重金屬廢水處理技術論文

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摘要:本文介紹了水體中重金屬廢水的處理的方法，其中主要方法有化學沉淀法、電解法、離子交換法、膜分離法和吸附法等。分析各種方法在應用中的優勢和不足，為今后重金屬廢水處理提供參考和思路。

關鍵詞:重金屬;廢水;處理;技術

近年來，隨著我國工業和經濟的不斷發展，大量的含重金屬的工業廢水在未經任何處理的情況下直接排入到江河中，使得水環境中重金屬的含量急劇升高，對生態環境的穩定以及人類的生產生活造成了嚴重的威脅［1］。重金屬污染物因其在自然界中難降解，且對環境破壞性大等特性，在世界范圍內都造成了嚴重環境污染問題［2］。目前水體中重金屬污染主要的來源是礦山、金屬冶煉、陶瓷、紙漿、電鍍、油漆、醫藥以及電池制造等行業［3］，據有關部門估算，現在全球每年向自然環境排放的有毒重金屬污染物達到了數百萬噸，其中鉛排放量大約為34．6萬噸，鎳排放量大約為38．1萬噸，砷排放量大約為12．5萬噸，銅排放量大約為14．7萬噸，并且這些數字都是呈逐年上升的趨勢［4］。重金屬離子污染物由于其不可生物降解特性，且大量的重金屬污染物被排入到江河、湖泊之后，被水體中的水生動植物以及土壤等吸收，重金屬離子在生物體內富集積累，不斷的增多，參與生物循環，經過生態系統和食物鏈的傳遞直接或間接地影響并危害到人類的身體健康［5］。此外，重金屬污染物在低濃度條件下也具有較強毒性，在微生物作用下，甚至會轉化成毒性更強的其他價態。因此，對這些重金屬污染進行有效的防控和綜合的治理已是亟待解決的問題。鉛離子在自然界中可以通過食物鏈的傳遞或直接攝入的方式進入人體中，破壞人體中組織器官，尤其是對人體腎臟和免疫系統的造成很大的損害。過量的攝入金屬鉛會導致人出現眩暈、失眠、偏頭痛、煩躁、抽搐、甚至驚厥等不適的狀況［6］。

