重金屬?gòu)U水處理技術(shù)和資源化研究

李輝軍，王雄

（1.信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000；2.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210000）

1 重金屬?gòu)U水的概述

1.1 重金屬?gòu)U水的危害

工業(yè)廢水的種類較多，而重金屬?gòu)U水主要是指在工業(yè)廢水生產(chǎn)時(shí)添加了金屬元素。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，重金屬?gòu)U水來自于礦山排水和有色金屬的加工廢水等環(huán)節(jié)中，重金屬?gòu)U水對(duì)于水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，并且還會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重?fù)p傷。當(dāng)前，大多數(shù)重金屬?gòu)U水中的金屬離子及其化合物相比于其他污染源更容易被水中顆粒所吸附和沉淀，而沉淀之后的重金屬污染源會(huì)停留于水體中，從而造成嚴(yán)重的污染問題。且水中的部分生物還會(huì)吸收富集水中的重金屬，如果流入到市場(chǎng)中會(huì)影響人體的身體健康。例如汞及其化合物，這些物質(zhì)都屬于劇毒物質(zhì)，一旦進(jìn)入人體就會(huì)破壞中樞神經(jīng)系統(tǒng)，還會(huì)損傷消化道和口腔等器官。因此，科學(xué)、合理地處理重金屬?gòu)U水十分重要，相關(guān)部門需要整合不同的技術(shù)方案，全面優(yōu)化當(dāng)前的處理模式，以此減少對(duì)人體所產(chǎn)生的損傷。

1.2 重金屬?gòu)U水的特點(diǎn)

重金屬?gòu)U水隨著濃度的不斷增加其產(chǎn)生的危害也不斷加大。首先，重金屬?gòu)U水的毒性具備一定的延續(xù)性，并且各個(gè)金屬物在某些微生物的分解作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的金屬化合物，這些金屬化合物會(huì)隨著食物流轉(zhuǎn)到人體的內(nèi)部，例如，無機(jī)汞在水體中會(huì)被微生物轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的有機(jī)物質(zhì)，會(huì)對(duì)人體造成非常嚴(yán)重的損傷。其次，重金屬通常會(huì)隨著動(dòng)物和植物的吸收在體內(nèi)積累，人類如果食用這些植物和動(dòng)物，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部的金屬物不斷地增加，人體會(huì)出現(xiàn)慢性中毒的問題，其后果非常嚴(yán)重。最后，由于重金屬物質(zhì)和其他復(fù)合物會(huì)存在一定的差異性，不會(huì)被降解和破壞，只能發(fā)生遷移和形態(tài)的轉(zhuǎn)化。例如，在天然水體中，一些有機(jī)酸和氨基酸均可以和其他物質(zhì)相互融合，形成毒性較強(qiáng)的復(fù)合物，并且沉淀后金屬物中的有害物質(zhì)也被全面釋放。因此，重金屬?gòu)U水只要存在就會(huì)有較大危害，所產(chǎn)生的影響也較為突出，只有通過全面、徹底地根除才可以進(jìn)行日常應(yīng)用。

1.3 處理重金屬?gòu)U水的必要性

當(dāng)前，處理重金屬?gòu)U水已經(jīng)成為社會(huì)上廣泛關(guān)注的問題，相關(guān)部門需加強(qiáng)對(duì)技術(shù)和設(shè)備的投入力度，從而可全面提高重金屬?gòu)U水的處理效果。在重金屬?gòu)U水中，會(huì)含有一些汞和鉛等其他的化合物，在被水中的植物和魚類所吸收之后，會(huì)沿著食物鏈傳遞。因此，在對(duì)水中的金屬和化合物進(jìn)行分析時(shí)，可看到其中動(dòng)物的蛋白酶和活性酶會(huì)出現(xiàn)失活的問題，導(dǎo)致體內(nèi)代謝紊亂[1]。由于重金屬無法自然地降解，只能經(jīng)過生物代謝才能排除對(duì)人體身體健康造成的嚴(yán)重威脅。所以，為了保證人們的身體健康，需加強(qiáng)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行科學(xué)處理，同時(shí)還要不斷完善、創(chuàng)新處理技術(shù)，以及選擇正確合理的技術(shù)工藝，從而減少對(duì)人體所帶來的危害。

