问题日益显著，据国家统计局数据，2014 年以来，我国废水排放总量每年均超过 700 亿吨。而且，随着人类工业的发展，尤其是金属冶金、化工、矿石采矿等行业都会产生重金属含量超标的污水.化学沉淀法是重金属污水处理领域应用最广泛、最成熟的方法，化学沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法和铁氧化沉淀法等，其中中和沉淀法具有操作简单、廉价和易于控制 pH 值等优点，所以此法的应用最为广泛。

重金属污水具有不可生物降解性，并且重金属离子容易在生物体内不断富集，通过生态系统和食物链直接或间接的危害人类健康，所以，重金属污水处置不当会造成严重的后果，日本的“水俣病”和“痛痛病”已是前车之鉴。然而，近年来，我国也发生过多起重金属超标的污染事故，如：2013 年广西贺江镉、铊污染事件、2015 年甘肃尾砂泄露重大突发环境事件等，这些污染事件对社会造成了重大伤害。因此，对重金属污水进行高效防治已成为刻不容缓的问题。

2 重金属污水处理技术

目前，重金属污水处理方法较多，主要有化学处理法、物理处理法和生物处理法等。化学处理法主要有化学沉淀法、电化学法等，物理处理法包括吸附法和膜分离法等，生物处理法主要有生物吸附法、生物絮凝法和植物修复法等。

2.1 化学处理法

化学处理法指通过发生化学反应(中和反应、离子交换和氧化还原等)去除污水中重金属离子的方法。化学处理法的原理是通过化学反应使污水中的重金属离子转变为不溶于水的重金属化合物沉淀，再经过过滤分离将沉淀物从溶液中去除。化学处理法主要有化学沉淀法和电化学法等。

2.1.1 化学沉淀法

张更宇等采用氢氧化钙来处理含重金属的电镀废水，研究表明：当溶液 pH=8、温度为 20 ℃时，向 50 mL 废磷化液中投加0.42 g 的 NaF 和 1.85 gCa(OH)2 反应 1 h 后，锌、锰、镍三种重金属的去除率分别达到 99.8 %、99.5 %、99.7 %。何绪文等采用Na2S 处理含铅废水，Na2S 与 Pb2+的投加物质的量之比为 3，pH为 6~9 时，Pb2+的平均去除率可达到 99.60 %。袁雪采用铁氧体氧化法对含锌、铅、镉的废水进行处理，当 pH 值为 10 时，处理效果最佳，三种重金属离子的去除率均超过 95 %。

2.1.2 电化学法

电化学法指在直流电的作用下，通过控制电压或电流，发生电化学反应使重金属离子溶液中发生迁移从而实现对废水净化物的方法。电化学法既能去除废水中的重金属离子，又能实现重金属的回收，具有较好的应用前景。电化学法主要有：电催化氧化法、电沉积法、电吸附法、电絮凝法和微电解法等。

电化学法对含有难降解的有机物和污染物的废水处理方面具有较好的效果，但是在实际工业应用中，由于处理规模小，能耗高，导致成本居高不下等问题，使得实际应用较为困难。

2.2 物理处理法

物理处理法指通过物理作用(溶解和吸附等)将废水中的重金属离子去除的方法，主要包括萃取法、吸附法和膜分离等方法。其中吸附法包括物理化学吸附法和生物吸附法。膜分离法根据驱动力的不同主要分为电渗析法和反渗透法。

2.2.1 吸附法

吸附法主要包括物理化学吸附和生物吸附两种方法。物理化学吸附主要是借助吸附材料的高比表面积结构或者特殊官能基团的物理吸附或者化学吸附作用将废水中的重金属离子去除的方法。

吸附法应用之初，采用的吸附剂主要是一些天然物质，包括：沸石、活性炭和黏土矿物等，这些物质虽然吸附效果好，但是价格昂贵，使用寿命短，不利于实际工程应用。

近年来，为了降低处理成本，提高处理效果，国内外研究者利用改性技术对吸附材料进行相关改性，增加材料表面有效官能团的数量，大大提高了材料的吸附能力。罗道成等通过对天然膨润土改性，并将其应用于电镀废水中吸附 Pb2+、Cr3+、Ni2+，与改性前相比，Pb2+、Cr3+、Ni2+吸附量分别提高了 28.8 mg/g、21.9mg/g、21.5 mg/g。郝鹏飞等利用盐酸对沸石进行浸泡改性，将改性后的沸石处理含铅废水，最大去除率可达 99.4 %。王静等对粉末活性炭进行巯基改性，发现对水溶液中汞的最大吸附容量高达 556 mg/g。

