廢水中的重金屬處理方法

　　廢水中的重金屬在自然環(huán)境下，很難被微生物降解，易被生物富集，不僅危害生態(tài)環(huán)境，還會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康。目前國(guó)內(nèi)普遍采用的重金屬?gòu)U水處理方法包括化學(xué)沉淀法、吸附法、離子交換法、膜分離法、電解法5類。

　　1、化學(xué)沉淀法

　　化學(xué)沉淀法指將化學(xué)沉淀劑加入重金屬?gòu)U水中，重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難溶解化合物而形成沉淀，再經(jīng)過濾、離心等方法分離出沉淀物過程。目前的化學(xué)沉淀法包括氫氧化物沉淀、硫化物沉淀。除了投加沉淀劑，反應(yīng)過程中加入適量絮凝劑可提高沉淀效果。通常使用的硫化物沉淀劑包括FeS、CaS固體，Na2S、NaHS、(NH4)2S溶液及H2S氣體。硫化物沉淀物溶解度低于堿性溶液中的氫氧化物沉淀物，但是成本要高于氫氧化物沉淀法。在酸性條件下使用硫化物沉淀會(huì)排放有毒煙霧，因此需要在堿性條件或中性條件下進(jìn)行硫化物沉淀。氫氧化物沉淀法常用于處理含鉻廢水，如硫酸亞鐵-石灰法去除六價(jià)鉻，Cr6+被亞鐵離子還原為Cr3+后，向廢水中投加石灰，Cr3+變?yōu)镃r(OH)3沉淀而析出。沉淀法作為傳統(tǒng)的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)，在各行業(yè)處理廢水時(shí)應(yīng)用普遍，其優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟、適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便、處理成本低。但是沉淀法不適用于處理重金屬離子濃度較低的廢水，而且沉淀下來的污泥難以回收利用，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

　　2、吸附法

　　吸附法包括物理吸附、化學(xué)吸附及生物吸附。物理吸附指吸附質(zhì)與吸附劑分子間因范德華力而引起的吸附，也稱范德華吸附;化學(xué)吸附指吸附質(zhì)分子與吸附劑發(fā)生電子轉(zhuǎn)移、交換或共有并形成新的化學(xué)鍵的過程;生物吸附指微生物體(細(xì)菌、真菌、藻類等)利用自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成分特性來進(jìn)行吸附。目前常用化學(xué)吸附法和物理吸附法處理重金屬?gòu)U水，生物吸附法雖然運(yùn)行成本低，但由于微生物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其還處于研究階段，工藝不成熟，所以應(yīng)用較少。吸附劑的選擇對(duì)吸附進(jìn)程、吸附效果影響很大。傳統(tǒng)的吸附劑包括活性炭、沸石、天然粘土等，利用這些吸附劑雖然操作簡(jiǎn)便，但是它們或是由于吸附容量有限，或是由于成本較高而導(dǎo)致實(shí)用性較差。近期研發(fā)的新型吸附劑有高分子吸劑(木質(zhì)素類、纖維素類及殼聚糖類等)、納米復(fù)合吸附材料、碳基吸附劑及礦物吸附劑。主要研究方向是通過尋找新的廉價(jià)吸附材料，或?qū)鹘y(tǒng)吸附劑進(jìn)行改性來提高吸附效果、降低吸附工藝成本。工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品是低成本吸附劑合成原料的主要來源，工業(yè)廢料包括熱電廠排放的粉煤灰、鋼鐵冶煉過程產(chǎn)生的爐渣、造紙業(yè)排放的石灰泥等;農(nóng)業(yè)廢棄物如玉米及小麥的秸稈、稻殼、果皮、果殼等含有多類生物質(zhì)纖維素，可以利用纖維素中的羥基、氨基、羧基、醇和酯等官能團(tuán)吸附廢水中的重金屬離子。吸附劑改性方法包括引入功能基團(tuán)，提高其空隙率、比表面積及吸附選擇性，增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性。采用新型吸附劑及吸附工藝處理重金屬?gòu)U水具有操作容易、效率高、適用范圍較寬、吸附劑可循環(huán)再利用且無二次污染的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用。