2 重金屬?gòu)U水處理的策略分析

2.1 電解法

在實(shí)際工作中，需要相關(guān)工作人員掌握正確的技術(shù)方案，優(yōu)化當(dāng)前的技術(shù)體系，從而為提高重金屬?gòu)U水的處理水平奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，電解法是常見的技術(shù)處理模式，主要是指在直流電的作用下，廢水中的帶電重金屬離子遷移到陰極，并且，在陰極中電子被還原，所產(chǎn)生的金屬單質(zhì)被沉淀到反應(yīng)器的底部，或是被吸附到電極的表面，這樣就可以實(shí)現(xiàn)水中重金屬物質(zhì)的回收[2]。在技術(shù)實(shí)施時(shí)，需要和各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行相互對(duì)比，并且要加強(qiáng)科學(xué)監(jiān)測(cè)不同物質(zhì)的變化情況，以此逐漸完善電解法的實(shí)施模式。該方法在實(shí)際應(yīng)用中不需要添加任何的化學(xué)試劑，因此，也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染。隨著溶液內(nèi)部反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，使原溶液中的金屬離子濃度在不斷的下降，溶液電阻率在不斷地升高。但隨著時(shí)間的不斷推移，耗電量也會(huì)不斷增加，所以，該方法不適用于低濃度的重金屬?gòu)U水處理。在實(shí)際應(yīng)用中，相關(guān)單位需要協(xié)調(diào)技術(shù)和成本之間的關(guān)系，以選擇正確的技術(shù)方案，從而使重金屬?gòu)U水處理水平能夠得到全面提升，也為后續(xù)使用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法在重金屬?gòu)U水處理中是比較常見的，主要是將硫化物和氫氧化物投入到重金屬?gòu)U水中，使其能夠和重金屬離子發(fā)生反應(yīng)并形成沉淀，之后在去除其中游離的重金屬離子。該技術(shù)在實(shí)施時(shí)，方法非常便捷，并且工藝特征非常簡(jiǎn)單，但在實(shí)際處理過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的廢渣，所以需要配合二次處理來進(jìn)行日常的操作。如果沒有融入二次處理方法，會(huì)造成較為嚴(yán)重的環(huán)境污染問題[3]。近年來，化學(xué)沉淀法在工藝和沉淀劑方面都取得了研究性的突破，當(dāng)前，新型的技術(shù)被廣泛運(yùn)用，有效地提高了重金屬?gòu)U水整體的處理效果。研究數(shù)據(jù)表明，通過利用該方法，可使廢水中重金屬的去除率高達(dá)99%。具體工藝流程如圖1所示。

圖1 化學(xué)沉淀法

2.3 生物吸附法

生物吸附法是近年來出現(xiàn)的一種新型的重金屬?gòu)U水處理方法，該方法在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要是通過靜電作用和共價(jià)作用形成的技術(shù)方案，在實(shí)際處理時(shí)，需要先將重金屬離子和細(xì)胞表面的大分子物質(zhì)進(jìn)行相互結(jié)合，然后再利用生物體細(xì)胞主動(dòng)地吸收廢水中的重金屬離子，但在具體實(shí)施過程中，需要觀察廢水的pH值，并且要根據(jù)吸附的結(jié)合點(diǎn)位來增強(qiáng)相互之間的作用力，從而使整體的吸附作用能夠得到全面增強(qiáng)，以此提高離子的去除效率。在技術(shù)實(shí)施時(shí)，要進(jìn)行全過程的監(jiān)督以及觀察，并確定相對(duì)應(yīng)的控制指標(biāo)，從而提高整體的處理效果。

2.3.1 利用微生物吸附技術(shù)

該技術(shù)是采用具有較強(qiáng)吸附能力的生物吸附劑，是利用大量繁衍的微生物細(xì)胞和分泌物，結(jié)合水中的有害物質(zhì)，如懸浮物質(zhì)形成表面覆蓋有黏性的多糖物質(zhì)活性污泥絮凝體。當(dāng)前，重金屬?gòu)U水中的有害物質(zhì)較多，在微電流的作用下，在大量含有銅離子的重金屬?gòu)U水中，適當(dāng)增加活性污泥的絮凝體能夠帶走大量的銅離子，且銅離子的去除率能夠高達(dá)96%，其水質(zhì)凈化效果非常好，極大地減少了對(duì)周邊環(huán)境的污染。微生物吸附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，有助于促進(jìn)城市重金屬?gòu)U水處理工作的可持續(xù)發(fā)展。因此，要充分發(fā)揮微生物吸附技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)，并嚴(yán)格地遵循處理流程以及標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)模式的全面調(diào)整和升級(jí)，助力于我國(guó)環(huán)境保護(hù)工作的順利實(shí)施。

