電鍍重金屬廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

郭一令，崔麗娜，齊海青

(青島理工大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，山東 青島 266033)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國電鍍產(chǎn)業(yè)每年排出的電鍍廢水有50%沒有達(dá)到電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，尤其是廢水中含有重金屬離子，很難處理達(dá)標(biāo)。因此，在選擇處理方法時(shí)，應(yīng)先分析廢水類型和水質(zhì)情況，根據(jù)不同水質(zhì)選擇合適的處理技術(shù)。目前，國內(nèi)外常見的處理重金屬廢水方法有物理化學(xué)法、化學(xué)法、生物法三大類。

1 電鍍廢水處理方法

1.1 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法一般包括吸附法、電解法、膜分離法、離子交換法等。

1.1.1 吸附法

吸附法是用同比表面積大和微孔結(jié)構(gòu)豐富的活性炭等材料對(duì)廢水中的重金屬離子進(jìn)行吸附。傳統(tǒng)固體吸附劑有活性炭、硅藻土腐殖酸等。吸附法的優(yōu)點(diǎn)是成本低、材料來源廣泛，但是制得的吸附劑重金屬吸附后很難再生，較難再回收重金屬，吸附劑使用壽命短。O.I.Pomazkina[1]等人研究了天然沸石吸附重金屬離子的規(guī)律，得出鋅離子、鎳離子和銅離子在靜態(tài)條件下的吸附值分別是2.7 mg/g、4.8 mg/g和5.9 mg/g。在電鍍廢水處理中可以使用天然沸石作為吸附劑。

1.1.2 離子交換法

離子交換法是利用離子交換劑與電鍍廢水中的重金屬離子進(jìn)行交換，從而使原水中重金屬離子濃度降低的原理[2]。Islam Aminul[3]等人合成了介孔縮水甘油基甲基丙烯酰二乙烯基苯螯合樹脂，優(yōu)化條件下對(duì)鎳的吸附容量是20.25 mg/g，且鎳回收率在96%以上。

離子交換法具有處理容量大、藥品消耗少、回收重金屬離子濃度高、循環(huán)用水等優(yōu)點(diǎn)，但是離子交換樹脂成本高且容易被污染，樹脂再生困難，工藝操作調(diào)試復(fù)雜，不適用于微小型企業(yè)處理電鍍廢水。

1.2 化學(xué)法

化學(xué)法是現(xiàn)階段電鍍廢水廠處理廢水最常用的方法，主要包括中和沉淀、硫化物沉淀法、鐵氧體法、Fenton氧化法、高級(jí)氧化法等。

1.2.1 中和沉淀法

中和沉淀法是最常見、最簡單的化學(xué)沉淀法。王勝凡[4]在他的文章里指出中和沉淀具有操作簡單、價(jià)格低廉應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，也指出了中和沉淀法存在的一些不足，如中和沉淀后若pH值太高，還需加酸中和之后才能排放。

1.2.2 硫化物沉淀法

硫化物沉淀法是利用硫離子與廢水中的重金屬離子反應(yīng)生成沉淀后將廢水中重金屬去除。一般常用的硫化物沉淀劑有硫化鈉、硫化氫等。趙盈利[5]等人采用化學(xué)沉淀法處理含鎳廢水，試驗(yàn)表明，在pH=6.0、30 r/min攪拌30 min、硫化鈉投加量是40 g/L的條件下，廢水中鎳離子的去除效果最好，去除率達(dá)到了95.2%。

1.2.3 螯合沉淀法

螯合沉淀法是一種較為新型的廢水處理技術(shù)，能夠利用重金屬捕集劑強(qiáng)大的捕集能力對(duì)重金屬進(jìn)行捕集和螯合，對(duì)電鍍廢水中重金屬離子尤其是絡(luò)合態(tài)重金屬有良好的去除效果。

在成分極其復(fù)雜的電鍍廢水中，只用一種廢水處理方法通常不能達(dá)到電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。硫化物沉淀通常與其他工藝結(jié)合來處理重金屬廢水，如Mahsa Mohseni[6]等人首次合成AT-HBP作為多官能團(tuán)螯合劑，并將其用于離心機(jī)和吸附改進(jìn)超濾工藝中用于處理含有Cr3+和Cu2+的電鍍廢水。合成的AT-HBP聚合物對(duì)100 mg/L的Cr3+和Cu2+廢水去除率分別是93%和86%，吸附改進(jìn)超濾工藝進(jìn)一步提高了Cr3+的去除率，達(dá)到99.8%，對(duì)Cu2+的去除率提高到了94%。

1.2.4 Fenton氧化法

Fenton氧化法是利用過氧化氫在亞鐵離子的催化作用下分解產(chǎn)生了強(qiáng)氧化性的羥基自由基，能夠?qū)U水中絡(luò)合態(tài)重金屬離子破絡(luò)，此時(shí)溶液pH值為酸性，將廢水pH值調(diào)至堿性后可以把重金屬離子去除。

