重金屬?gòu)U水處理方法

重金屬指比重大于4或5的金屬，約有45種，通常的重金屬污染，主要是指汞、鉛、鎘、鉻以及砷等生物毒性顯著的重金屬的環(huán)境污染，還包括具有一定毒性的重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等。重金屬污染物難以治理，它們?cè)谒w中積累到一定的限度就會(huì)對(duì)水體一水生植物一水生動(dòng)物系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并可能通過(guò)食物鏈影響到人類的自身健康。在礦冶、機(jī)械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)中的許多生產(chǎn)過(guò)程中都產(chǎn)生重金屬?gòu)U水，這些廢水嚴(yán)重影響著兒童和成人的身體健康乃至生命，如人體若攝取了過(guò)多的鉬元素會(huì)導(dǎo)致痛風(fēng)樣綜合癥，關(guān)節(jié)痛及畸形，腎臟受損，并有生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，動(dòng)脈硬化，結(jié)蒂組織變性等病癥。當(dāng)前，兒童鉛中毒，重金屬致胎兒畸形，砷中毒等事件也屢有發(fā)生，使重金屬污染成為關(guān)系到人類健康和生命的重大環(huán)境問(wèn)題。

目前，重金屬?gòu)U水處理的方法大致可以分為三大類：(1)化學(xué)法；(2)物理處理法；(3)生物處理法。

化學(xué)法主要包括化學(xué)沉淀法和電解法，主要適用于含較高濃度重金屬離子廢水的處理，化學(xué)法是目前國(guó)內(nèi)外處理含重金屬?gòu)U水的主要方法。

2.1.1化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法的原理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔?，通過(guò)過(guò)濾和分離使沉淀物從水溶液中去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法。由于受沉淀劑和環(huán)境條件的影響，沉淀法往往出水濃度達(dá)不到要求，需作進(jìn)一步處理，產(chǎn)生的沉淀物必須很好地處理與處置，否則會(huì)造成二次污染。

2.1.2電解法

電解法是利用金屬的電化學(xué)性質(zhì)，金屬離子在電解時(shí)能夠從相對(duì)高濃度的溶液中分離出來(lái)，然后加以利用。電解法主要用于電鍍廢水的處理，這種方法的缺點(diǎn)是水中的重金屬離子濃度不能降的很低。所以，電解法不適于處理較低濃度的含重金屬離子的廢水。

物理處理法主要包含溶劑萃取分離、離子交換法、膜分離技術(shù)及吸附法。

2.2.1溶劑萃取分離

溶劑萃取法是分離和凈化物質(zhì)常用的方法。由于液液接觸，可連續(xù)操作，分離效果較好。使用這種方法時(shí)，要選擇有較高選擇性的萃取劑，廢水中重金屬一般以陽(yáng)離子或陰離子形式存在，例如在酸性條件下，與萃取劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從水相被萃取到有機(jī)相，然后在堿性條件下被反萃取到水相，使溶劑再生以循環(huán)利用。這就要求在萃取操作時(shí)注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優(yōu)越性，然而溶劑在萃取過(guò)程中的流失和再生過(guò)程中能源消耗大，使這種方法存在一定局限性，應(yīng)用受到很大的限制。

2.2.2離子交換法

離子交換法是重金屬離子與離子交換劑進(jìn)行交換，達(dá)到去除廢水中重金屬離子的方法。常用的離子交換劑有陽(yáng)離子交換樹(shù)脂、陰離子交換樹(shù)脂、螯合樹(shù)脂等。幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就離子交換劑的研制開(kāi)發(fā)展開(kāi)了大量的研究工作。隨著離子交換劑的不斷涌現(xiàn)，在電鍍廢水深度處理、高價(jià)金屬鹽類的回收等方面，離子交換法越來(lái)越展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。離子交換法是一種重要的電鍍廢水治理方法，處理容量大，出水水質(zhì)好，可回收重金屬資源，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，但離子交換劑易氧化失效，再生頻繁，操作費(fèi)用高。

2.2.3膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下，不改變?nèi)芤褐谢瘜W(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上，將溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離或濃縮的方法，包括電滲析和隔膜電解。電滲析是在直流電場(chǎng)作用下，利用陰陽(yáng)離子交換膜對(duì)溶液陰陽(yáng)離子選擇透過(guò)性使水溶液中重金屬離子與水分離的一種物理化學(xué)過(guò)程。隔膜電解是以膜隔開(kāi)電解裝置的陽(yáng)極和陰極而進(jìn)行電解的方法，實(shí)際上是把電滲析與電解組合起來(lái)的一種方法。上述方法在運(yùn)行中都遇到了電極極化、結(jié)垢和腐蝕等問(wèn)題。

