污水中金屬離子的去除方法

孫丹鳳，張 鵬，高會(huì)杰

（中國(guó)石化撫順石油化工研究院， 遼寧 撫順 113001）

含有金屬離子的污水主要來(lái)源于電鍍、冶煉、化工、礦山開(kāi)采、鋼鐵及有色金屬冶煉等。金屬離子污染是一種具有毒性且難以治理的污染，金屬在水體中不易被微生物降解，故難以通過(guò)水體自?xún)糇饔孟Ｖ亟饘僭谒w中能發(fā)生形體間的相互轉(zhuǎn)化及分散和富集過(guò)程，從而危害加劇，含有金屬的污水必須加以處理之后才能夠排放。

污水中金屬離子的去除方法分為三類(lèi)：物理法、化學(xué)法和生物法。物理法和化學(xué)法取得了一定的效果，但是對(duì)于大流域、低濃度的金屬離子去除，存在處理成本高、操作復(fù)雜，二次污染等不足。隨著環(huán)保要求的不斷提高，和環(huán)境保護(hù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，生物法具有效果好、投資少、運(yùn)作費(fèi)用低、易于管理和操作、不產(chǎn)生二次污染[1]等優(yōu)點(diǎn)，成為一項(xiàng)日益受到人們重視的處理技術(shù)。該技術(shù)在投資、運(yùn)行、操作管理和金屬回收、水回用等方面都比較優(yōu)越。生物法主要是利用各種微生物類(lèi)群間的相互配合而進(jìn)行的一種物質(zhì)循環(huán)的過(guò)程。隨著耐金屬毒性微生物的研究進(jìn)展，采用生物技術(shù)處理含金屬離子的污水呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展勢(shì)頭。根據(jù)生物去除金屬離子的機(jī)理不同，生物法可分為生物吸附法、生物絮凝法、生物化學(xué)法以及植物修復(fù)法[2]等。

1 污水中金屬離子的去除方法

1.1 化學(xué)法

常用的化學(xué)法有化學(xué)沉淀法和氧化還原法?；瘜W(xué)沉淀法是指把化學(xué)物質(zhì)（沉淀劑）加入污水中，使其與污水中的金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶于水的沉淀，從而將金屬離子從污水中分離去除的方法。主要的化學(xué)沉淀法有硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀和中和沉淀法[3]等?；瘜W(xué)沉淀法費(fèi)用低、投資少，操作簡(jiǎn)單方便；但是在處理過(guò)程中需要大量的沉淀劑，會(huì)產(chǎn)生二次污染物。

1.2 物理法

物理法主要包括溶劑萃取法、吸附法、離子交換法、反滲透法和電滲析法等。

1.3 生物法

1.3.1 生物吸附法

生物吸附法是利用微生物的吸附降解等作用，利用生物體本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來(lái)吸附溶于水中的金屬離子，再通過(guò)固液兩相分離去除水溶液中的金屬離子的方法[4]。生物吸附劑具有來(lái)源廣、價(jià)格低、吸附能力強(qiáng)、易于分離回收重金屬等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。生物吸附法是一種處理金屬離子污水污染的新興技術(shù)。所用生物吸附劑中，來(lái)自釀酒廠的廢棄酵母菌作為工業(yè)上應(yīng)用最廣泛一類(lèi)微生物，它可以吸附水中一些常見(jiàn)離子K+、Na+、Ca+、Mg2+及鹽度對(duì)吸附的影響很小或不影響[5]。有關(guān)啤酒酵母菌、面包酵母菌等對(duì)金屬離子吸附處理的研究已有較多報(bào)道[6]。

表1 生物吸附劑種類(lèi)[7]Table 1 Species of biological adsorption agents

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外使用到的生物吸附劑有菌體、藻類(lèi)、細(xì)胞提取物、麥麩、米糠等等。使用細(xì)菌固定化技術(shù)，把生物吸附劑固定在藻酸鈣或多聚糖上，這樣可大大改善生物吸附劑的機(jī)械性能，有利于重復(fù)使用，且比單獨(dú)使用生物吸附劑的吸附效果明顯要好[8-11]。

1.3.2 生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類(lèi)由微生物產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外，具有絮凝活性的代謝物[12]。至目前為止,對(duì)金屬有絮凝作用的約有十幾個(gè)品種,生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2＋、Hg2＋、Ag＋、Au2＋等重金屬離子形成穩(wěn)定的鰲合物而沉淀下來(lái)。應(yīng)用微生物絮凝法處理污水安全方便無(wú)毒、不產(chǎn)生二次污染、絮凝效果好，且生長(zhǎng)快、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等特點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)洛陽(yáng)污水處理廠生物絮凝吸附法一級(jí)處理出水試驗(yàn)研究，得出生物強(qiáng)化一級(jí)處理對(duì)污水中主要污染指標(biāo)的處理效果，因而將污水處理廠A2/O剩余活性污泥與進(jìn)水混合進(jìn)入初沉池沉淀，可以增強(qiáng)沉淀效果，縮短沉降時(shí)間，減少初沉池容積，減少基建投資費(fèi)用。

