电镀重金属废水处理技术研究进展

郭一令，崔丽娜，齐海青

(青岛理工大学 环境与市政工程学院，山东 青岛 266033)

据不完全统计，我国电镀产业每年排出的电镀废水有50%没有达到电镀污染物排放标准，尤其是废水中含有重金属离子，很难处理达标。因此，在选择处理方法时，应先分析废水类型和水质情况，根据不同水质选择合适的处理技术。目前，国内外常见的处理重金属废水方法有物理化学法、化学法、生物法三大类。

1 电镀废水处理方法

1.1 物理化学法

物理化学法一般包括吸附法、电解法、膜分离法、离子交换法等。

1.1.1 吸附法

吸附法是用同比表面积大和微孔结构丰富的活性炭等材料对废水中的重金属离子进行吸附。传统固体吸附剂有活性炭、硅藻土腐殖酸等。吸附法的优点是成本低、材料来源广泛，但是制得的吸附剂重金属吸附后很难再生，较难再回收重金属，吸附剂使用寿命短。O.I.Pomazkina[1]等人研究了天然沸石吸附重金属离子的规律，得出锌离子、镍离子和铜离子在静态条件下的吸附值分别是2.7 mg/g、4.8 mg/g和5.9 mg/g。在电镀废水处理中可以使用天然沸石作为吸附剂。

1.1.2 离子交换法

离子交换法是利用离子交换剂与电镀废水中的重金属离子进行交换，从而使原水中重金属离子浓度降低的原理[2]。Islam Aminul[3]等人合成了介孔缩水甘油基甲基丙烯酰二乙烯基苯螯合树脂，优化条件下对镍的吸附容量是20.25 mg/g，且镍回收率在96%以上。

离子交换法具有处理容量大、药品消耗少、回收重金属离子浓度高、循环用水等优点，但是离子交换树脂成本高且容易被污染，树脂再生困难，工艺操作调试复杂，不适用于微小型企业处理电镀废水。

1.2 化学法

化学法是现阶段电镀废水厂处理废水最常用的方法，主要包括中和沉淀、硫化物沉淀法、铁氧体法、Fenton氧化法、高级氧化法等。

1.2.1 中和沉淀法

中和沉淀法是最常见、最简单的化学沉淀法。王胜凡[4]在他的文章里指出中和沉淀具有操作简单、价格低廉应用范围广等优点，也指出了中和沉淀法存在的一些不足，如中和沉淀后若pH值太高，还需加酸中和之后才能排放。

1.2.2 硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是利用硫离子与废水中的重金属离子反应生成沉淀后将废水中重金属去除。一般常用的硫化物沉淀剂有硫化钠、硫化氢等。赵盈利[5]等人采用化学沉淀法处理含镍废水，试验表明，在pH=6.0、30 r/min搅拌30 min、硫化钠投加量是40 g/L的条件下，废水中镍离子的去除效果最好，去除率达到了95.2%。

1.2.3 螯合沉淀法

螯合沉淀法是一种较为新型的废水处理技术，能够利用重金属捕集剂强大的捕集能力对重金属进行捕集和螯合，对电镀废水中重金属离子尤其是络合态重金属有良好的去除效果。

在成分极其复杂的电镀废水中，只用一种废水处理方法通常不能达到电镀污染物排放标准。硫化物沉淀通常与其他工艺结合来处理重金属废水，如Mahsa Mohseni[6]等人首次合成AT-HBP作为多官能团螯合剂，并将其用于离心机和吸附改进超滤工艺中用于处理含有Cr3+和Cu2+的电镀废水。合成的AT-HBP聚合物对100 mg/L的Cr3+和Cu2+废水去除率分别是93%和86%，吸附改进超滤工艺进一步提高了Cr3+的去除率，达到99.8%，对Cu2+的去除率提高到了94%。

1.2.4 Fenton氧化法

Fenton氧化法是利用过氧化氢在亚铁离子的催化作用下分解产生了强氧化性的羟基自由基，能够将废水中络合态重金属离子破络，此时溶液pH值为酸性，将废水pH值调至碱性后可以把重金属离子去除。

