重金屬廢水處理技術研究進展

梅越民 劉明亞 畢遠偉（核工業理化工程研究院，天津 300180）

重金屬廢水處理技術研究進展

梅越民 劉明亞 畢遠偉
（核工業理化工程研究院，天津 300180）

隨著我國工業水平的提升，導致了重金屬廢水的排放量逐漸加大，在水環境污染中重金屬是其主要的污染源，礦山開采、冶煉有色金屬以及化工工業等都會具有潛在的危害性。文章針對常用重金屬廢水處理的技術進行了總結，并通過列舉化學沉淀法技術進行實際案例分析和說明。

重金屬廢水；處理技術；污染源；礦山開采；冶煉有色金屬；化工工業

重金屬通過自然條件的作用難以被降解為無害物質，水中重金屬在微生物作用下發生改變，形成毒性較強的有機金屬化合物，并通過食物鏈進入人體，從而對人類健康造成極其不良的影響。目前我國最大的工業廢水就是重金屬廢水，不僅影響人們的健康，同時對生態環境也造成了極大的破壞。本文主要針對重金屬廢水處理的化學方法、物理方法、生物技術方法進行了分析。

1 重金屬廢水處理方法

在處理重金屬廢水方法的研究中主要包括化學沉淀法、吸附法、膜分離法以及生物法。化學處理方法主要通過發生化學反應除去水中重金屬；物理處理法主要在重金屬化學形態不被改變的前提下，利用吸附、濃縮以及分離的方式除去水中重金屬；生物處理方法主要借助微生物、植物的絮凝、富集以及吸收積累等作用除去水中重金屬，以下對上述方法內容進行分析：

1.1 化學沉淀法

化學沉淀法是指將某種化學物質加入工業的廢水中與廢水中的溶解物質產生反應，從而產生難溶鹽沉淀。化學沉淀法主要分為三種，即硫化物沉淀、鋇鹽沉淀以及中和沉淀法，其中被應用最廣泛的是中和沉淀法。運用中和沉淀法是將廢水的pH值調制堿性，通過沉淀劑和廢水中金屬離子發生反應，從而形成不溶固體進行沉淀，通常利用氫氧化鈉或石灰等沉淀劑，使金屬以氫氧化物形式在溶液中進行沉淀。使用石灰沉淀劑能夠有效的將廢水中超出1000mg/L的重金屬離子除去，因其設備價格較低且安全簡單，在重金屬廢水處理中被廣泛的應用。OH-離子和重金屬離子生產難溶氫氧化物沉淀的條件在于溶液中所含OH-離子和重金屬離子的濃度，通過利用不同pH值條件下，各種金屬氫氧化物沉淀析出的自身特點，可對各種氫氧化物進行回收再利用。所以利用化學沉淀法對重金屬廢水進行處理，其處理效果良好、流程簡單、易操作以及投入成本低廉，目前為止該項技術是在處理重金屬廢水中被應用最廣泛的方法。

1.2 吸附法

王秀莉、尚玉俊、宋丹丹在其研究中進一步證明吸附法是通過使用吸附劑對廢水中的重金屬進行吸附，通常使用的吸附劑包括沸石、活性炭以及粘土礦物等。其中活性炭具有較強的吸附能力，針對去除金屬效率較高，但價格較貴并且使用壽命較短。近幾年來的研究發現，礦物材料的吸附能力較強，具有最強吸附能力的是沸石，它是在重金屬廢水處理中被最早用到的材料。為達到降低處理費用并提升處理效果的目的，研究團隊通過對各種材料運用改性技術，增加了材料表面有效功能團的數量，有效地提升材料吸附能力。在研究實踐中發現，其針對處理重金屬廢水效果顯著。

1.3 膜分離法

膜分離法主要通過一種特殊半透膜，經過外界壓力作用，在不改變溶液化學形態的情況下，實現溶劑與溶質濃縮及分離的目的的方法。在進行膜分離法反應的過程中分離效率較高、分離濃縮可同時進行，易操作、易維護，并且針對有價值的重金屬可進行回收利用。在常見的膜分離技術中有反滲透、液膜、微濾、納濾、電滲析以及超濾等。其中在電鍍廢水處理中，反滲透技術和超濾技術被廣泛的應用，同時重金屬廢水處理中，關于液膜法的運用也相對較多。蔣柏全等通過將CHCI3作為莫溶劑、表面活性劑為Span-80、流動載體為P507、內相制得液膜體系為H2SO4，在進行含鎳廢水的處理時，具有較高的遷移率且穩定性良好，基于液膜配比保證最佳的操作條件，其中Ni2+的遷移率為98.19%。作為新型的重金屬處理技術，膜分離技術引起廣泛關注并在工程實踐中汲取了豐富的經驗。

