重金屬廢水污染防治技術(shù)研究及分類

尹衍凱　李浩

摘要：目前，中國已經(jīng)成為世界有色金屬第一生產(chǎn)和消費大國。礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用在對國民經(jīng)濟發(fā)展起重要的推動作用的同時，也帶來了比較嚴(yán)重的經(jīng)濟問題。重金屬對環(huán)境的污染是多方位、多途徑的，對大氣、地表水、地下水、土壤和生態(tài)環(huán)境都有不同程度的污染。本篇文章主要講述重金屬對水的污染及重金屬廢水污染的防治技術(shù)。

關(guān)鍵詞：重金屬廢水污染；來源及危害；防治

正文：

一、重金屬廢水的來源、危害及其污染特性

1重金屬廢水的來源

含金屬離子的工業(yè)廢水主要來自于機械加工、鋼鐵及有色金屬的冶煉、礦山開采和部分化工企業(yè)。

金屬礦山的廢水主要來自在采礦生成過程中排出的礦坑水、廢石場的雨淋污水以及洗礦、尾礦廢水。一般金屬礦體上都會有多種金屬和硫化礦物，這些物質(zhì)在開采過程中，在空氣、水和細(xì)菌的作用下共同形成硫酸—硫酸高鐵鹽，并溶出石礦多種離子，因此而產(chǎn)生含銅、鐵、鋅、鎘、砷等的酸性廢水。

大多數(shù)重金屬是人體所必需的微量元素，但是重金屬廢水污染已經(jīng)成為威脅人類發(fā)展的重大環(huán)境問題，例如震驚世界的日本“水俁病”和“痛痛病”就是分別由含汞和鎘的廢水污染環(huán)境造成的。重金屬對人類健康的危害是多方面、多層次的，其可以危害人類的生殖系統(tǒng)，威脅兒童和成人的身體健康等等。

重金屬不能被降解，而且當(dāng)其溶入水中后，污染范圍更加擴大，除部分被水生生物吸收外，其他大部分被水中有機和無機膠體及微粒物質(zhì)吸附，最終沉降到水體底部，受溫度、PH等因素的影響，重金屬廢水的污染持續(xù)時間很長。

3重金屬廢水的污染特性

3.1持續(xù)時間長

天然水體中重金屬濃度雖然按較低，但是其毒性持續(xù)時間長。并且在一些水生生物的作用下，重金屬也有可能轉(zhuǎn)變?yōu)橹亟饘儆袡C化合物，毒性更加強烈。

3.2生物富集

生物從重金屬廢水中攝取的重金屬在其體內(nèi)富集，他們作為食物進入人體最終在人體內(nèi)富集，嚴(yán)重危害人體健康。生物富集是重金屬廢水污染的突出特點。

3.3難降解

重金屬無論用什么方法處理或者用微生物都不能降解，只會因此而改變化合價和化合物種類，而化合價改變可以使重金屬在水中的溶解度增大，也可能使沉入水中的重金屬又釋放到水中而轉(zhuǎn)移。

3.4毒性范圍

天然水體中只要含有微量重金屬元素就會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，毒性較強的汞毒性范圍為0.001～0.1mg/L

二、重金屬廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀及其分類

1重金屬廢水處理技術(shù)現(xiàn)狀

目前處理重金屬廢水的主要方法主要有化學(xué)法、物理法、生物法、氧化鐵法等等?；瘜W(xué)法應(yīng)用技術(shù)較易實現(xiàn)，只要能夠選擇合適的藥劑，并且根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式計算投加量即可較高效的除去廢水中的重金屬離子。對于較少量的廢水則可選用手工操作處理，或者使用處理重金屬廢水的一步處理機；而水量較大并且條件允許的時候可用大型設(shè)備自動化操作，對不同重金屬離子要求沉淀的PH條件，按照先后順序設(shè)計程序完成對廢水的處理。

2重金屬廢水處理技術(shù)分類

2.1化學(xué)法

化學(xué)法主要利用化學(xué)反應(yīng)除去廢水中溶解物質(zhì)和膠體，主要包括中和法、化學(xué)沉淀法、氧化還原法、電解法等。

（1）大多數(shù)重金屬廢水呈酸性，所以一般會向廢水中投加堿中和劑，使重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^小的氫氧化物或者碳酸鹽沉淀而除去。這種方法的特點是在除去重金屬離子的同時可以除去廢水中的酸。工業(yè)上對于含酸量不大的低濃度廢水，由于其回收價值不大，所以一般采取中和法處理。

（2）化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法分為一次沉淀和分段沉淀兩種。一次沉淀是指一次投加堿劑提高溶液PH，使各種離子同時沉淀，這種方法粗暴簡單，但是沉淀中混有多種重金屬離子，不利于回收。分段沉淀是根據(jù)不同沉淀物在不同的PH條件下沉淀的特性，分段投加堿劑，控制PH，這種方法比較復(fù)雜，但是卻有利于重金屬的回收分類。氧化鐵法就屬于二次化學(xué)沉淀法。

