重金屬廢水治理方法的研究進(jìn)展

王 彧

(江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇 南京 210036)

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重金屬廢水治理方法的研究進(jìn)展

王 彧

(江蘇環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院股份公司，江蘇 南京 210036)

介紹了重金屬的含義及特點(diǎn)，從化學(xué)沉淀法、離子交換法、吸附法、膜分離法、光催化技術(shù)五方面，闡述了重金屬廢水常用的處理方法，并分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍，對(duì)重金屬廢水處理技術(shù)的深入研發(fā)有一定的意義。

重金屬，廢水，化學(xué)沉淀法，吸附法，光催化技術(shù)

1 概述

重金屬是指原子量在63.5～200.6之間的，比重大于5的金屬[1]，近年來,各種工業(yè)(如采礦、電鍍、農(nóng)藥等)廢水和固體廢棄物的滲出液直接排入水體,致使水體含有較高含量的重金屬如汞、鎘、鉛、鉻、銅、鉬、鋅和類金屬砷等。重金屬一方面難以被生物降解，另一方面易被生物吸收富集，致使生物體致癌，畸變，同時(shí)重金屬又是寶貴的資源，因此如何有效治理水體重金屬污染，同時(shí)實(shí)現(xiàn)重金屬的回收利用，是當(dāng)前不可忽略的問題。目前重金屬廢水處理較常見的方法有化學(xué)沉淀法，離子交換法，吸附法，膜分離法，光催化技術(shù)等。本文主要綜述了重金屬廢水的處理研究進(jìn)展，分析這些方法的特點(diǎn)，并展望了重金屬廢水處理的發(fā)展前景。

2 重金屬廢水處理方法

2.1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是目前應(yīng)用最廣泛的有效的重金屬廢水處理技術(shù)[2]。該法是通過在工業(yè)廢水中加入化學(xué)物質(zhì)，使其與廢水中重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成難溶鹽而沉淀下來，繼而通過沉降過濾使其與水體分離。根據(jù)所加入化學(xué)物質(zhì)的不同將其分為中和沉淀法、硫化物沉淀法、重金屬螯合沉淀法。

1)中和沉淀法。中和沉淀法是化學(xué)沉淀中應(yīng)用最多的方法，它是指將廢水pH調(diào)節(jié)至堿性，廢水中的金屬離子與沉淀劑反應(yīng)，金屬離子轉(zhuǎn)化為不溶的氫氧化物固體沉淀，再通過絮凝和沉淀過程實(shí)現(xiàn)分離。中和沉淀法處理含重金屬廢水具有技術(shù)成熟、投資少、處理成本低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)，但是在處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量污泥造成后續(xù)排污問題，以及其對(duì)兩性氫氧化物會(huì)存在重新溶解現(xiàn)象。

2)硫化物沉淀法。硫化物沉淀法沉淀速度快，沉淀溶解度低，相比于中和沉淀法，它可以在相對(duì)較寬的pH內(nèi)更徹底地去除重金屬離子。Erdem等[3]考察了用FeS2和FeS來去除廢水中的Cu2+，Cd2+，Pb2+。酸性條件下，F(xiàn)eS2和FeS產(chǎn)生的H2S作用于重金屬離子，生成相應(yīng)的硫化物沉淀，通過絮凝沉淀實(shí)現(xiàn)分離凈化。然而，硫化物沉淀法處理重金屬廢水時(shí)，過量的沉淀劑在水中殘留易形成水溶性多硫化物，遇酸生成H2S氣體，產(chǎn)生二次污染[4]。

3)重金屬螯合沉淀法。螯合沉淀法是對(duì)含重金屬離子廢水進(jìn)行化學(xué)處理的一種新方法，它是利用DTCR含有大量的極性基的特性，在自然條件下捕捉污水中重金屬陽離子,生成大量難溶的螯合物后沉淀析出，從而捕集去除重金屬離子。Xu等[5]開發(fā)了一種新型有機(jī)螯合劑——二丙基二硫代磷酸鹽，應(yīng)用于含有鉛鉻銅汞四種重金屬的廢水處理中，經(jīng)該螯合劑處理后去除率均高達(dá)99.9%。