1.4 生物法

生物法主要利用生物體及其衍生物具有吸附水中重金屬離子的作用，從而實現去除水中重金屬，被稱為生物吸附劑。生物吸附劑通常有真菌、藻類、細胞提取物或者細菌。和傳統吸附劑不同，首先，生物吸附劑的適應能力較廣，可在不同pH、不同溫度以及加工過程中操作；其次，有較高的選擇性，可在吸附重金屬的同時不受堿金屬離子的影響并且在小于10mg/L或大于100mg/L的濃度環境下，其金屬吸附能力都非常良好；最后，其具有較強的再生能力且操作步驟簡單，當再次使用時，其吸附能力并未發生明顯變化。在重金屬廢水處理辦法中，生物吸附法具有良好的經濟性，因其使用原料價格較低且來路廣泛，實現了“以廢治廢”的目的，且隨著生物吸附劑的深入研究，其在凈化重金屬廢水領域發展前景良好。

2 案例分析

2.1 化學沉淀法處理含氟廢水的應用

SZ工業園區中M公司主要生產微控制器和LCD驅動器，該公司現有一套設計處理能水為20m3h的廢水處理裝置，處理電鍍工藝中產生的含氟廢水并含有少量Cu2+和Zn2+，處理水排放至城市二級污水處理廠。現有處理裝置采用化學沉淀法。通過利用NaOH沉淀上述金屬離子，CaCl2沉淀F-。通過長期對運行過程進行觀察，處理后的廢水中F-與金屬離子基本符合標準。

處理流程：進水水質-低濃度廢水為Q5.8～6.4/ h、pH值為5.4～5.6、ρ（F-）36～46mg/L、ρ（Zn2+）7.7～8.1g/L、ρ（Cu2+）1.1～1.6mg/L、COD260～310mg/ L。高濃度廢水為Q0.5～0.7t/h、pH值為2.5～2.7、ρ（F-）2200～2500mg/L、COD1255～1277mg/L。在電鍍廢水處理的過程中，控制反應槽的pH值為7～8，同時假定反應槽中的CaCl2為全部和廢水中F-反應生成CaF2過程中所需要的CaCl2的量。出水水質：pH值為6.9～8.1、ρ（F-）5.7～6.2mg/L、ρ（Zn2+）0.7～1.1mg、ρ（Cu2+）0.4～0.7mg/L、COD29～34cg/L。

2.2 化學沉淀法處理含氟廢水的應用效果分析

因含氟廢水的組成部分不同，其處理條件的要求也不同。第一，將廢水中的重離子和F-進行分離處理時，不同階段的處理，降低了因彼此間的反應條件要求從而形成的干擾影響；第二，符合F-除去所需要的pH值與CaCl2加藥量等的外界條件因素。試驗的結果表明，CaCl2的加藥量不是越多效果越好，適量不僅降低了成本同時保持處理效果具有積極作用；第三，因CaF2在19℃的條件下飽和溶解，折算為F-的質量濃度時8.0mg/L，所以此工藝中混合槽與絮凝槽形成良好的沉淀作用，針對CaF2的溶解效果良好。

3 結語

綜上所述，以上的重金屬廢水處理方法具有很多優勢，但由于重金屬廢水的水質較為復雜，需要根據實際情況合理的選擇處理辦法，同時針對重金屬廢水僅靠凈化處理還是遠遠不夠的，回收再利用才符合節約能源的發展理念。

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[2]陳芳艷，唐玉斌，茅新華．活性炭纖維對水中重金屬離子的吸附研究[J]．遼寧城鄉環境科技，2002，（2）.

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[4]DhirajSud，GarimaMahajan，M.P.Kaur．Agriculturalwastematerialaspotentialadsorbentforsequesteringheavymetalionsfromaqueoussolutions-Areview[J]．BioresourceTechnology，2007，（14）.

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（責任編輯：王 波）

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1009-2374（2017）12-0124-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.064

梅越民（1980-），男，天津人，核工業理化工程研究院工程師，研究方向：機械設計與水處理。

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