城市污水處理過程中重金屬的檢測方法及處理技術(shù)淺析

摘要：重金屬對人類健康乃至整個生態(tài)系統(tǒng)都具有嚴重威脅。綜述了我國城市污水中的重金屬概況，介紹了污水中重金屬的檢測方法，并對一些新型的重金屬處理方法進行了闡述，最后展望了我國污水中重金屬檢測方法和處理技術(shù)存在的不足及未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：城市污水；重金屬；檢測方法；處理技術(shù)

中圖分類號：X83 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）03-0161-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.085

Abstract： Heavy metals have a serious threat to human health and ecosystems. This paper summarized the overview of heavy metals in municipal wastewater. In addition the methods of detecting heavy metals in municipal wastewater were introduced and several novel heavy metal treatments were also described. Finally， this paper reviewed the shortcomings and future development of heavy metal detection methods and treatment technologies in China.

Keywords： municipal wastewater； heavy metal； detection method； treatment technologies

相對密度大于5的金屬稱作重金屬。水體中重金屬的來源主要分兩種，一種是自然源如巖石風(fēng)化后某些重金屬通過雨水浸淋作用進入水體；另一種是來自于人類活動，如尾礦排水、金屬加工廠酸洗水、鋼鐵廠酸洗水等[1-2]。由于重金屬具有持久性、不可降解性、毒性強等特點，其對人類乃至整個生態(tài)系統(tǒng)都具有巨大危害。汞可以損害人體肝臟及腦組織，鎘可以損害人體腎臟，鉛會損害人體的心血管系統(tǒng)[3]。近些年由于人們對重金屬危害認識的不斷加深，重金屬的檢測和處理方法有了長足的發(fā)展。本文分析了污水中重金屬的常用檢測方法，并對污水中重金屬的處理技術(shù)進行了闡述，以期加深人們對重金屬的了解，對保障我國水環(huán)境安全具有重要的現(xiàn)實意義。

1 城市污水中重金屬的概況

不同的地域，不同的排放行業(yè)所產(chǎn)生的污水中重金屬的種類和含量有很大區(qū)別。如合肥市及其周邊市區(qū)，Cd、Cu、Zn、Pb、Cr 5種金屬元素總體水平較高[4]，而在黃河上游，枯水期Cr、Ni、Mn金屬元素含量較高[5]。一般來講，Pb、Zn、Cd主要來源于金屬開采和冶煉行業(yè)，Zn、Al、Ti主要來自紡織行業(yè)，Co、Cd、Cr主要來自塑料工業(yè)，而Cu、Zn等主要來自電子行業(yè)。

2 城市污水中重金屬的檢測方法

水中重金屬的檢測方法有多種，主要包括：原子熒光法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、石墨爐原子吸收分光光度法等。

2.1 原子熒光法

在生活污水檢測過程中，可以用該種方法來測量汞、鉍、銻等元素。測定過程中樣品經(jīng)過預(yù)處理后進入原子熒光儀，在酸性的硼氫化鉀或硼氫化鈉還原作用下，生成相應(yīng)的氫化物和汞原子，氫化物在氬氫火焰中形成基態(tài)原子，基態(tài)原子和汞原子受相應(yīng)的元素?zé)舭l(fā)射光的激發(fā)產(chǎn)生原子熒光，原子熒光強度與試液中待測元素含量在一定范圍內(nèi)呈正比。該種方法的檢出限為0.04 ug/L。

2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是一種根據(jù)元素的質(zhì)譜圖或特征離子進行定性，并通過內(nèi)標(biāo)法進行定量的檢測方法。測定樣品進入霧化系統(tǒng)霧化，而后以氣溶膠的形式進入等離子體的軸向通道，氣溶膠在高溫和惰性氣體中被蒸發(fā)、解離、原子化和電離進而轉(zhuǎn)化成的帶電荷的正離子，正離子通過離子采集系統(tǒng)進入質(zhì)譜儀，質(zhì)譜儀根據(jù)離子的質(zhì)荷比進行分離并定性定量分析。該種方法可以測量生活污水中絕大多數(shù)的重金屬元素，其檢出限為0.02ug/L～19.6ug/L。

2.3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法的主要原理是將處理過的水樣注入電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀后，目標(biāo)元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發(fā)并輻射出特征譜線，該特征譜線在一定范圍內(nèi)的強度和元素濃度成正比。該種方法可以檢測生物污水中銅、鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、汞、鎘和鉍等絕大多數(shù)金屬元素，但其檢出限為0.009mg/L～0.1mg/L。

