1 含重金屬離子廢水處理新技術(shù)

含重金屬?gòu)U水處理新技術(shù)主要包括兩方面，一方面是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的改進(jìn)，另一方面是處理重金屬?gòu)U水的新方法。

1.1化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體法[1]，其中較為新型的技術(shù)是鐵氧體法。鐵氧體法是日本電氣公司（NEC）研究出的一種從廢水中去除重金屬離子的新方法。做法是：在含重金屬離子的廢水中加入鐵鹽，利用共沉法從廢水中制取鐵氧體粉末。鐵氧體法可一次去除廢水中多種重金屬離子，鐵氧體沉淀不再溶解。鐵氧體法處理重金屬?gòu)U水效果好，投資省，設(shè)備簡(jiǎn)單，沉渣量少，且化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。在自然條件下，一般不易造成二次污染。鐵氧體法捕集金屬離子的機(jī)理是通過(guò)晶格取代的方式而非一般的化學(xué)反應(yīng)，因此有可能突破溶度積常數(shù)的限制而同時(shí)對(duì)多種重金屬離子產(chǎn)生作用，特別適用于處理工業(yè)生產(chǎn)中所產(chǎn)生的含多種重金屬離子的廢水。

1.2吸附法

吸附法是利用多孔性固態(tài)物質(zhì)吸附水中污染物的一種方法。海泡石[2]是一種天然纖維狀含鎂水合硅酸鹽粘土，對(duì)廢水中重金屬的吸附有很好的效果，理想分子式為[Si₁₂Mg₈(OH)₄]  (H₂O)48H₂O。海泡石對(duì)水中的 Ni ²⁺ 、Co ²⁺ 、Pb ²⁺ 、Cu ²⁺和 Cd ²⁺有較好的吸附效果，尤其對(duì)高濃度重金屬有較好的吸附性能。有機(jī)硅吸附劑對(duì)重金屬也有較好的吸附效果[3]。有機(jī)硅吸附劑是一類(lèi)由碳官能有機(jī)硅單體制備的聚合物或經(jīng)這些單體處理過(guò)的無(wú)機(jī)材料或合成材料�；ぜ敖饘僖睙捚髽I(yè)所排出的廢水中常含有有色金屬及有毒金屬元素，采用含NHC(S)CH3和NHC(S)NH官能團(tuán)的有機(jī)硅可有效地吸附這些元素，它們具有很高的吸附容量及分配系數(shù)。此類(lèi)有機(jī)硅吸附劑對(duì)Hg、Cu、As、Sb的吸附容量最大，對(duì)Cu、Hg、Te、Th、Bi的分配系數(shù)大。利用這些吸附劑可以同時(shí)分離多種金屬，并且可以在很寬的pH范圍內(nèi)吸附重金屬，一般不需要特定的pH值，但凈化污水的最佳pH值為5~9。未改解的水解木質(zhì)素本身可以作為吸附劑，主要用于吸附去除各種重金屬離子。Karsheva等人研究發(fā)現(xiàn)，水溶性木質(zhì)素是一種有效的吸附劑，可用于去除水中的鉛離子[4]。Lalvani發(fā)現(xiàn)一種可以吸附溶液中的Cr ³⁺和Cr ⁶⁺的木質(zhì)素，該木質(zhì)素可以去除63%的Cr ⁶⁺ 、100%的Cr ³⁺ [5]。

1.3離子交換法

由于重金屬?gòu)U水中的重金屬大多以離子狀態(tài)存在，所以用離子交換法處理能有效地除去和回收廢水中的重金屬。采用微波輻射促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)技術(shù)，引用氧化還原引發(fā)體系，可在纖維素上接枝丙烯酸/丙烯酰胺來(lái)合成具有特定功能的吸附樹(shù)脂[5]。研究表明：在最佳的合成工藝條件下，樹(shù)脂對(duì)Cu2+的吸附率為99.2%，吸附容量為49.6 mg/g，用8%NH₃H₂O作為淋洗液對(duì)樹(shù)脂洗脫再生，洗脫率在85%以上。大昂吸附樹(shù)脂重復(fù)使用7次時(shí)，對(duì)重金屬離子的吸附率仍可保持在90%以上,具有良好的再生使用壽命。超級(jí)吸水樹(shù)脂 SAPC [6]也可以脫除廢水中的重金屬離子，SAPC對(duì)Cr ³⁺ ，Co ²⁺離子的富集能力強(qiáng)，對(duì)Hg ²⁺ ，Pb ²⁺ ，Ni ²⁺富集能力次之。

