重金属废水处理技术研究进展（二）

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厂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。

3、电化学处理技术

电化学水处理技术主要包括直接电解、间接电解和电絮凝。其中，直接电解是指污染物直接被氧化或还原而从废水中取出；间接电解，利用电化学产生的氧化还原物质作为反应剂，使污染物转化成毒性更小的物质；电解絮凝是指在直流电的作用下被溶蚀，产生阳离子，再经水解、聚合等一些列过程，生成络合物或（和）氢氧化物沉淀，使废水中的待处置的物质凝聚沉淀而分离。随着工艺研究的不断深入和完善，新型电化学技术比较成功地实现了废水中重金属的处理和回收，并降低了废水处理成本。随着新型材料的开发联用，电化学技术在重金属废水处理中将有较好的应用前景。

4、生物化学法

生物化学法借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除污水中重金属的生物技术，具有原材料来源丰富、处理效果好、成本低廉等很多优点，而备受亲睐。生物化学法包括生物絮凝法、生物吸附法和植物修复法。生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物，进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物吸附是对于经过一系列生物化学作用使重金属离子被微生物细胞吸附的概括理解，这些作用包括络合、鳌合、离子交换、吸附等。植物对重金属的吸收富集机理，主要为两个方面:一是利用植物发达的根系对重金属废水的吸收作用，达到对重金属的富集和积累。二是利用微生物和重金属的亲和作用，把重金属转化为较低毒性的产物。通过收获或移去已积累和富集了重金属的植物的枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度，达到治理污染、修复环境的目的。

5、重金属废水处理新技术

（1）光催化技术

光催化法是指利用光催化剂表面的光生电子或空穴等活性物种，与污水中重金属离子发生氧化还原反应，从而实现重金属废水处理的技术。以二氧化钛（TiO2）为例，近年来，利用半导体TiO2光催化法去除或回收废水中的重金属离子的研究取得了良好效果，尤其对CrS+的研究。该技术作为新兴的节能现代污水处理技术具备很多优良特性。通过对纳米TiO2和其它半导体光催化剂的改性、固定化、制备方法研究的不断深入和完善，光催化技术有可能广泛应用于工业废水处理领域。

（2）新型介孔材料

根据理论和应用化学联合会（IUPAC）定义，介孔材料指孔径介于2～50nm的多孔材料。该材料具有长程结构有序、孔径分布窄、比表面大、孔隙率高且水热稳定性好等优点。通过进一步深入研究和开发，介孔材料在重金属废水的处理中可能投入实际应用。

（3）基因工程技术

基因工程技术应用于重金属废水的治理指通过转基因技术，将具有特殊功能的外源基因转入载体微生物细胞中，外源基因包括植物基因使之表现出寄主没有的优良治污性状，从而实现对重金属生物富集，净化污水水质。实践中以“重金属+蛋白”、“重金属+肽”以及特异性转运系统等形式进行重金属废水处理，拓展生物技术在废水处理领域应用范围。生物富集存在饱和界点问题，影响该技术的应用。

（4）胶束强化超滤———电解法

目前，将膜技术和电化学法这两种技术结合处理重金属废水的方法备受关注。该工艺能够实现污水的净化处理与重金属资源的有效回收共同进行。如:胶束强化超滤（MEUF）———电解法。其工作原理为:当表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度时，大的两性聚合物胶束形成，溶液经过超滤膜时，吸附有大部分金属离子和有机溶质的胶束被截留，透过液可回用，含重金属的浓缩液则进一步被电解，回收重金属。以单皮层聚醚酰亚胺（PEI）中空纤维超滤膜进行重金属废水处理试验结果表明超滤膜对废水中重金属离的截留去除效果良好。

MEUF在处理重金属废水中具有良好的应用潜力。

四、重金属污染防治的技术发展方向

国内外不少成功的案例表明，重金属污染治理与其回收利用相结合是重金属污染防治的发展之路，也是技术开发与应用的方向。

宁夏某锰业创新科技有限公司地处生态脆弱、黄河上游环境敏感地区，越发展越发现生态环境的制约瓶颈凸显。随着企业的不断，其资源能源消耗高、污染物产生量大的问题日益突显。

该公司以变废为宝，实现资源的综合利用为原则，建设了废水综合治理系统（工艺流程见下图）。该系统采用膜法新技术实现废水深度处理，处理后的废水循环利用。膜分离产生的浓水经多效蒸发浓缩回收产品。该系统成功地实现了同时达成重金属污染治理与其回收利用的目标。

五、结语

重金属废水污染的情况因重金属种类不同而有类、性质、组成以及要求标准等选择相应的合适处理方法。所差异，所采用的处理方法也不尽相同，根据其种物理、化学、生物、基因技术和MEUF等方法重金属废水的处理中都起到了显著作用。只有因地制宜地选择重金属废水的处理技术，才能取得良好的效果。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。