重金属废水治理方法的研究进展

王 彧

(江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210036)



重金属废水治理方法的研究进展

王 彧

(江苏环保产业技术研究院股份公司，江苏 南京 210036)

介绍了重金属的含义及特点，从化学沉淀法、离子交换法、吸附法、膜分离法、光催化技术五方面，阐述了重金属废水常用的处理方法，并分析了各种方法的优缺点及适用范围，对重金属废水处理技术的深入研发有一定的意义。

重金属，废水，化学沉淀法，吸附法，光催化技术

1 概述

重金属是指原子量在63.5～200.6之间的，比重大于5的金属[1]，近年来,各种工业(如采矿、电镀、农药等)废水和固体废弃物的渗出液直接排入水体,致使水体含有较高含量的重金属如汞、镉、铅、铬、铜、钼、锌和类金属砷等。重金属一方面难以被生物降解，另一方面易被生物吸收富集，致使生物体致癌，畸变，同时重金属又是宝贵的资源，因此如何有效治理水体重金属污染，同时实现重金属的回收利用，是当前不可忽略的问题。目前重金属废水处理较常见的方法有化学沉淀法，离子交换法，吸附法，膜分离法，光催化技术等。本文主要综述了重金属废水的处理研究进展，分析这些方法的特点，并展望了重金属废水处理的发展前景。

2 重金属废水处理方法

2.1 化学沉淀法

化学沉淀法是目前应用最广泛的有效的重金属废水处理技术[2]。该法是通过在工业废水中加入化学物质，使其与废水中重金属离子发生反应，生成难溶盐而沉淀下来，继而通过沉降过滤使其与水体分离。根据所加入化学物质的不同将其分为中和沉淀法、硫化物沉淀法、重金属螯合沉淀法。

1)中和沉淀法。中和沉淀法是化学沉淀中应用最多的方法，它是指将废水pH调节至碱性，废水中的金属离子与沉淀剂反应，金属离子转化为不溶的氢氧化物固体沉淀，再通过絮凝和沉淀过程实现分离。中和沉淀法处理含重金属废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、管理方便等优点，但是在处理过程中会产生大量污泥造成后续排污问题，以及其对两性氢氧化物会存在重新溶解现象。

2)硫化物沉淀法。硫化物沉淀法沉淀速度快，沉淀溶解度低，相比于中和沉淀法，它可以在相对较宽的pH内更彻底地去除重金属离子。Erdem等[3]考察了用FeS2和FeS来去除废水中的Cu2+，Cd2+，Pb2+。酸性条件下，FeS2和FeS产生的H2S作用于重金属离子，生成相应的硫化物沉淀，通过絮凝沉淀实现分离净化。然而，硫化物沉淀法处理重金属废水时，过量的沉淀剂在水中残留易形成水溶性多硫化物，遇酸生成H2S气体，产生二次污染[4]。

3)重金属螯合沉淀法。螯合沉淀法是对含重金属离子废水进行化学处理的一种新方法，它是利用DTCR含有大量的极性基的特性，在自然条件下捕捉污水中重金属阳离子,生成大量难溶的螯合物后沉淀析出，从而捕集去除重金属离子。Xu等[5]开发了一种新型有机螯合剂——二丙基二硫代磷酸盐，应用于含有铅铬铜汞四种重金属的废水处理中，经该螯合剂处理后去除率均高达99.9%。

2.2 离子交换法

离子交换法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的可交换离子与重金属离子发生交换反应，从而去除废水中的重金属离子，并通过再生，实现重金属的回收再利用。离子交换法处理重金属废水具有污水处理量大，出水水质好，具有可逆性，选择性等优点，是目前应用较为广泛的方法。除了合成的树脂，天然的自然界储量丰富的沸石，硅酸盐矿物等也被应用于离子交换法处理重金属废水[6,7]。

2.3 吸附法

吸附法处理重金属废水是指利用吸附剂吸附废水中重金属，具有设计灵活，出水水质好，吸附剂可以被重复利用等优点。

2.3.1 活性炭吸附法

活性炭是最常用的无机吸附剂，其多孔结构使其具有较大的比表面积和较强的吸附性，是去除重金属常见的吸附剂，但是其价格昂贵，难脱附，使用寿命短等缺点也限制了在重金属废水处理上的应用。为了降低成本并且提高其吸附能力，目前很多研究通过加入添加剂如鞣酸[8]，镁[9]，表面活性剂[10]等以及形成活性炭复合材料来处理重金属废水。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法作为一种较为新颖的处理水体重金属污染的方法，具有高效、廉价的潜在优势。它指的是利用生物体及其衍生物吸附水中重金属离子，再通过固液分离达到去除重金属的目的。目前生物吸附剂主要包括藻类、微生物、农林废弃物等。Xu等[11]通过将黄孢原毛平革菌与氧化铁磁性纳米粒子相结合，得到新型的生物吸附剂处理废水中的Pb2+，结果表明在pH=5，温度为35 ℃时，去除率达到96.03%。生物吸附法原料来源广泛且廉价，可达到以废治废的效果，随着对生物吸附剂研究的不断深入，生物吸附技术应用于重金属废水的净化具有广阔的发展前景。