2.2.4吸附法

吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附去除水中重金屬離子的一種有效方法。吸附法的關(guān)鍵技術(shù)是吸附劑的選擇，傳統(tǒng)吸附劑是活性炭?；钚蕴坑泻軓?qiáng)吸附能力，去除率高，但活性炭再生效率低，處理水質(zhì)很難達(dá)到回用要求，價(jià)格貴，應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，逐漸開(kāi)發(fā)出有吸附能力的多種吸附材料。有相關(guān)研究表明，殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑，殼聚糖樹(shù)脂交聯(lián)后，可重復(fù)使用10次，吸附容量沒(méi)有明顯降低。利用改性的海泡石治理重金屬?gòu)U水對(duì)Pb2 、Hg2 、Cd2 有很好的吸附能力，處理后廢水中重金屬含量顯著低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。另有文獻(xiàn)報(bào)道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑，鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對(duì)Cr 6 的去除率達(dá)到99％，出水中Cr 6 含量低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，具有實(shí)際應(yīng)用前景。

生物處理法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，包括生物吸附、生物絮凝、植物修復(fù)等方法。

2.3.1生物吸附

生物吸附法是指生物體借助化學(xué)作用吸附金屬離子的方法。藻類和微生物菌體對(duì)重金屬有很好的吸附作用，并且具有成本低、選擇性好、吸附量大、濃度適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，是一種比較經(jīng)濟(jì)的吸附劑。用生物吸附法從廢水中去除重金屬的研究，美國(guó)等國(guó)家已初見(jiàn)成效。有研究者預(yù)處理假單胞菌的菌膠團(tuán)后，將其固定在細(xì)粒磁鐵礦上來(lái)吸附工業(yè)廢水中Cu，發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度高至100 mg／L時(shí)，除去率可達(dá)96％，用酸解吸，可以回收95％銅，預(yù)處理可以增加吸附容量。但生物吸附法也存在一些不足，例如吸附容量易受環(huán)境因素的影響，微生物對(duì)重金屬的吸附具有選擇性，而重金屬?gòu)U水常含有多種有害重金屬，影響微生物的作用，應(yīng)用上受限制等，所以還需再進(jìn)行進(jìn)一步研究。

2.3.2生物絮凝

生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝法的開(kāi)發(fā)雖然不到20年，卻已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有17種以上的微生物具有較好的絮凝功能，如霉菌、細(xì)菌、放線菌和酵母菌等，并且大多數(shù)微生物可以用來(lái)處理重金屬。生物絮凝法具有安全無(wú)毒、絮凝效率高、絮凝物易于分離等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景。

2.3.3植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是指利用高等植物通過(guò)吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金屬含量， 以達(dá)到治理污染、修復(fù)環(huán)境的目的。植物修復(fù)法是利用生態(tài)工程治理環(huán)境的一種有效方法，它是生物技術(shù)處理企業(yè)廢水的一種延伸。利用植物處理重金屬，主要有三部分組成：

(1)利用金屬積累植物或超積累植物從廢水中吸取、沉淀

或富集有毒金屬： (2)利用金屬積累植物或超積累植物降

低有毒金屬活性，從而可減少重金屬被淋濾到地下或通過(guò)

空氣載體擴(kuò)散： (3)利用金屬積累植物或超積累植物將土

壤中或水中的重金屬萃取出來(lái)，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(guò)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。在植物修復(fù)技術(shù)中能利用的植物有藻類植物、草本植物、木本植物等。

藻類凈化重金屬?gòu)U水的能力主要表現(xiàn)在對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的吸附力。褐藻對(duì)Au的吸收量達(dá)400mg／g，在一定條件下綠藻對(duì)Cu、Pb、La、Cd、Hg等重金屬離子的去除率達(dá)80％~90％。浩云濤等分離篩選獲得了一株高重金屬抗性的橢圓小球藻(Chlorella ellipsoidea)，并研究了不同濃度的重金屬銅、鋅、鎳、鎘對(duì)該藻生長(zhǎng)的影響及其對(duì)重金屬離子的吸收富集作用。結(jié)果顯示，該藻Zn 和Cd 具有很高的耐受性。對(duì)四種重金屬的耐受能力依次為鋅>鎘>鎳>銅。該藻對(duì)重金屬具有很好的去除效果，15μmol/L Cu2 、300μmol/L Zn2 、100μmol/L Ni2 、30μmol/L Cd2 濃度72ｈ處理，去除率分別達(dá)到40.93%、98.33%、97.62%、86.88%。由此可見(jiàn)，此藻類可應(yīng)用于含重金屬?gòu)U水的處理。