（3）氧化還原法

對于具有多種化合價的重金屬離子，可以根據(jù)其氧化或還原產(chǎn)物能夠變?yōu)闊o害物質(zhì)，或者比較容易與水分離的性質(zhì)，將其改變物質(zhì)形態(tài)，從而達到將其從廢水中除去的目的。例如Cr6+，在酸性條件下加入還原劑，將其變?yōu)?3價，然后變?yōu)槌恋沓ァ?/p>

2.2物理化學(xué)法

物理化學(xué)法是利用物理化學(xué)作用除去廢水中的溶解物質(zhì)和膠體，主要有離子交換法、膜分離法、溶劑萃取法、吸附法、反滲透法、液膜法、氣浮法、電滲析法等。

（1） 離子交換法

離子交換法是指重金屬離子與離子交換樹脂發(fā)生離子交換的過程。樹脂的性能對于重金屬的除去有很大的影響。常見的離子交換樹脂有陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、螯合樹脂和腐殖質(zhì)樹脂等等。目前離子交換法是最重要和應(yīng)用最廣泛的化學(xué)分離方法之一。

（2）吸附法

吸附法實質(zhì)就是吸附劑活性表面對重金屬離子的吸引，原理與生活中活性炭吸附灰塵一樣。吸附法工藝簡單，容易實現(xiàn)，并且成本較低，獲得了廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)固體表面吸附能力的不同，吸附可分為物理吸附、化學(xué)吸附和離子交換吸附等。

（3） 溶劑萃取法

溶劑萃取法是指向廢水中投加不溶于水的溶劑，并且重金屬離子在投加溶劑中的溶解度大于在水中的溶解度，從而使重金屬離子完成從廢水向投加溶劑中的轉(zhuǎn)移。這種方法對于回收除去酚、銅、鎘汞等是一種有效的方法。

（4）膜分離法

膜分離法是利用一種特殊的半透膜將溶液分開，使溶液中的某些溶質(zhì)或溶劑（水）滲透出來，從而達到分離溶質(zhì)的目的的一種方法。根據(jù)膜的種類以及推動力的不同，膜分離法可分為擴散滲析、電滲析、反滲析和超透等。

2.3生物法

生物法是利用微生物的代謝作用，使廢水中的有機污染物和無極微生物營養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、無害的物質(zhì)。微生物可以除去廢水中的重金屬離子的主要原理是微生物細(xì)胞能夠?qū)⑷芤褐械闹亟饘匐x子吸附到細(xì)胞表面，然后通過細(xì)胞膜的運輸作用將重金屬離子運輸?shù)郊?xì)胞體中“積累”起來，從而達到除去廢水中重金屬離子的效果。常見的有活性污泥法、生物吸附法、分子印跡法、厭氧生物消化法、生物膜法和基因工程技術(shù)等。

2.4鐵氧體法

所謂鐵氧體法，就是指向廢水中投加鐵鹽，使廢水中的重金屬離子與鐵鹽生成穩(wěn)定的鐵氧體共沉淀物，在采用過濾等使固體與液體分離的方法，從而達到出去廢水中重工金屬離子的方法。

鐵氧體法具有以下特點：①工藝簡單，處理條件溫和，效果明顯；②可處理的重金屬離子種類多，處理廢水的適用面廣；③鐵氧體沉渣粒度小，比表面極大，可通過吸附、包夾等方法除去重金屬離子；④鐵氧體沉渣具有強磁性，可以利用磁分離⑤鐵氧體不易造成二次污染，并且可以通過適當(dāng)處理制成有用材料，如催化劑、磁流體、填料等。

鐵氧體也存在一些缺點：①因為鐵氧體可以吸收較多種離子，所以鐵氧體不能將各種離子單獨回收；②需要比較多的硫酸亞鐵、以及一定數(shù)量的苛性鈉，并且在處理過程中需要大量的熱能，成本高；③處理過的廢水中硫酸鹽含量較高。

鐵氧體法問世以來經(jīng)過國內(nèi)外多該工藝的研究，其能處理的重金屬離子種類幾乎覆蓋了全部重金屬。這種方法受水體不同的影響較小，大多數(shù)含重金屬離子的廢水經(jīng)過處理后即可達到排放標(biāo)準(zhǔn)。

三、 展望

隨著現(xiàn)代工藝的高速發(fā)展、城市化加速和城市人口急劇增長，各種重金屬廢水越來越多，人類的生活環(huán)境受到了越來越大的危害，處理重金屬廢水迫在眉睫。利用化學(xué)沉淀—鐵氧體法處理重金屬離子廢水越來越多的受到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視。目前，化學(xué)沉淀—鐵氧體法仍然需要不斷的完善，但是其也得到了一定的應(yīng)用，它的優(yōu)良性能在水環(huán)境保護方面起了重要作用。

參考文獻：

[1]徐根良.重金屬廢水處理技術(shù)綜述[J]水處理技術(shù)，1991

[2]王邵文，姜鳳有.重金屬處理技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1993.

[3]趙由才.環(huán)境工程化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003

作者簡介：

尹衍凱（1996—），男，漢，鄭州大學(xué)，院系水利與環(huán)境學(xué)院，水利水電工程，2015級。