2.3.2 利用固定化微生物技術(shù)

固定化微生物技術(shù)是在一定條件下，使重金屬?gòu)U水中的游離微生物細(xì)胞成為有機(jī)雜質(zhì)的強(qiáng)力吸附劑，并將其固定在特定的區(qū)域中，這也是一種新型的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)。該技術(shù)可以根據(jù)重金屬?gòu)U水處理的需求，在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行重金屬?gòu)U水的處理，其指向性特征非常明顯，因此，在城市重金屬?gòu)U水處理中利用這一技術(shù)，不僅可以使有機(jī)雜質(zhì)降解效率得到全面提高，還有助于降低污泥產(chǎn)量，同時(shí)也適當(dāng)?shù)亟档土酥亟饘購(gòu)U水處理裝置本身的容積，完善了當(dāng)前的處理模式。另外，由于微生物活性較強(qiáng)，在處理重金屬?gòu)U水時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)利用，也相應(yīng)達(dá)到了環(huán)保和節(jié)約的目的，提高了微生物處理的效果和效率。

2.4 離子交換法

離子交換法去除水中重金屬離子的優(yōu)勢(shì)較為突出，該技術(shù)是利用樹脂交換功能的基團(tuán)從廢水中對(duì)重金屬離子進(jìn)行交換，達(dá)到了良好的去除效果。在實(shí)際處理中，當(dāng)重金屬?gòu)U水經(jīng)過離子交換器時(shí)，重金屬離子間的濃度差和樹脂交換基團(tuán)離解形成較強(qiáng)的離子親和力，以此來推動(dòng)兩者之間的相互交換，有效去除其中的廢水。當(dāng)前，離子交換法在重金屬?gòu)U水處理中具有突出的優(yōu)勢(shì)，特別是陰陽(yáng)離子交換樹脂的應(yīng)用效果非常得明顯，但在具體應(yīng)用的過程中，還需要優(yōu)化整體的技術(shù)模式，以此來提高整體的處理效果。例如，在某廠廢水中含有大量的銅和鉛等重金屬離子，向其加入一定磷酸酯功能的樹脂，能有效去除其中的銅和鉛等金屬陽(yáng)離子，從而使處理后的廢水能夠滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求和排放的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提高了整體的處理效果。

2.5 膜分離法

膜分離法在重金屬?gòu)U水處理中是比較常見的一種方法，該方法主要是利用特殊的半透膜在分子水平面中不改變?nèi)芤旱幕瘜W(xué)形態(tài)，使溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離，因此，該技術(shù)具備高效和節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。在處理重金屬?gòu)U水過程中，可以實(shí)現(xiàn)重金屬的回收。目前，常用的膜分離技術(shù)主要包括超濾膜、納濾膜和反滲透膜等技術(shù)，隨著新型技術(shù)的研發(fā)，這一處理工藝得到了蓬勃發(fā)展。所以，膜分離會(huì)成為重金屬?gòu)U水資源化利用的核心科技，而且，通過膜處理分離出來的重金屬能夠投入到資源化的利用中，真正的滿足了零排放的要求以及標(biāo)準(zhǔn)。具體工藝流程如圖2所示。

圖2 膜分離法

3 重金屬?gòu)U水的資源化利用分析

（1）在具體實(shí)施的過程中，需要根據(jù)資源化利用的要求以及標(biāo)準(zhǔn)選擇與之對(duì)應(yīng)的處理方案，從而使資源能夠得到科學(xué)的配置。在實(shí)際處理過程中，可以選擇膜集成技術(shù)來處理含銅廢水，在水質(zhì)滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和要求后，再對(duì)產(chǎn)生的濃縮廢水進(jìn)行系統(tǒng)回收，回收之后進(jìn)入萃取系統(tǒng)中，再通過電解回收銅，從而實(shí)現(xiàn)廢水的閉路循環(huán)。這一技術(shù)能夠滿足銅工業(yè)廢水循環(huán)利用的要求以及標(biāo)準(zhǔn)，并且其每年回收率較高。此外，在技術(shù)實(shí)施的過程中，需要科學(xué)的控制、監(jiān)測(cè)其中的銅含量和節(jié)流的范圍等，從而使出水水質(zhì)能夠符合相關(guān)要求。經(jīng)過濃縮廢水被轉(zhuǎn)移到濃縮系統(tǒng)和處理系統(tǒng)中，系統(tǒng)將其中殘留的銅離子回收之后，可以通過電解的方式來搭建閉路循環(huán)，形成循環(huán)工藝，以有效提高廢水處理的效果和水平。