1.4改性濾料法

同濟(jì)大學(xué)高乃云教授分別用氧化鋁涂層砂和氧化鐵涂層砂去處水中的金屬鋅，發(fā)現(xiàn)pH>9時(shí)，涂層砂除鋅率達(dá)100%[7]。印度工業(yè)學(xué)院Jiban K. Satpathy用平均尺寸為0.71mm的過(guò)濾石英砂涂以硝酸鐵，將涂層濾料（15 cm高度）置于直徑1.1 cm的玻璃柱中，實(shí)現(xiàn)了分別在不同的pH值條件下從鍍鎘、鍍鉻廢水中有效去除鎘、鉻[7]。Edwards等人用鐵氧化物覆蓋的砂粒柱進(jìn)行了Pb ²⁺ ，Cd ²⁺ ，Ni ²⁺和Cr ³⁺吸附實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：水中溶解態(tài)的重金屬離子Pb ²⁺ ，Cd ²⁺ ，Ni ³⁺ ，Cr ³⁺在pH為8.5時(shí)幾乎可以全部除去[8]。高乃云等在用氧化鐵涂層改性濾料除砷，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)除砷效果顯著，去除率可以達(dá)到95%以上，且遵循pH值、高去除率的規(guī)律[8]。

1.5萃取法

萃取法屬于物化處理法，是水處理技術(shù)中的一個(gè)重要方法，大多數(shù)重金屬?gòu)U水可以用萃取法處理。傳統(tǒng)重金屬的溶劑萃取，前處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還必須使用大量有機(jī)溶劑，如果后期處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。而超臨界CO₂流體（CO₂SFE），選擇性好，流程簡(jiǎn)便，萃取速度快，能耗低，后處理簡(jiǎn)單，具有溶劑萃取所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。超臨界流體是指處于臨界溫度和臨界壓力以上的流體。SFE化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，萃取條件溫和，萃取后可回收，無(wú)溶劑殘留，被稱為“綠色溶劑”，是目前應(yīng)用最為廣泛的超臨界流體萃取劑。盡管利用CO₂SFE萃取技術(shù)大規(guī)模治理環(huán)境重金屬污染的經(jīng)濟(jì)性尚無(wú)定論，但隨著工業(yè)級(jí)CO₂SFE流體萃取技術(shù)的日益完善，其節(jié)能、節(jié)時(shí)、省力的優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。

1.6新工藝法

1.6.1無(wú)害化誘導(dǎo)結(jié)晶新工藝[10]

無(wú)害化誘導(dǎo)結(jié)晶新工藝?yán)谜T導(dǎo)結(jié)晶原理，以碳酸鈉為沉淀劑，使重金屬離子形成難溶鹽在流態(tài)化的硅砂表面結(jié)晶沉積從而達(dá)到去除重金屬的目的。這種工藝操作方便，處理量大，占地面積小，而且在硅砂表面產(chǎn)生的金屬沉積物，結(jié)構(gòu)密實(shí)，含水率低。對(duì)反應(yīng)飽和后的硅砂可采取加酸溶解回收重金屬或采用水泥固化硅砂的措施，從而達(dá)到對(duì)重金屬?gòu)U水的最終無(wú)害化處理。重金屬?gòu)U水經(jīng)流態(tài)化結(jié)晶沉積法及過(guò)濾處理后，重金屬離子去除率可達(dá)99%，無(wú)需沉淀池，反應(yīng)速度快，且無(wú)污泥產(chǎn)生。

1.6.2微電解生物法組合工藝[11]

采用微電解生物法組合工藝處理含鉻廢水時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，電鍍廢水中的重金屬離子通過(guò)微電解法預(yù)處理可去除90%以上，剩余部分被后續(xù)工藝的微生物功能菌去除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)Cr ⁶⁺含量為50 mg/L，Cu ²⁺含量為15 mg/L，Ni ²⁺含量為10 mg/L的廢水，經(jīng)處理后，重金屬離子的凈化率達(dá)99.9%，且無(wú)二次污染。微電解法利用機(jī)械加工過(guò)程中的廢鐵屑處理電鍍廢水，不僅處理效果較好，而且成本低廉，操作簡(jiǎn)便。生物法凈化含鉻電鍍廢水的優(yōu)點(diǎn)是污泥量少，凈化效果好。實(shí)際工程運(yùn)用中，對(duì)電鍍廢水選用廉價(jià)的鐵碳法進(jìn)行預(yù)處理，再用SR功能菌進(jìn)行深度處理，也不失為一種降低處理費(fèi)用提高處理效率的好方法。利用微電解生物法組合工藝處理含鉻電鍍廢水，完全能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.6.3鐵屑固定床工藝