2.2 離子交換法

離子交換法處理重金屬廢水是利用離子交換樹脂上的可交換離子與重金屬離子發(fā)生交換反應(yīng)，從而去除廢水中的重金屬離子，并通過再生，實(shí)現(xiàn)重金屬的回收再利用。離子交換法處理重金屬廢水具有污水處理量大，出水水質(zhì)好，具有可逆性，選擇性等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的方法。除了合成的樹脂，天然的自然界儲(chǔ)量豐富的沸石，硅酸鹽礦物等也被應(yīng)用于離子交換法處理重金屬廢水[6,7]。

2.3 吸附法

吸附法處理重金屬廢水是指利用吸附劑吸附廢水中重金屬，具有設(shè)計(jì)靈活，出水水質(zhì)好，吸附劑可以被重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.1 活性炭吸附法

活性炭是最常用的無機(jī)吸附劑，其多孔結(jié)構(gòu)使其具有較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附性，是去除重金屬常見的吸附劑，但是其價(jià)格昂貴，難脫附，使用壽命短等缺點(diǎn)也限制了在重金屬廢水處理上的應(yīng)用。為了降低成本并且提高其吸附能力，目前很多研究通過加入添加劑如鞣酸[8]，鎂[9]，表面活性劑[10]等以及形成活性炭復(fù)合材料來處理重金屬廢水。

2.3.2 生物吸附法

生物吸附法作為一種較為新穎的處理水體重金屬污染的方法，具有高效、廉價(jià)的潛在優(yōu)勢(shì)。它指的是利用生物體及其衍生物吸附水中重金屬離子，再通過固液分離達(dá)到去除重金屬的目的。目前生物吸附劑主要包括藻類、微生物、農(nóng)林廢棄物等。Xu等[11]通過將黃孢原毛平革菌與氧化鐵磁性納米粒子相結(jié)合，得到新型的生物吸附劑處理廢水中的Pb2+，結(jié)果表明在pH=5，溫度為35 ℃時(shí)，去除率達(dá)到96.03%。生物吸附法原料來源廣泛且廉價(jià)，可達(dá)到以廢治廢的效果，隨著對(duì)生物吸附劑研究的不斷深入，生物吸附技術(shù)應(yīng)用于重金屬廢水的凈化具有廣闊的發(fā)展前景。

2.4 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)是指以膜兩側(cè)的能量差為推動(dòng)力，依靠膜的選擇性，將液體中的組分進(jìn)行分離，由于其具有能耗低、分離效率高、無二次污染、分離產(chǎn)物易于回收等優(yōu)點(diǎn)，成為回收廢水中重金屬離子的一種很有前途的方法。常用的膜分離技術(shù)有超濾技術(shù)，反滲透法，納濾技術(shù)。

2.4.1 超濾技術(shù)

超濾技術(shù)是以超濾膜為過濾介質(zhì)，將溶液進(jìn)行凈化和分離的膜分離技術(shù)。目前最常見的超濾技術(shù)有膠束強(qiáng)化超濾技術(shù)和聚合物強(qiáng)化超濾技術(shù)。

膠束強(qiáng)化超濾技術(shù)(MEUF)是將表面活性劑和超濾技術(shù)相結(jié)合，用于處理低濃度的金屬離子和溶解性有機(jī)物廢水。在MEUF中，加入的陰離子表面活性劑達(dá)到臨界膠束濃度(CMC)時(shí)，會(huì)締合形成表面帶有大量負(fù)電荷的膠束，溶液中的金屬離子通過靜電作用吸附于其表面，并在超濾過程中被截留下來，達(dá)到去除重金屬離子的目的。

