重金屬廢水處理方法的研究進展

安徽中祥環(huán)境科技有限公司 陳祥和

存在于廢水中的重金屬離子主要以游離態(tài)和絡合態(tài)這兩種形式存在，在實際的重金屬廢水處理過程中，要切實依托重金屬離子存在狀態(tài)的差異性，選用合適的處理方法，以此保證重金屬廢水處理成效理想、達到排放標準。

一、重金屬廢水排放標準與處理的必要性分析

對于所有的重金屬廢水，必須要在完成處理后才能進行排放，目前，我國現(xiàn)行的重金屬廢水排放標準如表1所示。

表1 重金屬廢水排放標準（污水綜合排放標準）

如果重金屬廢水未經(jīng)過處理且沒有達到上述標準要求就直接進行排放，則相關企業(yè)、個人會面臨不同程度的經(jīng)濟處罰[1]。對于重金屬廢水而言，其中包含著大量游離態(tài)重金屬離子或是絡合態(tài)重金屬離子，若是在未經(jīng)處理的情況下排放至外部環(huán)境，則會引發(fā)不同程度的環(huán)境污染問題，阻礙我國生態(tài)文明建設的步伐，也難以保證人們生活與工作環(huán)境的良好、舒適與安全性。

因此，必須要落實對重金屬廢水的處理，且要依托多種重金屬廢水處理技術的使用保證處理達標。

二、廢水中游離態(tài)重金屬離子的主要處理方法分析

（一）中和沉淀法的要點

使用該方法對廢水中游離態(tài)重金屬離子進行處理，主要將碳酸鈣、氧化鈣、氫氧化鈉、氫氧化鈣等沉淀劑投入酸性廢水內，促使廢水內存在著的游離態(tài)重金屬離子轉化為沉淀（一般以氫氧化物的狀態(tài)沉淀）。實踐中，為了確保廢水中的游離態(tài)重金屬離子可以更好地沉淀析出，需要著重控制對應廢水的pH值，主要如下：

在剔除銅離子時，以氫氧化銅的沉淀物形式析出，保持廢水pH值為6-7左右；在剔除鋅離子時，以氫氧化鋅的沉淀物形式析出，保持廢水pH值為7-8左右；在剔除鉛離子時，以氫氧化鉛的沉淀物形式析出，保持廢水pH值為9-10左右；在剔除鎘離子時，以氫氧化鎘的沉淀物形式析出，保持廢水pH值為10-11左右；在剔除鉻離子時，以氫氧化鉻的沉淀物形式析出，保持廢水pH值為9-10左右等等。綜合來看，多數(shù)游離態(tài)重金屬離子會在pH為堿性的條件下更好析出，應當先明確包含在廢水中的重金屬離子成分，然后再依托逐步提升pH值的方式分別析出基于不同重金屬離子的沉淀物。

另外，若是廢水內包含的游離態(tài)重金屬離子主要以陰離子酸根的形式存在，則直接使用中和沉淀法并不能達到理想的處理成效。此時，需要在對應廢水內投放鋁鹽、鐵鹽或是鈣鹽，隨后加入堿性物質實施中和沉淀，由此獲取較好的重金屬離子處理效果[2]。

（二）硫化物沉淀法的要點

使用該方法對廢水中游離態(tài)重金屬離子進行處理，主要將硫化鈉、硫化氫、硫化氫鈉等硫化物沉淀劑投放至廢水內，促使廢水內存在的游離態(tài)重金屬離子轉化為沉淀（一般以硫化物的狀態(tài)沉淀）。與中和沉淀法相比，兩者雖然均使用加入沉淀劑使得重金屬離子沉淀析出的方式完成廢水處理，但是由于重金屬氫氧化物與重金屬硫化物之間溶度積常數(shù)（296.15K）存在差異性，因此在游離態(tài)重金屬離子去除效果方面也有所不同。以銅離子、鋅離子的沉淀析出處理為例進行說明，氫氧化銅的溶度積常數(shù)為2.2×10-20，硫化銅的溶度積常數(shù)為6.3×10-36；氫氧化鋅的溶度積常數(shù)為12.2×10-17，硫化鋅的溶度積常數(shù)為8×10-28。能夠看出，重金屬硫化物的溶度積常數(shù)更低，因此可以獲取到更加理想的沉淀析出效果。

需要注意的是，硫化物沉淀劑的投放量影響著廢水中游離態(tài)重金屬離子的去除效果，若是投放量偏低，則無法全部析出游離態(tài)重金屬離子；若是投放量偏高，則容易促使二價硫離子（過量）與重金屬離子生成絡合物反溶于水中，無法達到預期處理成效，因此，要求合理控制硫化物沉淀劑的投放量。