2.4 膜分离技术

膜分离技术是指以膜两侧的能量差为推动力，依靠膜的选择性，将液体中的组分进行分离，由于其具有能耗低、分离效率高、无二次污染、分离产物易于回收等优点，成为回收废水中重金属离子的一种很有前途的方法。常用的膜分离技术有超滤技术，反渗透法，纳滤技术。

2.4.1 超滤技术

超滤技术是以超滤膜为过滤介质，将溶液进行净化和分离的膜分离技术。目前最常见的超滤技术有胶束强化超滤技术和聚合物强化超滤技术。

胶束强化超滤技术(MEUF)是将表面活性剂和超滤技术相结合，用于处理低浓度的金属离子和溶解性有机物废水。在MEUF中，加入的阴离子表面活性剂达到临界胶束浓度(CMC)时，会缔合形成表面带有大量负电荷的胶束，溶液中的金属离子通过静电作用吸附于其表面，并在超滤过程中被截留下来，达到去除重金属离子的目的。

聚合物强化超滤(PEUF)是用来分离较多种重金属离子的可行技术。通过水溶性聚合物与重金属离子形成大分子结构，再通过分子截留量小于该种聚合物的超滤膜，从而实现两者的分离。目前聚丙烯酸，聚醚酰亚胺，二乙氨基乙基纤维素，腐殖酸等都已被应用于聚合物强化超滤技术并且展示出良好的选择性和较高的重金属分离效率。

2.4.2 反渗透法

反渗透指的是借助外界压力的作用使溶液中的溶剂透过半透膜而阻留某些溶质。用于反渗透的半透膜表面微孔尺寸一般在1 nm左右，能够去除绝大部分的离子，因此采用反渗透法出水水质较高。Mohsen-Nia等[12]采用反渗透法去除废水中的Cu2+和Ni2+，在操作压力为5 atm时，两种重金属离子的去除率达到99.5%。

2.4.3 纳滤技术

纳米过滤技术是介于超滤技术和反渗透技术之间的一种废水处理技术，在处理一些重金属离子如Ni，Cd，Cu，As等展现了较大的潜力。与反渗透，超滤相比，纳滤是一种截留粒子精度较高的膜工艺，并且对于二价及多价金属离子有较高的截留率，可操作性强，相对能耗较低。Figoli等人[13]研究了两种商业纳米过滤膜NF90和N30F处理废水中的As5+，结果表明提高pH，降低温度，减小初始As浓度都有利于废水中As的去除。

2.5 光催化技术

利用半导体光催化剂处理有机及重金属污染物是近年来发展起来的一种新兴污水处理技术。在光照条件下，半导体光催化剂产生的光生空穴和电子与吸附在半导体表面的物质作用时，会发生氧化还原反应，实现有机污染物的氧化和重金属离子的还原。Lei等[14]采用溶胶凝胶法制备了C,N,S共掺杂的锐钛矿TiO2，研究表明该光催化剂具有较强的将Cr6+还原为毒性较小的Cr3+的能力，再通过调节pH生成可分离的Cr(OH)3沉淀，达到去除目的。

3 结论及展望

处理有毒重金属废水是目前全世界面临的一大环境问题，化学沉淀法，吸附法，离子交换法，膜分离法，光催化技术等都应用到重金属废水的处理中，本文综述了上述方法在重金属废水处理中的发展应用状况及研究进展。可以看出，每种方法都有其优点和局限性，因此在实际的重金属废水处理过程中，要结合废水的具体情况，综合考虑各种方法，而开发新技术实现重金属离子更高效的去除及回收也是科研工作者们需要进一步深入研究的问题。

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Recent progress of the treatment of heavy metal wastewater

Wang Yu

(JiangsuAcademyofEnvironmentalIndustryandTechnologyCorp.Ltd,Nanjing210036,China)

The paper introduces the definitions and features of heavy metal. Starting from aspects of chemical sedimentation tank method, ion-exchange method, adsorption method, membrane isolation method and photocatalysis technique, it describes common heavy metal wastewater processing methods, and analyzes their merits and defects and application scope, which has certain meaning for further studying heavy metal wastewater processing technique.

heavy metal, wastewater, chemical sedimentation tank method, adsorption method, photocatalysis technique

1009-6825(2016)24-0189-02

2016-06-17

王 彧(1981- ),女，工程师

X703

A