鐵屑固定床處理重金屬?gòu)U水工藝是指：電鍍生產(chǎn)工藝過(guò)程中產(chǎn)生的含Cr ⁶⁺廢水，經(jīng)過(guò)鐵屑固定床的綜合作用，出水在進(jìn)入沉淀池沉淀后，上清液可作為處理水排放或回用。其基本原理是鐵屑對(duì)絮體的電附集和對(duì)反應(yīng)的催化作用，以及電池反應(yīng)產(chǎn)物的混凝、新生絮體的吸附和床層的過(guò)濾等作用的綜合效應(yīng)的結(jié)果，其中主要作用是氧化還原和電附集。該工藝具有省水、節(jié)電、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染等特點(diǎn)，可以解決重金屬?gòu)U水治理難題，對(duì)于其他重金屬的處理，只需調(diào)整工藝參數(shù)即可。

1.7生化處理法

生化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、微生物代謝等方法。

1.7.1生物吸附法

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(lèi)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 [12，13]。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 ²⁺ ，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[14]。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。

1.7.2生物絮凝法

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。邵穎和葉玉漢[15]研究了聚合鋁與天然陽(yáng)離子有機(jī)高分子殼聚糖復(fù)合后的絮凝特征及復(fù)合絮凝劑對(duì)重金屬?gòu)U水的處理應(yīng)用。結(jié)果表明，聚合鋁與殼聚糖復(fù)合能相互促進(jìn)其絮凝效能，對(duì)重金屬?gòu)U水的去除率可達(dá)97%以上。

2 結(jié)語(yǔ)

由于重金屬?gòu)U水處理比較復(fù)雜，且水體中含有多種重金屬離子，所以在處理過(guò)程中應(yīng)該考慮采用多種方法和工藝的綜合運(yùn)用，以達(dá)到最好的處理效果。在選擇方法上也應(yīng)該遵循經(jīng)濟(jì)、方便、不產(chǎn)生二次污染的原則。

參考文獻(xiàn)：

[1]王紹文,姜鳳有.重金屬?gòu)U水治理技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社, 1993.

[2]風(fēng)迎春,何少華 .海泡石對(duì)廢水中有機(jī)物和重金屬的吸附 [J].凈水技術(shù) , 2006,25 (2)：63-65.

[3]袁法祥,郭貞姬,張景濤,等.用于吸附貴重金屬、有色金屬、有毒金屬及稀有金屬的有機(jī)硅吸附[J].有機(jī)硅材料, 2006,20 (5)：258-263.

[4]杜杰,張誠(chéng).低成本吸附劑處理含重金屬?gòu)U水的研究進(jìn)展[J].粉煤灰綜合利用, 2006, (5)：49-51.

[5]趙寶秀,王鵬,鄭彤,等.新型重金屬吸附樹(shù)脂的微波合成及性能研究[J].材料科學(xué)與工藝, 2006,14 (4): 432-435.

[6]倪靖濱,李曉冰.吸水樹(shù)脂脫除重金屬離子的研究[J]化學(xué)工程師, 2002, (3): 25-26.

[7]王琳,施永生.含硒水處理 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[8]何利華,張廣深 .改性濾料及強(qiáng)化過(guò)濾技術(shù)在水處理中的應(yīng)用

[J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊（自然科學(xué)、醫(yī)學(xué)版）2005,26 (1)：46-52.

[9]文震,黨志 .超臨界流體萃取重金屬的研究進(jìn)展[J].化學(xué)進(jìn)展 , 2001,13 (4)：310-314.

[10]孫杰,趙暉,鄧南圣 .無(wú)害化誘導(dǎo)結(jié)晶新工藝處理重金屬?gòu)U水[J].水處理技術(shù), 2006,32 (9)：63-65.

[11]張子間 .微電解生物法處理含鉻電鍍廢水的研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2004,5 (12)：79-82.

[12]艾翠玲,張國(guó)春.重金屬?gòu)U水處理工藝設(shè)計(jì)[J].商洛師范�？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2003,17 (4)：35-37.

[13]王雅靜,戴惠新.生物吸附法分離廢水中重金屬離子的研究進(jìn)展[J].冶金分析, 2006,26 (1)：40-45.

[14] Chua H, Hosea M. The removal and recovery of copper (II) ions from wastewater by magnetite immobilized cells of pse [J]. Water Science and Technology, 1998,38 (4-5):315-322.

[15]邵穎,葉玉漢.聚合鋁殼聚糖復(fù)合絮凝劑的絮凝性能及其在重金屬?gòu)U水中的應(yīng)用[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）, 2002,15 (1)：84-85.

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”