草本植物凈化重金屬?gòu)U水的應(yīng)用已有很多報(bào)道。風(fēng)眼

蓮(Eichhoria crassipes Somis)是國(guó)際上公認(rèn)和常用的一種治理污染的水生漂浮植物，它具有生長(zhǎng)迅速，既能耐低溫、又能耐高溫的特點(diǎn)，能迅速、大量地富集廢水中Cd、Pb、Hg、Ni、Ag、Co、Cr等多種重金屬。張志杰等的研究結(jié)果表明，干重lkg的風(fēng)眼蓮在7～l0d可吸收鉛3.797g、鎘3.225g。周風(fēng)帆等的 研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)眼蓮對(duì)鈷和鋅的吸收率分別高達(dá)97％和80％。香蒲(Typhao rientaliS Pres1)也是一種凈化重金屬的優(yōu)良草本植物，它具有特殊的結(jié)構(gòu)與功能，如葉片成肉質(zhì)、柵欄組織發(fā)達(dá)等。香蒲植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)在高濃度重金屬?gòu)U水中形成特殊結(jié)構(gòu)以抵抗惡劣環(huán)境并能自我調(diào)節(jié)某些生理活動(dòng)， 以適應(yīng)污染毒害。招文銳等研究了寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)處理廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦選礦廢水的穩(wěn)定性。歷時(shí)10年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地凈化鉛鋅礦廢水。未處理的廢水含有高濃度的有害金屬鉛、鋅、鎘經(jīng)人工濕地后，出水口水質(zhì)明顯改善，其中鉛、鋅、鎘的凈化率分別達(dá)99．0％，97．％和94．9％，且都在國(guó)家工業(yè)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)之下。此外，還有很多草本植物具有凈化作用，如喜蓮子草、水龍、刺苦草、浮萍、印度芥菜等。

采用木本植物來(lái)處理污染水體，具有凈化效果好，處理量大，受氣候影響小，不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的重視。胡煥斌等試驗(yàn)結(jié)果表明，蘆葦和池杉兩種植物對(duì)重金屬鉛和鎘都有較強(qiáng)富集能力，而木本植物池杉比草本植物蘆葦具有更好的凈化效果。周青等研究了5種常綠樹(shù)木對(duì)鎘污染脅迫的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高濃度鎘脅迫下，5種樹(shù)木葉片的葉綠素含量、細(xì)胞質(zhì)膜透性、過(guò)氧化氫酶活性及鎘富集量等生理生化特性均產(chǎn)生明顯變化，其中，黃楊、海桐,杉木抗鎘污染能力優(yōu)于香樟和冬青。以木本植物為主體的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)，能切斷有毒有害物質(zhì)進(jìn)入人體和家畜的食物鏈，避免了二次污染，可以定向栽培，在治污的同時(shí)，還可以美化環(huán)境，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，是一種理想的環(huán)境修復(fù)方法。

我國(guó)水體重金屬污染問(wèn)題十分突出，江河湖庫(kù)底質(zhì)的污染率高達(dá)80.1%。2003年黃河，淮河，松花江，遼河等十大流域的流域片重金屬超標(biāo)斷面的污染程度均為超Ⅴ類。2004年太湖底泥中總銅，總鉛，總鎘含量均處于輕度污染水平。黃浦江干流表層沉積物中Cd超背景值2倍，Pb超1倍，Hg含量明顯增加；蘇州河中Pb全部超標(biāo)，Cd為75%超標(biāo)，Hg為62.5%超標(biāo)。城市河流有35.11%的河段出現(xiàn)總汞超過(guò)地表水III類水體標(biāo)準(zhǔn)，18.46%的河段面總鎘超過(guò)Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)，25%的河段有總鉛的超標(biāo)樣本出現(xiàn)。葫蘆島市烏金塘水庫(kù)鉬污染問(wèn)題嚴(yán)重，鉬濃度最高超標(biāo)準(zhǔn)值13.7倍。由長(zhǎng)江，珠江，黃河等河流攜帶入海的重金屬污染物總量約為3.4萬(wàn)t，對(duì)海洋水體的污染危害巨大。全國(guó)近岸海域海水采樣品中鉛的超標(biāo)率達(dá)62.9%，最大值超一類海水標(biāo)準(zhǔn)49.0倍；銅的超標(biāo)率為25.9%，汞和鎘的含量也有超標(biāo)現(xiàn)象。大連灣60%測(cè)站沉積物的鎘含量超標(biāo)，錦州灣部分測(cè)站排污口鄰近海域沉積物鋅，鎘，鉛的含量超過(guò)第三類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外同樣存在水體重金屬污染問(wèn)題，如波蘭由采礦和冶煉廢物導(dǎo)致約50%的地表水達(dá)不到水質(zhì)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

