重金屬廢水污染防治技術研究及分類

尹衍凱　李浩

摘要：目前，中國已經成為世界有色金屬第一生產和消費大國。礦產資源的開發利用在對國民經濟發展起重要的推動作用的同時，也帶來了比較嚴重的經濟問題。重金屬對環境的污染是多方位、多途徑的，對大氣、地表水、地下水、土壤和生態環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。

關鍵詞：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。

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，這些物質在開采過程中，在空氣、水和細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，因此而產生含銅、鐵、鋅、鎘、砷等的酸性廢水。

大多數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成為威脅人類發展的重大環境問題，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，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時間很長。

3重金屬廢水的污染特性

3.1持續時間長

天然水體中重金屬濃度雖然按較低，但是其毒性持續時間長。并且在一些水生生物的作用下，重金屬也有可能轉變為重金屬有機化合物，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富集，他們作為食物進入人體最終在人體內富集，嚴重危害人體健康。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生毒性反應，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現狀及其分類

1重金屬廢水處理技術現狀

目前處理重金屬廢水的主要方法主要有化學法、物理法、生物法、氧化鐵法等等。化學法應用技術較易實現，只要能夠選擇合適的藥劑，并且根據化學反應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，按照先后順序設計程序完成對廢水的處理。

2重金屬廢水處理技術分類

2.1化學法

化學法主要利用化學反應除去廢水中溶解物質和膠體，主要包括中和法、化學沉淀法、氧化還原法、電解法等。

（1）大多數重金屬廢水呈酸性，所以一般會向廢水中投加堿中和劑，使重金屬離子轉變為溶解度較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）化學沉淀法

化學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，可以根據其氧化或還原產物能夠變為無害物質，或者比較容易與水分離的性質，將其改變物質形態，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，將其變為+3價，然后變為沉淀除去。

2.2物理化學法

物理化學法是利用物理化學作用除去廢水中的溶解物質和膠體，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、螯合樹脂和腐殖質樹脂等等。目前離子交換法是最重要和應用最廣泛的化學分離方法之一。

（2）吸附法

吸附法實質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，并且成本較低，獲得了廣泛的應用。

根據固體表面吸附能力的不同，吸附可分為物理吸附、化學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或溶劑（水）滲透出來，從而達到分離溶質的目的的一種方法。根據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物轉化為穩定的、無害的物質。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胞能夠將溶液中的重金屬離子吸附到細胞表面，然后通過細胞膜的運輸作用將重金屬離子運輸到細胞體中“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過國內外多該工藝的研究，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，大多數含重金屬離子的廢水經過處理后即可達到排放標準。

三、 展望

隨著現代工藝的高速發展、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。利用化學沉淀—鐵氧體法處理重金屬離子廢水越來越多的受到國內外專家學者的重視。目前，化學沉淀—鐵氧體法仍然需要不斷的完善，但是其也得到了一定的應用，它的優良性能在水環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綜述[J]水處理技術，1991

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

[3]趙由才.環境工程化學[M].北京：化學工業出版社，2003

作者簡介：

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