通常芬顿氧化都是作为电镀废水的预处理步骤，与其他工艺结合去除重金属离子的研究报道比较多。Lei Wang[7]等人采用了芬顿氧化(FO)和循环铁氧体(RF)工艺相结合的方法在常温下处理Ni-EDTA混合废水。通过研究发现，FO工艺最佳反应条件是在pH值2.5、Fe2+投加量为450 mg/L、H2O2浓度1 800 mg/L，此时，Ni-EDTA去除率接近88.5%；FO工艺去除镍最佳条件为pH值10.0、X=0.075、回流比是0.17，通过FO-RF最佳参数除去99.8%的镍离子和9.4%的Ni-EDTA。

1.3 生物法

生物法处理电镀废水主要是通过人工培养的功能菌来完成的，主要有生物吸附法、生物絮凝法、植物修复法[8]等。

1.3.1 生物吸附法

生物吸附法又称吸附再生法或接触稳定法。根据脱除机理不同，生物吸附主要有静电吸引、离子交换、配合作用、细胞转化、细胞吸收等几种机理[9]。生物吸附剂根据来源可分为微生物和农业废弃物。微生物包括细菌、真菌、藻类等。农业废弃物有树皮、橘子皮、木屑等[10]。Mohammoad Ajmal[11]等人研究了柑橘果皮对废水中锌、镍、铜、铅、铬的吸附去除能力，研究结果显示，废水中Ni2+初始浓度是50 mg/L、pH值为6.0、温度在50℃下，柑橘果皮对Ni2+最大吸附量达到了96%。此方法优点在于柑橘果皮是一种廉价有效的吸附剂，废吸附剂还可以再生回收利用。

1.3.2 生物絮凝法

生物絮凝法，顾名思义，是利用微生物或微生物代谢产物使得废水中污染物凝聚在一起形成絮状物，通过重力沉降从废水中分离出来。与化学絮凝剂相比，微生物絮凝剂有更环保、效率高等优点。

Yan Zhou[12]等人研究了碱性试剂和微生物絮凝剂GA1(MBFGA1)相结合去除废水中的Ni2+。通过响应面法分析，从回归方程计算得出的絮凝和生物吸附得出最优条件是：1.3×10-2%(w/w)CaO，6.59×10-3%(w/w)MBFGA1，搅拌时间为61.97 min，其中Ni2+的去除率和生物吸附能力分别可达到99.35%和225.16 mg/g。

1.3.3 植物修复法

植物修复法是利用植物的吸收、沉淀、富集等作用来处理电镀废水中的重金属和有机物，达到治理污水和修复生态的目的。植物修复是一种对环境友好、可回收重金属的污染修复技术，没有副作用且成本低，不仅可以用来修复废水，还可以修复受污染的土壤等，是一种有很大发展前景的处理方式。但是，植物修复法试验周期长，培育功能菌比较困难，现在国内使用植物修复法处理工业废水的工程技术不是很多。

Samuel Gemeda[13]等人以浮萍、睡莲、水葫芦三种漂浮水生植物为研究对象，研究其对废水中Cr3+和Cr6+的去除效果。结果表明，铬在植物组织中的积累显著增加(P<0.05)，水葫芦在10 mg/L废水中Cr3+和Cr6+的最大累积量分别为322.57 mg/kg和82 mg/kg，浮萍在10 mg/L废水中对Cr3+和Cr6+最大累积量分别为169.4 mg/kg 3和37.29 mg/kg。睡莲表现出相对较低的去除性能，在5 mg/L废水中对Cr3+和Cr6+最大累积量分别为160.82 mg/kg和28.78 mg/kg。研究表明，相比于睡莲和浮萍，水葫芦是一种更有效的植物修复铬的方法。

2 结论与展望

第一，随着电镀行业的发展和环保要求的不断提高，一般传统的重金属电镀废水处理方法技术已经不能满足新的电镀污染物排放标准，因此，研究发展新型的电镀废水处理技术是现阶段最主要的任务。

第二，传统化学法和物理法处理技术各有利弊，存在处理过程产生污泥量多、容易造成二次污染等缺点，现阶段考虑采用新型处理技术，如螯合沉淀法天然植物吸附法等，或者采用几种处理技术相结合的组合工艺形式，可以避免或者减少二次污染的产生，提高重金属电镀废水处理效率。

第三，生物法处理电镀废水具有很大的发展空间和发展前景。笔者认为，研究开发新的天然植物材料用于重金属电镀废水的处理是今后的研究热点。