目前應(yīng)用在含重金屬?gòu)U水處理基本采用日本提供的處理工藝，它主要由硫化處理工序、石膏中和工序、鐵鹽氧化工序組合而成。該組合工藝雖然可以使處理后的水達(dá)標(biāo)排放，但是也有不足：

1、這一過(guò)程中產(chǎn)生大量的污泥中含有硫化氫氣體，由于為了保證重金屬的去除率，往往需要投加過(guò)量的硫化物，過(guò)量的硫化物在酸性條件下會(huì)生成硫化氫氣體，硫化氫氣體為劇毒，容易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員產(chǎn)生人身傷害。

2、生成的重金屬硫化物非常細(xì)微,污泥顆粒細(xì)膩，脫水困難。

3、污泥中含有大量的砷，銅等重金屬離子等，如果不能及時(shí)處理,污泥廢渣會(huì)發(fā)生滲濾使重金屬滲入地下水體中，引起二次污染問(wèn)題.

4、原料和渣量非常大，造成物料運(yùn)輸困難，石灰石預(yù)處理設(shè)備龐大、占地面積大；

5、生成石膏的強(qiáng)度不夠，含有重金屬等有毒物質(zhì)，使得石膏難以利用，造成了資源的浪費(fèi)。

6、出水為高含鹽污水，無(wú)法回用，影響了廢水的總回收利用率。

7、 水處理設(shè)施設(shè)備龐大，組合而成的水處理系統(tǒng)非常龐大繁雜。

1.工藝流程比較簡(jiǎn)單建設(shè)費(fèi)用低，處理過(guò)程中不能產(chǎn)生硫化氫氣體，人員安全性要好。

2.處理后的水質(zhì)可以回用。

3.水中有價(jià)金屬回收。

4.廢水處理成本低、效益高、易管理、無(wú)二次污染、有利于生態(tài)環(huán)境的改善。

一、生物法將成為主導(dǎo)方法 雖然化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法都可以治理和回收廢水中的重金屬，但由于生物法處理重金屬?gòu)U水成本低、效益高、易管理、無(wú)二次污染、有利于生態(tài)環(huán)境的改善。另外，通過(guò)基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用，可使生物具有更強(qiáng)的吸附、絮凝、整治修復(fù)能力。因此生物法具有更加廣闊的發(fā)展前景。

二、幾種技術(shù)集成起來(lái)處理重金屬?gòu)U水，重金屬?gòu)U水是一種資源，許多重金屬都比較昂貴。如果將廢水中的重金屬作為一種資源來(lái)回收，不但解決了重金屬的污染，而且還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。電化學(xué)法就可以滿足這些要求處理重金屬?gòu)U水，但由于廢水中重金屬的濃度一般較低，用傳統(tǒng)的電化學(xué)法來(lái)處理，電流效率較低，電能消耗較高。因此，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)廢水回用和重金屬回收,可將幾種技術(shù)集成起來(lái)處理重金屬?gòu)U水，同時(shí)發(fā)揮各種技術(shù)的長(zhǎng)處。從而實(shí)現(xiàn)廢水回用和重金屬回收的雙重目的，為重金屬?gòu)U水的根治找到了新的出路。

三、開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外在研的含重金屬?gòu)U水處理的技術(shù)很多，我們今后應(yīng)該努力的方向是使用既降低成本、出水水質(zhì)良好，又不產(chǎn)生二次污染，使重金屬得到有效回收。如目前研制成功已經(jīng)在進(jìn)行工業(yè)化得重金屬離子絡(luò)合劑法處理含重金屬?gòu)U水，是國(guó)內(nèi)外最新研究成功的一種化學(xué)沉淀法。該方法具有出水可回用，重金屬可分步回收，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、資源回收的目的。是當(dāng)前較為可行的含重金屬?gòu)U水處理的方法。www.5ign5.com   13606325009