重金属废水处理技术论文

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摘要:本文介绍了水体中重金属废水的处理的方法，其中主要方法有化学沉淀法、电解法、离子交换法、膜分离法和吸附法等。分析各种方法在应用中的优势和不足，为今后重金属废水处理提供参考和思路。

关键词:重金属;废水;处理;技术

近年来，随着我国工业和经济的不断发展，大量的含重金属的工业废水在未经任何处理的情况下直接排入到江河中，使得水环境中重金属的含量急剧升高，对生态环境的稳定以及人类的生产生活造成了严重的威胁［1］。重金属污染物因其在自然界中难降解，且对环境破坏性大等特性，在世界范围内都造成了严重环境污染问题［2］。目前水体中重金属污染主要的来源是矿山、金属冶炼、陶瓷、纸浆、电镀、油漆、医药以及电池制造等行业［3］，据有关部门估算，现在全球每年向自然环境排放的有毒重金属污染物达到了数百万吨，其中铅排放量大约为34．6万吨，镍排放量大约为38．1万吨，砷排放量大约为12．5万吨，铜排放量大约为14．7万吨，并且这些数字都是呈逐年上升的趋势［4］。重金属离子污染物由于其不可生物降解特性，且大量的重金属污染物被排入到江河、湖泊之后，被水体中的水生动植物以及土壤等吸收，重金属离子在生物体内富集积累，不断的增多，参与生物循环，经过生态系统和食物链的传递直接或间接地影响并危害到人类的身体健康［5］。此外，重金属污染物在低浓度条件下也具有较强毒性，在微生物作用下，甚至会转化成毒性更强的其他价态。因此，对这些重金属污染进行有效的防控和综合的治理已是亟待解决的问题。铅离子在自然界中可以通过食物链的传递或直接摄入的方式进入人体中，破坏人体中组织器官，尤其是对人体肾脏和免疫系统的造成很大的损害。过量的摄入金属铅会导致人出现眩晕、失眠、偏头痛、烦躁、抽搐、甚至惊厥等不适的状况［6］。

