我國是一個水資源短缺的國家,其水資源已經(jīng)不可避免地影響到國家的生存和穩(wěn)定。我國當前廢水排放量的 60%左右均是由冶煉企業(yè)排放的重金屬廢水,一方面廢水中含有的重 金屬沒有完全去除,造就資源的浪費,另一方面重金屬由于是一 種永久性的污染物,持久性污染、危害性大、已經(jīng)嚴重威脅到居 民的正常生活安全和質(zhì)量。因此,對重金屬廢水的處理已經(jīng)成為當前世界環(huán)保領域的重大課題。

1 重金屬廢水處理技術

1.1 物理化學法。當前使用的物理化學法有離子交換法、 吸附法、萃取法、反滲透及電滲析法,本論文對其應用較多的是吸附法、離子交換法及反滲透及電滲析法。

1.2 吸附法。吸附法是利用帶有一定特殊基團的吸附劑對 廢水中含有的重金屬進行吸附,從而達到去除金屬的作用。從已經(jīng)研究和實際應用中,常用的吸附劑是活性炭?；钚?炭是一種球體的吸附劑,比表面積大,吸附容量比較大,但由于其價格高,再生和操作較為頻繁,在一定程度上限制了其應用。 因而,很多學者都轉(zhuǎn)向其他吸附劑上進行研究。周利民等將麥麩作為天然的吸附劑,對水溶液中的重金屬離子進行去除前后的對比,麥麩由于含有大量的纖維素及蛋白質(zhì)等物質(zhì),從而擁有大量的功能基團,可對重金屬進行吸附或絡合等作用。實驗表明麥麩在 10 分鐘內(nèi)達到吸附平衡,其對汞、鉛、鎘、銅、鉻及鎳的吸附容量分別為 70 mg/g、63 mg/g、21 mg/g、15 mg/g、9.3 mg/g 及 13 mg/g,對這些重金屬離子均有良好的選擇吸附性。此外,橄欖 葉、白楊木材鋸末經(jīng)過研磨后也對含汞、鉛銅、鋅和鎘的電鍍廢 水均有良好的吸附性能。

1.3 離子交換法。離子交換法也是一種通過對固體物質(zhì)上 對重金屬進行離子交換,從而將廢水中有害物質(zhì)進行去除。采 用大孔型陰離子交換樹脂對電鍍廢水中鉻的氧化物進行處理, 其處理后的廢水能夠進行循環(huán)使用;采用氫型強堿性大孔陰離 子樹脂對含汞廢水中的二價汞進行離子交換后,經(jīng)過中和處理 后能夠滿足排放標準。該方法去除率較高,但受交換劑品種、性 能、成本等因素影響,同時對進入離子交換前的預處理有較高的 要求。結合實際運行過程中,該方法常作為工藝處理中一道不 可或缺的處理方法。

1.4 反滲透法和電滲析法。這是一種膜滲透分離重金屬的 方法。反滲透法和電滲析法在重金屬廢水處理中均有大規(guī)模的應用,其截留的機理主要是篩分機制和靜電排斥,重金屬離子的截留效果與重金屬離子的價態(tài)有著密不可分的關系。黃萬撫等對位于福建沿海山區(qū)的紫金山礦場廢水進行處理,在經(jīng)過簡單的預處理后,對其進行反滲透處理。經(jīng)過處理后的凈化水中的二價銅離子濃度均小于 0.5 mg/L,從而使其廢水得以凈化,處理效果較明顯。

1.5 化學法?；瘜W沉淀法是重金屬廢水處理方式中常用的方法。其主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、 鋇鹽沉淀法、氧化還原法、氣浮法及電解法等。