2.4 石墨爐原子吸收分光光度法

石墨爐原子吸收分光光度法的原理是將樣品處理后注入石墨爐原子化器中，通過干燥、灰化、原子化作用，使其成為基態(tài)原子蒸汽，從而對元素空心陰極燈或無極放電燈發(fā)射的特征譜線進行選擇性吸收，在一定濃度范圍內(nèi)吸光度與元素的質(zhì)量濃度成正比。在生活污水檢測中，通常用此種方法來檢測鉬、鈦和釩，用本方法鉬的檢出限為0.6 ug/L，鈦的檢出限為7 ug/L，釩的檢出限為3 ug/L。

3 城市污水中重金屬的處理技術(shù)

傳統(tǒng)的重金屬處理方法包括化學(xué)沉淀法、吸附法、膜分離法、微生物吸附法等。近些年來，污水中重金屬去除技術(shù)迅猛發(fā)展，超濾、氫氧化鈉沉淀、螯合沉淀、離子交換、活性炭吸附、反滲透、電凝法等一些新型的物理、化學(xué)處理技術(shù)層出不窮，下文介紹了兩種新型的污水處理技術(shù)。

3.1 磁性納米復(fù)合材料吸附

美國田納西大學(xué)教授郭占虎等[6]研究了磁性碳納米復(fù)合材料去除污水中重金屬的相關(guān)技術(shù)，研究結(jié)果表明磁性碳納米復(fù)合材料比表面積較大，能夠提高污水中重金屬去除率，該材料比活性炭等吸附劑去處重金屬效果好，并且便于回收。利用制備的兩種磁性碳納米復(fù)合材料MC-O和MC-N去除Cr（VI）的研究中發(fā)現(xiàn)，兩種材料在10min內(nèi)對Cr（VI）的去除率分別達到了100%和98%，而普通的Fe3O4納米顆粒和纖維素的處理效率則遠低于以上兩者，分別為25%和27%，這說明利用此種吸附劑去除污水中的重金屬具有很好的應(yīng)用前景。

3.2 復(fù)合處理技術(shù)

近些年來一些復(fù)合處理技術(shù)成為重金屬處理新的發(fā)展熱點。周午陽研究了Fenton/絮凝耦合同步去除污水中的重金屬離子和有機化合物的可行性，以期減少污水的處理環(huán)節(jié)，降低處理成本。朱藝也考慮使用生物淋濾聯(lián)合類Fenton反應(yīng)去除污泥中的重金屬，使用該方法后污泥中Cu、Zn、Cd、Pb的含量均可滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處置農(nóng)用泥質(zhì)》（CJ/T 309-2009）以及《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-84）的相關(guān)要求。因此復(fù)合法也是去除污水中重金屬的有效途徑之一。

4 結(jié)語

隨著人們對重金屬研究的深入，越來越先進的重金屬檢測技術(shù)得到開發(fā)利用，同時一些新型的重金屬污水處理技術(shù)也不斷的被研發(fā)出來，這對治理污水重金屬污染具有重要意義。在未來的研究中，應(yīng)該進一步對重金屬的檢測方法進行完善，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，同時關(guān)于重金屬的處理技術(shù)也應(yīng)該更加注意實用性和經(jīng)濟性。

參考文獻

[1]胡海祥.重金屬廢水治理技術(shù)概況及發(fā)展方向[J].中國資源綜合利用，2008，26（2）：22-25.

[2]鄭樂平，劉玉梅，錢顯文等.水體中重金屬的地球化學(xué)行為[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（26）：11512-11513.

[3]唐玉東.淺談水體中重金屬危害及檢測方法[J].資源環(huán)境，2016，27（23）：64-65.

[4]張蓉，謝貽兵，花日茂等.合肥及周邊城市污水污泥重金屬含量和農(nóng)用潛在生態(tài)風(fēng)險評價[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011，39（2）：280-285.

[5]左航，馬小玲，陳藝貞等.黃河上游水體中重金屬分布特征及重金屬污染指數(shù)研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2016，36（9）：3047-3052.

[6]郭占虎，閆星如，關(guān)杰.磁性納米復(fù)合材料新型吸附劑處理污水重金屬技術(shù)及展望[J].上海第二大工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，33（2）：81-87.

收稿日期：2017-04-20

作者簡介：陳偉峰（1989-），男，本科，水質(zhì)檢測助理工程師，研究方向為水質(zhì)檢測。