1处理技术

1．1化学沉淀法。化学沉淀法是目前应用最广泛、运行最成熟的处理重金属废水的方法，该方法因其实际操作简单、成本较低等优点而在重金属废水处理工艺中得到广泛的使用［7－8］。而化学沉淀法主要可以分为中和沉淀法、硫化物沉淀法以及铁氧体法，其中以中和沉淀法的优点最为明显，应用也是最为广泛。中和沉淀法:该法的作用机理是向含重金属的废水中投加一定量碱性物质(如氧化镁、烧碱和碳酸钙等)，来调节废水中的pH值，达到碱性条件，使废水中的重金属离子通过形成氢氧化物或者碳酸盐等物质而沉淀下来，从而达到去除重金属污染物的目的。中和沉淀法因为其具体操作比较简单，碱性中和剂来源广泛易得，自动化程度高，并且去除重金属离子种类较多等优点，因而被较为广泛的用于处理含重金属的废水。张更宇等［9］采用氢氧化钙作为碱性中和剂，来处理含重金属的电镀废水，研究结果表明，在pH值为8、温度为20℃时，向50ml的废液中投加1．85g氢氧化钙，反应1h后，发现该法对锌、锰、镍三种重金属的去除率分别为99．8%、99．5%和99．7%。但是中和沉淀法在实际应用中也存在着一些不足的地方，比如在反应过程中会生成废渣，含水率高，难以脱水，pH对沉淀影响较大，容易造成二次污染等问题。硫化物沉淀法:是指向含重金属废水中投加硫化物从而使重金属污染物从溶液中析出并沉淀下来，达到去除重金属污染物的目的。沉淀法中常见的硫化物沉淀剂主要为有硫氢化钠和硫化钠［10］。硫化物沉淀法与中和沉淀法相比较，该法对金属废水有着更好的去除效果。一些研究学者［11］用NaHSO3作为沉淀剂处理含铬的重金属废水，研究结果表明，在酸性条件下有利于沉淀剂的应用，在pH为2时，对含铬的重金属废水的去除率超过99．32%，出水水质也符合排放标准。但是金属硫化物沉淀法也存在着一些缺陷，比如金属硫化物的颗粒半径很小，在水中容易发生团聚和凝胶现象，因此采用金属硫化物沉淀法来处理重金属废水需要考虑到后续废水的固液分离的问题。1．2电解法。电解法的作用机理是让重金属废水中的金属离子在阳极发生氧化反应，在阴极上发生还原反应，使得废水中的重金属离子在电极上富集，从达到去除废水中重金属离子的目的。电解法不仅能够有效的降解重金属废水，且重金属离子在电极材料的表面富集，在一定程度上可以实现某些贵重金属的回收利用。而电解法在重金属废水的处理中具有操作简单，反应设备简单、造价低和占地面积较少等优点。王湖坤等［12］采用铁屑－活性炭微电解法处理含铬重金属废水，实验研究结果表明，在pH为0．5，M(铁屑):M(活性炭)为10:1，室温25℃，反应时间为60min时，该方法对含铬的重金属废水的去除率达到了97．92%，比单独的铁屑处理重金属铬效果要好很多。但电解法在处理重金属废水中也存在着一些缺点，比如说废水处理的量较小、反应过程中耗电量比较大和出水水质较差等缺点。1．3离子交换法。离子交换法的作用机理主要是通过离子交换树脂上的活性基团(如氨基和羟基等)与含重金属废水中的金属离子发生反应，而离子树脂上的这些活性基团与重金属离子的反应主要是形成离子交换对或者二者间的鳌合作用来达到去除废水中的重金属离子的目的［13］。和硫化物沉淀法处理重金属废水相比较，离子交换法在处理废水的过程中产生的废渣量只占硫化物沉淀法产生残渣量的20%。因此对于该方法而言，能够大大的减少处理固体废弃物的处置费用，节约成本。Zarrabi等［14］采用强碱阴离子交换剂来处理含磷的重金属废水，研究结果表明，该交换树脂对磷的最大吸附量可达66．22mg/g，明显高于其他文献中对磷的的吸附量，并且其吸附拟合模型符合二级动力学模型，树脂交换过程中的控制步骤主要为膜扩散。离子交换法作为污水处理行业中一种重要的处理工艺，该方法具有操作简单、容易再生、处理的水量较大、处理效果好等优点［15－18］。但是该法对于重金属含量很高的废水以及污染物浓度波动比较大废水处理效果不好。因此，在实际应用过程中，离子交换法一般用于处理重金属浓度较低的、水质波动性比较小的废水。1．4膜过滤法。膜过滤法也叫膜分离法，是污水处理工艺中的一种常见的物理分离处理方法。该法的作用机理主要是利用渗透膜的选择透过性来截留重金属废水中的一些大分子物质，将废水中的溶质和溶液分离开来，从而达到去除水体中重金属污染物的目的［19］。另膜过滤法根据膜截留的物质粒径大小以及推动作用力的大小，可细分为电渗析、微滤、纳滤、超滤以及反渗透等处理方法［20］。在这些处理方法中，微滤和超滤法是利用膜之间的压力差使的废水中不同大小的分子分离，而纳滤法则是利用电荷的不同来分离物质，反渗透是通过溶液中的粒径不同大小来分离物质。此外，膜分离技术具有操作简单、去除效果好和无二次污染等优点，因此该方法在环境、化工和电镀等行业具有着很广泛的实际应用。钟溢健等［21］采用一种凝胶法制备出了QSTFI膜，并考察其对重金属Cd2+的吸附性能，研究结果表明，QSTFI膜对废水中Cd2+的去除率达到了99%以上。然而这种半透膜在使用过程中容易造成膜污染，需要耗费大量的水来清洗，且膜的价格也比较昂贵，应用过程中的稳定性较差，因此也限制了膜分离技术大规模的应用于实际废水的处理。1．5吸附法。吸附法的原理是利用吸附剂将废水中的重金属离子吸附到吸附剂的表面，在通过沉淀下去，从而达到去除重金属污染物的目的［22］。吸附法按吸附机理来区分，主要可分为物理吸附作用及化学吸附作用二种。其中吸附剂的物理吸附主要是依靠吸附剂与重金属离子之间的相互作用来去除，而化学吸附是依靠吸附剂表面的一些活性基团与废水中的重金属离子发生反应而去除的。但是在实际重金属废水的处理过程中，反应过程中往往不止存在一种吸附作用，通常是物理吸附和化学吸附二种吸附作用同时存在，且共同作用的［23］。目前用于重金属废水处理的吸附剂有很多，且种类比较多，它们都有着各自独特的优势和特点，如常见的活性炭、硅藻土、膨润土、沸石以及生物质吸附剂等物质。活性炭在污水处理中一种是使用最早的吸附剂材料，同时也是应用范围最广的一种物理吸附剂，与其他的一些吸附剂相比，选择活性炭作为吸附剂材料，有着其他材料无可比拟的优点，如活性炭的比表面积较大、材料表面的微孔数目较多，对重金属离子和有机污染物的吸附能力强、化学性质稳定等优势［24－25］。近年来，生物质吸附法因为其操作过程简单、处理过程污泥产生以及对低浓度的重金属废水具有很好的去除效果等优点，受到了越来越多的国内外专家学者的关注。特别是在废水处理方面，生物吸附法与其它处理含重金属废水的方法相比较，生物吸附法在实际处理过程中操作简单，反应过程不会造成二次污染，整个过程绿色环保［26］。因此，采用生物质吸附法处理重金属废水有着具有很大的的应用前景。而生物质作材料作为吸附剂的一种，一般是以廉价的或者已经废弃的天然高分子生物质及其衍生物来作为吸附剂的。

2结束语

运用单一的技术难以彻底的去除含重金属废水，只有更加深入的研究各个工艺的机理，改善技术的缺陷，将其与其它工艺进行优化组合，取长补短，充分的发挥各个技术的优势，是今后研究的主要方向。

作者:郑海华 徐礼春 单位:江西水利职业学