聚合物強(qiáng)化超濾(PEUF)是用來分離較多種重金屬離子的可行技術(shù)。通過水溶性聚合物與重金屬離子形成大分子結(jié)構(gòu)，再通過分子截留量小于該種聚合物的超濾膜，從而實(shí)現(xiàn)兩者的分離。目前聚丙烯酸，聚醚酰亞胺，二乙氨基乙基纖維素，腐殖酸等都已被應(yīng)用于聚合物強(qiáng)化超濾技術(shù)并且展示出良好的選擇性和較高的重金屬分離效率。

2.4.2 反滲透法

反滲透指的是借助外界壓力的作用使溶液中的溶劑透過半透膜而阻留某些溶質(zhì)。用于反滲透的半透膜表面微孔尺寸一般在1 nm左右，能夠去除絕大部分的離子，因此采用反滲透法出水水質(zhì)較高。Mohsen-Nia等[12]采用反滲透法去除廢水中的Cu2+和Ni2+，在操作壓力為5 atm時(shí)，兩種重金屬離子的去除率達(dá)到99.5%。

2.4.3 納濾技術(shù)

納米過濾技術(shù)是介于超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)之間的一種廢水處理技術(shù)，在處理一些重金屬離子如Ni，Cd，Cu，As等展現(xiàn)了較大的潛力。與反滲透，超濾相比，納濾是一種截留粒子精度較高的膜工藝，并且對(duì)于二價(jià)及多價(jià)金屬離子有較高的截留率，可操作性強(qiáng)，相對(duì)能耗較低。Figoli等人[13]研究了兩種商業(yè)納米過濾膜NF90和N30F處理廢水中的As5+，結(jié)果表明提高pH，降低溫度，減小初始As濃度都有利于廢水中As的去除。

2.5 光催化技術(shù)

利用半導(dǎo)體光催化劑處理有機(jī)及重金屬污染物是近年來發(fā)展起來的一種新興污水處理技術(shù)。在光照條件下，半導(dǎo)體光催化劑產(chǎn)生的光生空穴和電子與吸附在半導(dǎo)體表面的物質(zhì)作用時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的氧化和重金屬離子的還原。Lei等[14]采用溶膠凝膠法制備了C,N,S共摻雜的銳鈦礦TiO2，研究表明該光催化劑具有較強(qiáng)的將Cr6+還原為毒性較小的Cr3+的能力，再通過調(diào)節(jié)pH生成可分離的Cr(OH)3沉淀，達(dá)到去除目的。

3 結(jié)論及展望

處理有毒重金屬廢水是目前全世界面臨的一大環(huán)境問題，化學(xué)沉淀法，吸附法，離子交換法，膜分離法，光催化技術(shù)等都應(yīng)用到重金屬廢水的處理中，本文綜述了上述方法在重金屬廢水處理中的發(fā)展應(yīng)用狀況及研究進(jìn)展。可以看出，每種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，因此在實(shí)際的重金屬廢水處理過程中，要結(jié)合廢水的具體情況，綜合考慮各種方法，而開發(fā)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)重金屬離子更高效的去除及回收也是科研工作者們需要進(jìn)一步深入研究的問題。

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Recent progress of the treatment of heavy metal wastewater

Wang Yu

(JiangsuAcademyofEnvironmentalIndustryandTechnologyCorp.Ltd,Nanjing210036,China)

The paper introduces the definitions and features of heavy metal. Starting from aspects of chemical sedimentation tank method, ion-exchange method, adsorption method, membrane isolation method and photocatalysis technique, it describes common heavy metal wastewater processing methods, and analyzes their merits and defects and application scope, which has certain meaning for further studying heavy metal wastewater processing technique.

heavy metal, wastewater, chemical sedimentation tank method, adsorption method, photocatalysis technique

1009-6825(2016)24-0189-02

2016-06-17

王 彧(1981- ),女，工程師

X703

A