通常芬頓氧化都是作為電鍍廢水的預(yù)處理步驟，與其他工藝結(jié)合去除重金屬離子的研究報(bào)道比較多。Lei Wang[7]等人采用了芬頓氧化(FO)和循環(huán)鐵氧體(RF)工藝相結(jié)合的方法在常溫下處理Ni-EDTA混合廢水。通過研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)O工藝最佳反應(yīng)條件是在pH值2.5、Fe2+投加量為450 mg/L、H2O2濃度1 800 mg/L，此時(shí)，Ni-EDTA去除率接近88.5%；FO工藝去除鎳最佳條件為pH值10.0、X=0.075、回流比是0.17，通過FO-RF最佳參數(shù)除去99.8%的鎳離子和9.4%的Ni-EDTA。

1.3 生物法

生物法處理電鍍廢水主要是通過人工培養(yǎng)的功能菌來完成的，主要有生物吸附法、生物絮凝法、植物修復(fù)法[8]等。

1.3.1 生物吸附法

生物吸附法又稱吸附再生法或接觸穩(wěn)定法。根據(jù)脫除機(jī)理不同，生物吸附主要有靜電吸引、離子交換、配合作用、細(xì)胞轉(zhuǎn)化、細(xì)胞吸收等幾種機(jī)理[9]。生物吸附劑根據(jù)來源可分為微生物和農(nóng)業(yè)廢棄物。微生物包括細(xì)菌、真菌、藻類等。農(nóng)業(yè)廢棄物有樹皮、橘子皮、木屑等[10]。Mohammoad Ajmal[11]等人研究了柑橘果皮對(duì)廢水中鋅、鎳、銅、鉛、鉻的吸附去除能力，研究結(jié)果顯示，廢水中Ni2+初始濃度是50 mg/L、pH值為6.0、溫度在50℃下，柑橘果皮對(duì)Ni2+最大吸附量達(dá)到了96%。此方法優(yōu)點(diǎn)在于柑橘果皮是一種廉價(jià)有效的吸附劑，廢吸附劑還可以再生回收利用。

1.3.2 生物絮凝法

生物絮凝法，顧名思義，是利用微生物或微生物代謝產(chǎn)物使得廢水中污染物凝聚在一起形成絮狀物，通過重力沉降從廢水中分離出來。與化學(xué)絮凝劑相比，微生物絮凝劑有更環(huán)保、效率高等優(yōu)點(diǎn)。

Yan Zhou[12]等人研究了堿性試劑和微生物絮凝劑GA1(MBFGA1)相結(jié)合去除廢水中的Ni2+。通過響應(yīng)面法分析，從回歸方程計(jì)算得出的絮凝和生物吸附得出最優(yōu)條件是：1.3×10-2%(w/w)CaO，6.59×10-3%(w/w)MBFGA1，攪拌時(shí)間為61.97 min，其中Ni2+的去除率和生物吸附能力分別可達(dá)到99.35%和225.16 mg/g。

1.3.3 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是利用植物的吸收、沉淀、富集等作用來處理電鍍廢水中的重金屬和有機(jī)物，達(dá)到治理污水和修復(fù)生態(tài)的目的。植物修復(fù)是一種對(duì)環(huán)境友好、可回收重金屬的污染修復(fù)技術(shù)，沒有副作用且成本低，不僅可以用來修復(fù)廢水，還可以修復(fù)受污染的土壤等，是一種有很大發(fā)展前景的處理方式。但是，植物修復(fù)法試驗(yàn)周期長，培育功能菌比較困難，現(xiàn)在國內(nèi)使用植物修復(fù)法處理工業(yè)廢水的工程技術(shù)不是很多。

Samuel Gemeda[13]等人以浮萍、睡蓮、水葫蘆三種漂浮水生植物為研究對(duì)象，研究其對(duì)廢水中Cr3+和Cr6+的去除效果。結(jié)果表明，鉻在植物組織中的積累顯著增加(P<0.05)，水葫蘆在10 mg/L廢水中Cr3+和Cr6+的最大累積量分別為322.57 mg/kg和82 mg/kg，浮萍在10 mg/L廢水中對(duì)Cr3+和Cr6+最大累積量分別為169.4 mg/kg 3和37.29 mg/kg。睡蓮表現(xiàn)出相對(duì)較低的去除性能，在5 mg/L廢水中對(duì)Cr3+和Cr6+最大累積量分別為160.82 mg/kg和28.78 mg/kg。研究表明，相比于睡蓮和浮萍，水葫蘆是一種更有效的植物修復(fù)鉻的方法。

2 結(jié)論與展望

第一，隨著電鍍行業(yè)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，一般傳統(tǒng)的重金屬電鍍廢水處理方法技術(shù)已經(jīng)不能滿足新的電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，研究發(fā)展新型的電鍍廢水處理技術(shù)是現(xiàn)階段最主要的任務(wù)。

第二，傳統(tǒng)化學(xué)法和物理法處理技術(shù)各有利弊，存在處理過程產(chǎn)生污泥量多、容易造成二次污染等缺點(diǎn)，現(xiàn)階段考慮采用新型處理技術(shù)，如螯合沉淀法天然植物吸附法等，或者采用幾種處理技術(shù)相結(jié)合的組合工藝形式，可以避免或者減少二次污染的產(chǎn)生，提高重金屬電鍍廢水處理效率。

第三，生物法處理電鍍廢水具有很大的發(fā)展空間和發(fā)展前景。筆者認(rèn)為，研究開發(fā)新的天然植物材料用于重金屬電鍍廢水的處理是今后的研究熱點(diǎn)。