生物吸附法主要是通过生物吸附剂(生物体及其衍生物)吸附废水中的重金属离子，达到去除重金属离子的目的。生物吸附剂主要包括菌体、藻类和一些细胞提取物等。生物吸附法的关键在于吸附剂的选择，Esmaeili et al利用改性的两种海藻红藻和褐藻吸附废水中 Pb2+。研究表明：当 pH=2，红藻 70 min 达到最大吸附量，去除率为 95.6 %；pH=3，褐藻 50 min 达到最大吸附量，去除率为 86.4 %。景明霞等采用啤酒酵母对废水中 Pb2+的影响因素进行了研究，发现当 pH=5 时，1 g/L 啤酒酵母在 60 min 内能吸附 25 mg/L Pb2+。生物吸附法虽然处理效果效率高，但是重金属吸附饱和后再生利用较为困难，造成处理成本较高，此外，在工业化应用中生物吸附法还存在较多问题亟待解决。

2.2.2 膜分离法

膜分离法是利用膜对废水中不同组分选择渗透性作用的差异，在外界压力作用下，在不改变溶液化学形态的基础上，使溶液中的溶质和溶剂分离和浓缩的方法。目前常用的膜分离技术主要有超滤、微滤、纳滤、反渗透和电渗析等。万金保等[20]采用中和/微滤工艺，采用材质为聚四氟乙烯的微滤膜反应器处理的 Zn2+、Pb2+废水，在一定条件下去除效率分别为 99.92 %、99.77 %。Mohsen-Nia等利用反渗透技术处理含有Cu2+和Ni2+离子的重金属废水，去除率可达 99.5 %。

相较于其他重金属废水处理方法，膜分离法处理效率高、工艺简单、占地面积小、投资小、一般不需要投加其他化学药剂，并且对重金属离子的回收效果较好，具有较好的工业应用前景。但是膜分离效率会随着时间而衰减，需要定期更换膜，运行成本较高。

2.3 生物处理法

生物处理法主要是利用生物体的吸收和富集等作用将废水中的重金属去除的方法。目前，常用的生物处理法主要有生物絮凝法和植物修复法。

生物法处理重金属废水投资低，不会产生二次污染，同时能一定程度上改善水体的自净能力，非常符合科学发展的要求。但是，在实际工业应用中产生的废水水质非常复杂，而生物法处理重金属的种类相对单一，处理过程相对缓慢，使得在实际工业中应用范围有限，但是生物处理法投资成本低、处理效果优异，应用前景还是非常宽广。

3 其他重金属废水处理方法

随着近年来科学研究进一步发展，涌现出许多重金属废水处理的新技术。纳米技术近年来发展迅速，同时，结合膜分离技术的发展，采用纳米过滤工艺处理重金属废水具有良好的效果，纳米过滤采用纳滤膜对不同价态离子的截留效果不同，并且使用的操作压力较低(通常为 0.5~1.5 MPa)。M.Manttari 等采用纳滤膜处理造纸厂废水，结果表明，纳滤膜对总有机碳、COD 和有机物的去除率均高于 80 %，去除效果优于超滤和反渗透膜。

采用介孔材料对重金属废水具有较好的处理效果，尤其是通过对介孔材料进行化学修饰或改性，制备出新型功能化介孔材料在重金属废水处理方面具有较好的效果。另外，还有采用基因工程技术对微生物进行改造，用于特定重金属废水的处理，这种方式在一些难处理重金属废水有较好的应用前景，但这些方法大部分还处于实验室研究阶段，距离真正应用于工业中还存在一定差距。

4 结论与展望

上述重金属废水的处理技术都各有优势，但也存在不少缺点，如二次污染、运行成本高和安全问题等。综合考虑各方面的因素，研发新环保技术应该着重从以下几个方面来考虑：

(1)环保工艺方面，对于难处理的重金属废水，需要对现有技术进行改造，考虑将各种成熟技术组合使用、协同处理，扬长避短，如化学沉淀与膜分离组合等，确保出水达标排放。此外，在确保达标排放的基础上，最大限度的回收废水中的重金属，实现废水“零排放”，是当前重金属废水处理技术的发展趋势；

(2)环保药剂方面，加快新型高效、无二次污染的高效环保药剂开发，如吸附材料和膜材料是当前研究的热点，应尽快将实验室处理效果显著的环保药剂进行中试放大，加快工业化进程；

(3)新型环保技术方面，开发处理重金属废水更高效、无二次污染、零排放且能大部分回收重金属的环保新技术，是今后科研的方向和目标。

原标题：重金属污水处理技术研究进展

原作者：赵次娴，刘陈，刘锐利，廖圆，陈龙，岑家山，高伟荣，王凯

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