（2）在后續(xù)實(shí)施時(shí)，可以通過沉淀和膜處理工藝來處理蓄電池的廢水，在實(shí)際處理時(shí)其回收率能夠高達(dá)75%左右，且通過過濾能夠去除廢水中的大部分重金屬，之后再配合膜處理工藝，也能夠使其中的鉛濃度符合相關(guān)的要求以及標(biāo)準(zhǔn)。在這一工藝實(shí)施的過程中，具有穩(wěn)定性較強(qiáng)和抗逆性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，有效地提高了工業(yè)應(yīng)用的價(jià)值，是當(dāng)前新型的技術(shù)方案。在技術(shù)實(shí)施的過程中，要先調(diào)節(jié)廢水的pH值，從而使金屬離子能夠真正沉淀之后，再利用沉淀物進(jìn)行廢水的分離，在此基礎(chǔ)上再借助微濾和納濾技術(shù)，對(duì)其中的重金屬離子進(jìn)行再一次的分離。該方案能夠優(yōu)化整體處理模式，真正滿足了資源化利用的要求以及標(biāo)準(zhǔn)。

（3）在實(shí)際應(yīng)用中，也可以通過高效固液分離技術(shù)來進(jìn)行資源化處理，主要包含固液分離和污泥濃縮等不同技術(shù)方案。在技術(shù)具體實(shí)施時(shí)，不需要添加其他的物質(zhì)就可以進(jìn)行金屬的回收利用，且對(duì)銅和鋅的去除率能夠高達(dá)99%以上。同時(shí)，使污泥中的金屬含量不斷地降低，真正實(shí)現(xiàn)廢水的回收利用和重金屬的回收。在具體實(shí)施的過程中，還可以直接采取膜進(jìn)行廢水的處理，濃縮液要通過電解才能回收重金屬，從而達(dá)到去除的目的。在實(shí)際處理過程中，要先向廢水中投加一些沉淀劑，去除一部分的重金屬離子之后，再通過膜處理提高最終的出水水質(zhì)。如果在實(shí)際處理時(shí)，一些原水未經(jīng)過處理，那么離子濃度就較高，所以，需要通過不同的處理方案才能達(dá)到最終的出水標(biāo)準(zhǔn)。在技術(shù)應(yīng)用的過程中，需要做好各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比以及分析，這樣一來可以快速地了解不同處理工藝的優(yōu)勢(shì)以及特點(diǎn)，有利于完善當(dāng)前的技術(shù)處理方案，從而使重金屬回收利用水平能夠得到全面提升。

目前，我國(guó)在重金屬?gòu)U水資源化利用方面的研究仍然處于探索階段，因此，相關(guān)部門需要根據(jù)重金屬?gòu)U水的特點(diǎn)來選擇與之對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案，并做好相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄，為后續(xù)的廢水處理工作提供重要基礎(chǔ)。同時(shí)，還需要加強(qiáng)資金和設(shè)備的投入力度，優(yōu)化整體的處理模式，再根據(jù)資源化利用的相關(guān)指標(biāo)，進(jìn)行全面審核，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)資源化利用中的問題，從而可全面提高后續(xù)的處理水平，以此滿足廢水處理的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理時(shí)，要根據(jù)不同的工藝要求來選擇和制定相應(yīng)的技術(shù)體系，同時(shí)，還可以適當(dāng)借鑒其他企業(yè)在重金屬?gòu)U水處理工作中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，配合資源化的方法，從而使重金屬?gòu)U水資源利用水平能夠得到全面提高，在減少對(duì)環(huán)境污染的同時(shí)，也有助于促進(jìn)我國(guó)工業(yè)行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。