重金属废水处理技术研究 （一）

本文旨在总结近年来重金属废水主要处理技术，指出重金属废水污染治理与重金属的回收利用相结合是未来治理的发展之路，也是技术开发与应用的方向。

一、引言

对农业而言，“一籽下地，万粒归仓”的丰收景象归功于水；在工业上，水参与生产过程中的加工、制造、洗涤、净化等很多方面，并发挥着重要的作用，被誉为工业的血液。总之，水作为世界上常见的物质之一，在生命演化历程中起到了至关重要的作用。

然而，随着人类社会的不断发展，水体也逐渐被污染，进入水中的有毒有害物质也越来越多。人类的工业发展对水体的损害十分巨大，特别是采矿、冶金、化工、电镀和电子工业等行业对水体造成的重金属污染。同时，给人类带来了很大的伤害。

近年来，重金属废水污染事件频发。2005年北江镉污染事故，镉浓度超标12倍多，使得下游数千万群众的饮水受到威胁；2007年贵州都柳江砷污染事件，大量含砷废水流入都柳江上游河道，造成附近10余名村民轻微中毒，并造成下游县城及沿河乡镇2万多人生活饮水困难；2009年重金属污染湘江威胁4000万人饮水；2009年湖南武冈市企业污染造成儿童血铅超标的事件，检测认定高铅血症儿童38名，轻度铅中毒儿童28名，中度铅中毒儿童17名；2010年中金岭南陷入“铊污染门”，造成北江流域发生严重镉污染等。由此可见，重金属废水的危害性巨大而且深远，对环境和人类已经造成了不可磨灭的伤害。因此，加快重金属废水治理技术研发及其应用尤为重要。

二、重金属废水

重金属废水是指冶炼、化工生产等企业加工过程中产生外排含重金属离子的污水。污水中的重金属物质在《污水综合排放标准》（GB8978）有明确的界定，包括有毒金属和类金属，如汞、镉、铬、镍、砷、铜、钼、锌、锡、钴、钒和锰等。

1、重金属废水的来源

重金属废水主要来自采矿、炼铁、金属加工、电镀、农药、医药、油漆、颜料等企业生产过程中排出的多种污水。其中包含的重金属种类、含量及其存在形式因生产企业的不同而有所差异。

随着工业的发展，以及人类自身活动对环境的影响，重金属废水的量正逐年增加。据Nriagu估算，每年排放到环境中的有毒重金属高达数百万吨，并且呈逐年上升的趋势。

2、重金属废水的危害

重金属废水是一种具有强毒性、致癌性、致突变性、难降解及易富集等特性的废水，具有毒效性、长期持续性、生物不可降解性等特点，且可通过食物链作用进入人体，并在人体内累积，从而导致各种疾病和机能紊乱，对人体健康造成严重危害。加之世界各地相继频繁发生重金属废水污染事件:日本富县的神通川流域出现的“痛痛病”，水俣湾的“水俣病”等都是重金属污染给人体健康带来损害的典型事例，除此之外，还有很多类似的重金属废水污染事件时常发生。对人民群众的生命健康带来威胁。因此，研究行之有效的重金属废水去除污方法已成为当前的工作要点。

三、重金属废水处理技术 

重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是对环境污染严重和对人类健康危害严重的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。重金属污染控制的首要方法是改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属；其次是采用合理的工艺流程、科学的管理和操作，减少重金属用量和随废水流失量，尽量减少外排废水量。经过长期的研究发现，重金属废水处理技术主要包括:沉淀法、物理化学法、电化学法、生物化学法以及近年来出现的一系列新技术，具体情况如下。

1、沉淀法

沉淀法处理模式为“重金属废水+沉淀剂→沉淀物”，经过滤使得重金属离子得以去除。其实质是重金属废水中的重金属一般不能被分解破坏，只能转移其存在位置和改变其物化形态。包括中和沉淀、螯合沉淀、硫化物沉淀等。

（1）中和沉淀法

中和沉淀法是通过向重金属废水中投加碱中和剂，使污水中重金属离子形成溶解度较小的氢氧化物或碳酸盐沉淀而去除的方法。其适用对象为酸碱废水和处理残后溶液中的重金属离子。其优点是操作简单，缺点是沉渣量较大，含水率高，二次污染较为严重并且某些离子难以达到排放的标准。