1處理技術

1．1化學沉淀法。化學沉淀法是目前應用最廣泛、運行最成熟的處理重金屬廢水的方法，該方法因其實際操作簡單、成本較低等優點而在重金屬廢水處理工藝中得到廣泛的使用［7－8］。而化學沉淀法主要可以分為中和沉淀法、硫化物沉淀法以及鐵氧體法，其中以中和沉淀法的優點最為明顯，應用也是最為廣泛。中和沉淀法:該法的作用機理是向含重金屬的廢水中投加一定量堿性物質(如氧化鎂、燒堿和碳酸鈣等)，來調節廢水中的pH值，達到堿性條件，使廢水中的重金屬離子通過形成氫氧化物或者碳酸鹽等物質而沉淀下來，從而達到去除重金屬污染物的目的。中和沉淀法因為其具體操作比較簡單，堿性中和劑來源廣泛易得，自動化程度高，并且去除重金屬離子種類較多等優點，因而被較為廣泛的用于處理含重金屬的廢水。張更宇等［9］采用氫氧化鈣作為堿性中和劑，來處理含重金屬的電鍍廢水，研究結果表明，在pH值為8、溫度為20℃時，向50ml的廢液中投加1．85g氫氧化鈣，反應1h后，發現該法對鋅、錳、鎳三種重金屬的去除率分別為99．8%、99．5%和99．7%。但是中和沉淀法在實際應用中也存在著一些不足的地方，比如在反應過程中會生成廢渣，含水率高，難以脫水，pH對沉淀影響較大，容易造成二次污染等問題。硫化物沉淀法:是指向含重金屬廢水中投加硫化物從而使重金屬污染物從溶液中析出并沉淀下來，達到去除重金屬污染物的目的。沉淀法中常見的硫化物沉淀劑主要為有硫氫化鈉和硫化鈉［10］。硫化物沉淀法與中和沉淀法相比較，該法對金屬廢水有著更好的去除效果。一些研究學者［11］用NaHSO3作為沉淀劑處理含鉻的重金屬廢水，研究結果表明，在酸性條件下有利于沉淀劑的應用，在pH為2時，對含鉻的重金屬廢水的去除率超過99．32%，出水水質也符合排放標準。但是金屬硫化物沉淀法也存在著一些缺陷，比如金屬硫化物的顆粒半徑很小，在水中容易發生團聚和凝膠現象，因此采用金屬硫化物沉淀法來處理重金屬廢水需要考慮到后續廢水的固液分離的問題。1．2電解法。電解法的作用機理是讓重金屬廢水中的金屬離子在陽極發生氧化反應，在陰極上發生還原反應，使得廢水中的重金屬離子在電極上富集，從達到去除廢水中重金屬離子的目的。電解法不僅能夠有效的降解重金屬廢水，且重金屬離子在電極材料的表面富集，在一定程度上可以實現某些貴重金屬的回收利用。而電解法在重金屬廢水的處理中具有操作簡單，反應設備簡單、造價低和占地面積較少等優點。王湖坤等［12］采用鐵屑－活性炭微電解法處理含鉻重金屬廢水，實驗研究結果表明，在pH為0．5，M(鐵屑):M(活性炭)為10:1，室溫25℃，反應時間為60min時，該方法對含鉻的重金屬廢水的去除率達到了97．92%，比單獨的鐵屑處理重金屬鉻效果要好很多。但電解法在處理重金屬廢水中也存在著一些缺點，比如說廢水處理的量較小、反應過程中耗電量比較大和出水水質較差等缺點。1．3離子交換法。離子交換法的作用機理主要是通過離子交換樹脂上的活性基團(如氨基和羥基等)與含重金屬廢水中的金屬離子發生反應，而離子樹脂上的這些活性基團與重金屬離子的反應主要是形成離子交換對或者二者間的鰲合作用來達到去除廢水中的重金屬離子的目的［13］。和硫化物沉淀法處理重金屬廢水相比較，離子交換法在處理廢水的過程中產生的廢渣量只占硫化物沉淀法產生殘渣量的20%。因此對于該方法而言，能夠大大的減少處理固體廢棄物的處置費用，節約成本。Zarrabi等［14］采用強堿陰離子交換劑來處理含磷的重金屬廢水，研究結果表明，該交換樹脂對磷的最大吸附量可達66．22mg/g，明顯高于其他文獻中對磷的的吸附量，并且其吸附擬合模型符合二級動力學模型，樹脂交換過程中的控制步驟主要為膜擴散。離子交換法作為污水處理行業中一種重要的處理工藝，該方法具有操作簡單、容易再生、處理的水量較大、處理效果好等優點［15－18］。但是該法對于重金屬含量很高的廢水以及污染物濃度波動比較大廢水處理效果不好。因此，在實際應用過程中，離子交換法一般用于處理重金屬濃度較低的、水質波動性比較小的廢水。1．4膜過濾法。膜過濾法也叫膜分離法，是污水處理工藝中的一種常見的物理分離處理方法。該法的作用機理主要是利用滲透膜的選擇透過性來截留重金屬廢水中的一些大分子物質，將廢水中的溶質和溶液分離開來，從而達到去除水體中重金屬污染物的目的［19］。另膜過濾法根據膜截留的物質粒徑大小以及推動作用力的大小，可細分為電滲析、微濾、納濾、超濾以及反滲透等處理方法［20］。在這些處理方法中，微濾和超濾法是利用膜之間的壓力差使的廢水中不同大小的分子分離，而納濾法則是利用電荷的不同來分離物質，反滲透是通過溶液中的粒徑不同大小來分離物質。此外，膜分離技術具有操作簡單、去除效果好和無二次污染等優點，因此該方法在環境、化工和電鍍等行業具有著很廣泛的實際應用。鐘溢健等［21］采用一種凝膠法制備出了QSTFI膜，并考察其對重金屬Cd2+的吸附性能，研究結果表明，QSTFI膜對廢水中Cd2+的去除率達到了99%以上。然而這種半透膜在使用過程中容易造成膜污染，需要耗費大量的水來清洗，且膜的價格也比較昂貴，應用過程中的穩定性較差，因此也限制了膜分離技術大規模的應用于實際廢水的處理。1．5吸附法。吸附法的原理是利用吸附劑將廢水中的重金屬離子吸附到吸附劑的表面，在通過沉淀下去，從而達到去除重金屬污染物的目的［22］。吸附法按吸附機理來區分，主要可分為物理吸附作用及化學吸附作用二種。其中吸附劑的物理吸附主要是依靠吸附劑與重金屬離子之間的相互作用來去除，而化學吸附是依靠吸附劑表面的一些活性基團與廢水中的重金屬離子發生反應而去除的。但是在實際重金屬廢水的處理過程中，反應過程中往往不止存在一種吸附作用，通常是物理吸附和化學吸附二種吸附作用同時存在，且共同作用的［23］。目前用于重金屬廢水處理的吸附劑有很多，且種類比較多，它們都有著各自獨特的優勢和特點，如常見的活性炭、硅藻土、膨潤土、沸石以及生物質吸附劑等物質。活性炭在污水處理中一種是使用最早的吸附劑材料，同時也是應用范圍最廣的一種物理吸附劑，與其他的一些吸附劑相比，選擇活性炭作為吸附劑材料，有著其他材料無可比擬的優點，如活性炭的比表面積較大、材料表面的微孔數目較多，對重金屬離子和有機污染物的吸附能力強、化學性質穩定等優勢［24－25］。近年來，生物質吸附法因為其操作過程簡單、處理過程污泥產生以及對低濃度的重金屬廢水具有很好的去除效果等優點，受到了越來越多的國內外專家學者的關注。特別是在廢水處理方面，生物吸附法與其它處理含重金屬廢水的方法相比較，生物吸附法在實際處理過程中操作簡單，反應過程不會造成二次污染，整個過程綠色環保［26］。因此，采用生物質吸附法處理重金屬廢水有著具有很大的的應用前景。而生物質作材料作為吸附劑的一種，一般是以廉價的或者已經廢棄的天然高分子生物質及其衍生物來作為吸附劑的。

2結束語

運用單一的技術難以徹底的去除含重金屬廢水，只有更加深入的研究各個工藝的機理，改善技術的缺陷，將其與其它工藝進行優化組合，取長補短，充分的發揮各個技術的優勢，是今后研究的主要方向。

作者:鄭海華 徐禮春 單位:江西水利職業學