1.3.3 生物化學(xué)法

生物化學(xué)法指通過(guò)微生物處理含重金屬離子污水，將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。有關(guān)研究表明，生物化學(xué)法處理含 Cr6＋濃度為 30~40 mg/L的污水，Cr6＋去除率可達(dá)67%~97%。趙曉紅等人用脫硫腸桿菌（SRV）去除電鍍污水中的銅離子，對(duì)銅質(zhì)量濃度為246.8 mg/L的溶液，當(dāng)pH為4.0時(shí)，去除率達(dá)99.12%。

1.3.4 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法(Phytoremediation)是利用綠色植物來(lái)轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化污染物使其對(duì)環(huán)境無(wú)害。植物修復(fù)的對(duì)象是重金屬、有機(jī)物或放射性元素污染的土壤及水體。研究表明，通過(guò)植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，可以?xún)艋寥阑蛩w中的污染物，達(dá)到凈化環(huán)境的目的，因而植物修復(fù)是一種很有潛力、正在發(fā)展的清除環(huán)境污染的綠色技術(shù)。在植物修復(fù)技術(shù)中能利用的植物有藻類(lèi)、草本植物、木本植物等[13]。它具有成本低、不破壞土壤和河流生態(tài)環(huán)境、不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)。

2 處理工業(yè)污水中金屬離子

工業(yè)污水來(lái)源廣泛，污染物種類(lèi)很多，有些具有毒性，有些雖沒(méi)有毒性，但是會(huì)造成水體變色和臭味效應(yīng)，使水質(zhì)硬度增高。特別是工業(yè)污水中含有的很多有害金屬離子，對(duì)水資源有很大的污染。

目前針對(duì)水煤漿制氫污水的回用出水金屬成分及其含量的ICP/MS分析結(jié)果：處理前主要是Na離子含量為 117.41 mg/L，Ca離子289.93 mg/L， K離子37.28 mg/L，其他還有些微量的Sr，Mg等離子，出水達(dá)不到回用水的標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)水煤漿制氫污水中的金屬濃度不是很高的狀況，去除過(guò)程中應(yīng)避免帶入過(guò)多的其他污染物質(zhì)。生物吸附法可以篩選一種吸附金屬離子的生物吸附劑，自然界的自養(yǎng)微生物菌群利用金屬離子合成自身營(yíng)養(yǎng)所需，利用微生物處理污水，可以吸收利用掉一部分K、Na離子。對(duì)污水中存在的部分 Sr2+離子，可以選用一種合適的無(wú)污染的吸附劑。馮媛[16]等研究了在強(qiáng)酸性環(huán)境下，硅藻土對(duì)Sr2+的吸附效果較佳，木纖維對(duì)Sr2+的吸附去除率與木纖維粒度、吸附時(shí)間、溶液的pH、木纖維的用量、溫度及介質(zhì)等因素有關(guān)。除此之外，生物吸附劑也可以同時(shí)吸附K+、Na+、Ca+、Mg2+離子。

撫順石油化工研究院利用活性污泥生物吸附法對(duì)水煤漿制氫污水中金屬離子進(jìn)行了處理。最終試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)水煤漿制氫污水中一定濃度的金屬離子的去除率達(dá)到90%以上，達(dá)到了循環(huán)水回用的標(biāo)準(zhǔn)。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，生物法處理含高濃度金屬離子的污水，可以有效地吸附溶于水中的金屬離子，降低金屬離子的濃度，從而有效地治理含有金屬離子的污水；特別對(duì)于低濃度金屬離子的去除優(yōu)勢(shì)更加明顯。雖然生物法也有一定的局限性，但是由于其顯著優(yōu)點(diǎn)，使得生物技術(shù)方法的研究和發(fā)展仍有廣闊前景。許多學(xué)者通過(guò)基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用，使生物具有更強(qiáng)的吸附、絮凝、修復(fù)能力。生物吸附法去除污水中金屬離子的技術(shù)近年來(lái)受到極大的關(guān)注，這不僅由于其生物處理技術(shù)作為一種行之有效、安全可靠的方法，在環(huán)境污染的治理中起到重要作用，尋找研發(fā)價(jià)格低廉、選擇性好、易再生的水處理吸附劑是環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急切需要。

為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)污水回用和金屬回收，單一的方法往往難以達(dá)到要求，而將幾種已有技術(shù)集成起來(lái)，使它們之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，是達(dá)到水污染治理和資源回收雙重目的的可行方法。這種聯(lián)合處理方法降低了能耗，又能使出水達(dá)到回用的目的，使含金屬污水達(dá)到了真正的無(wú)害化和資源化的處理，并最終達(dá)到零排放的目的。

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