（2）螯合沉淀法

螯合沉淀法利用了DTCR的特性，在自然条件捕捉污水中重金属阳离子（例如:Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等），在生成大量难溶的螯合物后沉淀析出，从而达到捕集去除重金属离子的目的。螯合沉淀法具有技术成熟、操作简单等诸多优点，在电子、电镀等行业得到广泛应用。如何降低螯合剂的成本和滤渣后续处理还值得深入研究。

（3）硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是指将重金属废水pH值调节为碱性后，向重金属废水中投加硫化钠或硫化钾等含硫化物的沉淀剂，使污水中重金属离子与硫离子反应生成难溶的沉淀，然后被过滤分离的方法。由于金属硫化物的溶度积很小，致使该技术具有比如沉渣量少、容易脱水、沉渣金属品位高、有利于金属的回收等优点。硫化物沉淀除用于重金属废水的治理外，还可以用于重金属溶液的净化。扎伊尔共和国沙巴省扎伊尔矿业总公司西土鲁钴厂就是使用该法净化钴溶液。该法也有不足之处，如硫化物结晶比较细小，难以沉降等。如何改善硫化物的沉降性能值得进一步研究。

此外，重金属废水处理技术还包括铁氧化沉淀法、钡盐沉淀法等。

2、物理化学法

处理重金属废水的物理化学法主要包括离子交换法、吸附法、膜分离技术和溶剂萃取法等。其中离子交换法和膜分离技术适用于含较低浓度重金属离子污水的处理。

（1）离子交换法

离子交换法利用离子交换剂与污水中的重金属离子发生反应，去除废水中的重金属。离子交换剂有离子交换树脂、沸石和膨润土等。该技术具有处理污水量大，出水水质良好，可回收重金属资源等优点。适宜于含较低浓度重金属离子污水的处理。天津经济技术开发区电镀废水处理运用离子交换车载移动处理装置对厂区点状分布污染源进行源头现场处置，辅以必要的后续集中处置，从而对开发区重金属废水进行合理的控制。该技术也存在反应周期较长，处理成本较高等缺点。

（2）吸附法

常见的吸附法包括无机材料吸附、树脂吸附、生物吸附。常用的无机吸附材料为活性炭。活性炭表面官能团可与重金属离子发生生质子交换、离子交换、络合反应、氧化还原反应以及粒子之间的静电作用等，将重金属离子从废水中分离。近年来无机吸附材料发展较快，先后出现了活性炭纤维、沸石等衍生物等。无机材料吸附法的重金属去除效率高，但重金属废水处理产生的废渣量大，对其进行二次处理，成本高且容易出现二次污染。

树脂吸附基于树脂中含有各种活性基团（根据活性基团种类的不同，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂），比较典型的有羟基、羧基、氨基等，能够与废水中重金属离子发生螯合反应，生成稳定且不溶于水的金属螯合物，去除废水中的重金属离子。该法能够分离、纯化、回收重金属。生物吸附材料将生物质加工成的生物吸附剂。目前生物吸附剂包括细菌、藻类、酵母、霉菌等在内的生物体及其衍生物。该技术具有以下几个特点:

一是生物吸附剂可以降解，一般不会发生二次污染；二是来源广泛，容易获取并且价格便宜；三是生物吸附剂容易解析，能够有效地回收重金属。在实际的污染治理过程中，pH值、温度以及其他离子的影响较敏感，制约其应用。该技术在低浓度重金属废水方面取已得了较好的效果，需继续深入研究，扩大其应用范围。

（3）膜分离技术

膜分离技术主要包括电渗析、隔膜电解和反渗透。作为20世纪末发展起来的高新技术之一，由于其具有能耗低、分离过程中物质不发生相变、分离效果好、操作简便、无化学副作用、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。自1954年一家制膜公司WillPsCorp成立至今，膜技术已由微滤（MF）、超滤（UF）发展为纳滤（NF）、反渗透技术（RO）等，这些膜技术皆可对废水中重金属离子进行有效分离。该技术的难点主要表现在膜的制备、稳定性和清洗等，处理成本较高也影响其推广。

在水资源日益紧张的今天，以废水回用和物质回收为目的的膜分离技术作为一种新型水处理技术通过进一步的完善，将得到更加广泛的应用。

（4）溶剂萃取法

溶剂萃取法是利用重金属离子在有机相和水中溶解度的差异，重金属浓缩于有机相，从而分离重金属离子的方法。常用的萃取剂有磷酸三丁酯、三辛基氧化膦、三辛胺、伯胺、油酸和亚油酸等。该方法的优点是设备简单，操作方便，萃取剂中重金属含量高，有利于进一步回收利用。但缺点是萃取剂价格昂贵，处理不当会产生二次污染。