（三）離子交換法的要點

使用該方法對廢水中游離態(tài)重金屬離子進行處理，主要依托交換樹脂的投放，實現(xiàn)與游離態(tài)重金屬離子的交換，同時結合洗脫液再生樹脂，提取出廢水中的重金屬離子。在當前的實踐中，普遍在針對單一重金屬離子進行處理的過程中應用離子交換法，以此保證提取出的重金屬離子可以得到回收利用。若是廢水中包含著多種類型的游離態(tài)重金屬離子，則在離子交換完成后，存在與再生液中的重金屬離子為混合型的重金屬離子，回收利用難度大幅增高，基本無法回收[3]?；诖耍x子交換法更多被應用于廢水內有價金屬離子的提取與回收，而在一般游離態(tài)重金屬離子的剔除中，普遍不會應用本方法。

三、廢水中絡合態(tài)重金屬離子的主要處理方法分析

（一）高級氧化法的要點

該方法在廢水中重金屬離子的破絡處理中發(fā)揮著較為理想的優(yōu)勢，目前，常用于廢水中絡合態(tài)重金屬離子處理的高級氧化法主要包括Fenton氧化破絡法、光催化氧化法等等，具體如下：

第一，F(xiàn)enton氧化破絡法。使用該方法對廢水中絡合態(tài)重金屬離子進行處理，主要依托過氧化氫受二價鐵離子催化作用的影響，分解出具備較高氧化還原電位的羥基自由基；在該羥基自由基的支持下，存在于廢水內的絡合態(tài)重金屬離子被氧化破絡，從而轉變?yōu)橛坞x態(tài)重金屬離子；隨后，應用前文所述的對游離態(tài)重金屬離子的剔除方法，即可實現(xiàn)對重金屬廢水的有效處理。對于Fenton氧化破絡法而言，其整個反應過程始終處于相對溫和的狀態(tài)下，且反應速度較快，但是也存在著過氧化氫消耗量偏大、適用pH值范圍偏低的問題，要結合現(xiàn)實情況與廢水處理需求進行合理選擇與應用。

第二，光催化氧化法。使用該方法對廢水中絡合態(tài)重金屬離子進行處理，主要依托光能進行對活化物種進行催化，結合氧化或還原反應，完成對絡合態(tài)重金屬離子的剔除，即可實現(xiàn)對重金屬廢水的有效處理，總體環(huán)保程度相對理想。目前，常用于絡合態(tài)重金屬離子光催化氧化處理的光催化劑為二氧化鈦，整個處理機理為，光生電子直接實現(xiàn)對重金屬離子的還原；間接還原為低價態(tài)；對低價重金屬離子氧化，轉換為高價態(tài)的離子態(tài)。對于光催化氧化法而言，其處理過程無毒、能耗低、選擇性理想、處理速度快且高效、可以在常溫常壓條件下展開，因此在當前得到廣泛應用。

（二）熱解絡合法的要點

使用該方法對廢水中絡合態(tài)重金屬離子進行處理，主要依托酸化——預熱處理實現(xiàn)高濃度絡合態(tài)重金屬離子的解離。以廢水中絡合態(tài)鉻離子的處理進行說明，在預熱溫度達到60℃的條件下，在廢水中投放石灰乳氫氧根離子，能夠實現(xiàn)對鉻離子絡合物（黃色、橙色鉻離子絡合物）中有機配體的有效取代，促使存在于廢水中的絡合態(tài)鉻離子轉變?yōu)闅溲趸t沉淀物，即可實現(xiàn)對重金屬廢水的有效處理。針對黑色鉻離子絡合物（絡合能力更高），調整廢水pH值穩(wěn)定在3以下，能夠促使相應鉻離子絡合物以可溶性狀態(tài)存在于廢水內；調整廢水pH值維持在1.5-2的條件下，即可觀察到大量針狀沉淀物生成。綜合來說，控制廢水處理溫度為60℃，在廢水中投放強酸展開對絡合態(tài)鉻離子的破絡處理，隨后投放石灰乳即可完成對鉻離子的中和沉淀處理，促使廢水中的鉻離子含量達到排放標準。

（三）吸附法的要點

使用該方法進行對廢水中絡合態(tài)重金屬離子的處理，可以設定載體為廢舊樹脂，并負載硅、鋁、錳、鐵等多價態(tài)金屬氧化物與氫氧化物基團，由此制備出特種吸附劑；將基于該吸附劑的吸附柱投放至廢水中時，吸附柱內包含著的金屬氧化物與氫氧化物會直接與存在于廢水中的重金屬離子產生氧化還原反應，表面活性基團會直接促使重金屬離子被吸附至吸附柱的表面；結合活化劑的催化，吸附達到飽和狀態(tài)的吸附柱外表面脫落沉淀，以此促使存在于廢水中的絡合態(tài)重金屬離子轉變?yōu)槌恋砦铮纯蓪崿F(xiàn)對重金屬廢水的有效處理。

四、總結

綜上所述，必須要落實對重金屬廢水的處理，且要依托多種重金屬廢水處理技術的使用，保證游離態(tài)重金屬離子、絡合態(tài)重金屬離子的處理達標。實踐中，可以選用中和沉淀法、硫化物沉淀法、離子交換法進行對廢水中游離態(tài)重金屬離子的處理；針對存在于廢水中的絡合態(tài)重金屬離子，可以選用高級氧化法、熱解絡合法、吸附法完成處理，以此保證重金屬廢水處理成效理想、達到排放標準。