　　3、離子交換法

　　離子交換法指廢水中加入的離子交換劑與重金屬離子發(fā)生離子交換，金屬離子形成的新化合物經(jīng)絡(luò)合或沉淀而被去除的方法。常用的離子交換劑主要有腐殖酸物質(zhì)、沸石、離子交換樹脂、離子交換纖維。由于離子交換樹脂具有較高選擇性，并且其本身帶有的靜電作用能促進(jìn)金屬離子和樹脂的有效結(jié)合，因此較為常用，尤其是用于治理電子垃圾廢水中的重金屬。離子交換樹脂可分為合成樹脂和天然樹脂。合成樹脂更受青睞，可應(yīng)用于除去飲用水中的As。離子交換樹脂可用化學(xué)試劑進(jìn)行再生，能循環(huán)使用，并且從反應(yīng)產(chǎn)物中可回收利用有價(jià)值的重金屬。但離子交換法的缺點(diǎn)是操作管理復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用高，不適用于大規(guī)模的水處理，離子交換樹脂容易被高價(jià)態(tài)金屬氧化失活，另外需針對(duì)不同的金屬離子采用不同的離子交換劑。

　　4、膜分離法

　　膜分離法指重金屬?gòu)U水在壓力驅(qū)動(dòng)下流經(jīng)半透膜，重金屬被截留，而其他分子隨液體流出的過程。被截留的重金屬可被濃縮、純化、再重新利用。水處理中膜分離法包括微濾、超濾、納濾、反滲透等。半透膜分為陶瓷膜和高分子聚合物膜兩類。陶瓷膜化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有疏水性，但是價(jià)格昂貴;現(xiàn)在研發(fā)的一些聚合物膜具有多孔性、耐腐蝕，可處理容量較大的重金屬?gòu)U水。膜分離法處理廢水具有高效性，并且由于金屬離子粒徑太小難以被半透膜濾出而常與其他工藝結(jié)合。李福勤等人采用殼聚糖-超濾技術(shù)處理有色金屬礦山產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水，發(fā)現(xiàn)在最佳反應(yīng)條件下，Pb2+與Cd2+的去除率可分別達(dá)到96.62%、96.26%。Figoli等人利用商業(yè)納米過濾膜NF90和N30F處理含As5+廢水，在pH值為8左右，溫度及壓力不斷升高的條件下，廢水的膜通量會(huì)達(dá)到最大值;增大pH值，降低操作溫度和As濃度時(shí)，As的去除率更高。膜分離法的優(yōu)點(diǎn)是截留率高、選擇性好、能耗低、無廢渣產(chǎn)生、可循環(huán)使用。缺點(diǎn)在于工藝復(fù)雜，適用范圍較窄，不同的重金屬需選用不同的半透膜，另外膜組件造價(jià)高，且易被污染，需要定期更換或再生。

　　5、電解法

　　單一的電解法處理重金屬?gòu)U水原理：廢水在裝有極板的電解槽內(nèi)經(jīng)通電發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，重金屬離子可在陰極獲得電子直接被還原為金屬單質(zhì)附著在極板表面，再直接回收利用這些金屬單質(zhì)，或者金屬離子與電解反應(yīng)導(dǎo)致的高濃度OH形成沉淀而被去除。電解法常與其他水處理技術(shù)結(jié)合使用，按反應(yīng)機(jī)理不同分為電化學(xué)氧化還原法、電凝法、電氣浮法、光電化學(xué)氧化法及內(nèi)電解法等。工業(yè)上常用鐵屑內(nèi)電解法處理重金屬?gòu)U水，利用鐵屑中的Fe和C作為微小原電池的正極和負(fù)極，廢水為電解質(zhì)，可以達(dá)到以廢治廢的目的。研究顯示，利用動(dòng)態(tài)鐵屑床處理裝置處理含鉻廢水，Cr6+的去除率可達(dá)100%。電解法的優(yōu)勢(shì)在于可回收純金屬、操作簡(jiǎn)便、占地面積小、排污量小。但是對(duì)于高濃度廢水處理比較困難，并且電極材料壽命短，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用高，耗電量大。

　　6、結(jié)論

　　水處理技術(shù)中，化學(xué)沉淀法會(huì)產(chǎn)生有毒污泥，也不適用于低濃度的重金屬?gòu)U水。電化學(xué)法可實(shí)現(xiàn)金屬回收利用，但是消耗電能。膜分離法和離子交換法能有效去除廢水中的重金屬，但是運(yùn)行成本高。吸附法處理效率高，是一項(xiàng)很有前景的水處理技術(shù)。不同工業(yè)排放的廢水中重金屬成分及形態(tài)不同，應(yīng)根據(jù)需要采用適合的處理方法。通常含重金屬?gòu)U水成分復(fù)雜，使用單一的處理工藝，難以達(dá)到完全去除各重金屬的目標(biāo)，因此推廣應(yīng)用多種工藝組合的方法。把重金屬?gòu)氐讖奈廴疚镏腥コ恢皇俏廴疚锏霓D(zhuǎn)移，使之對(duì)環(huán)境的危害性降為零并能實(shí)現(xiàn)重金屬回收再利用，是未來重金屬?gòu)U水處理技術(shù)的研究方向。(來源：西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院)