中和沉淀法是通過投加中和型的藥劑,使其廢水中的重金屬離子與之結合后能夠形成氫氧化物或碳酸鹽類物質(zhì),該類物 質(zhì)溶解度均較小,有利于重金屬物質(zhì)的沉降。該方法形成的沉渣量較大,容易造成二次污染,因而限制了其廣泛應用;硫化物 沉淀法是通過在重金屬廢水中投加硫化鈉、硫化氫等硫化劑等物質(zhì),使其重金屬與硫結合后形成硫化物沉淀析出。該方法由于其硫化劑有毒,價格高,容易處理不當時造成二次污染,需處 理效果與投加藥劑的劑量及運行控制均有關系;同樣道理,鐵氧 體沉淀法、鋇鹽沉淀法等方法也是通過與重金屬形成的鐵氧體 晶體、鋇類沉淀物等方式,對其重金屬進行化學沉降的方法來去 除重金屬。

氣浮法則是通過先將廢水中的重金屬離子析出,在表面活性物質(zhì)的作用下,使重金屬析出物疏水,通過黏附到上升的氣泡表面,從而得以去除。通常有吸附膠體、沉淀氣浮、泡沫氣浮、離 子氣浮等方法。氣浮法雖對重金屬去除有獨特的作用,但是在浮渣和凈化水回用方面仍不能妥善得以解決。

氧化還原法是在廢水處理過程中通過加入還原劑,將重金屬價態(tài)進行還原,然后進行沉淀的方式。如:廢水中含有 Cr6+,在 酸性條件下加入還原劑,沉淀反應前將 Cr6+還原為 Cr3+,然后再進行沉淀。該方法產(chǎn)生的化學污泥量小,效果較好,但是處理成本 較高。

電解法是利用電化學的原理來進行處理廢水,重金屬離子 在陰極表面得到電子而被還原為金屬。通常該方法不需要加入很多的藥劑,占地面積小,同時可以得到純金屬。王健康等在 使用電解法對含鉛廢水處理,得出在 Pb2+在 100 mg/L 時再生效果 好,常作為電解的終點。

市面上出現(xiàn)的金屬捕捉劑通過與重金屬離子進行結合后, 生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。徐穎等用 PEI 處理多種 重金屬的廢水,結果表明對鉛、鎘、銅及汞離子的去除率均能達 到 99%以上,且不受 pH、共存離子的影響。

1.6 生物法。由于物理化學法和化學法對藥劑、設備等種 種要求,指標容易波動、運行成本較高等原因,而生物法在重金 屬去除方面又有相當強的富集和吸附能力,越來越成為未來研 究和發(fā)展的方向。微生物與重金屬的作用主要包括生物體對金屬的自然吸附、代謝產(chǎn)物對金屬的沉淀作用、生物體內(nèi)的蛋白與金屬的結合以及重金屬在生物體內(nèi)酶的作用下的轉(zhuǎn)化,從而對廢水中的重金屬進行有效的去除。這些微生物以藻類、真菌、細 菌等為代表,來源豐富,成本較低、吸附速度較快,同時無毒無 害、無二次污染。生物法主要包括生物吸附法、生物沉淀法以 及固定化生物法,以微生物與重金屬結合的方式來去除廢水中的重金屬。生物吸附法是通過微生物吸附金屬,金屬離子與其 發(fā)生配位、螯合、離子交換、物理吸附及微沉淀等作用,然后金屬運送至細胞內(nèi);生物沉淀法是利用微生物新陳代謝產(chǎn)物使重金屬離子進行沉淀固定的方法。當前發(fā)展較快的是硫酸鹽還原菌在厭氧條件下產(chǎn)生的硫化氫和廢水中的重金屬進行反應生成硫化物沉淀,其重金屬的去除率較高;固定化生物法處理廢水具有 生物量高、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點。國外 Iqbal 等通過將黃孢原毛平革菌與絲瓜瓤固定在一起,對實驗室配置的廢水 中的鉛、銅及鋅離子進行吸附,在 pH 為 6.0,吸附1h 后,三種重金屬的去除率能分別達到 88.2%、68.7%和 39.6%。張利等利用發(fā)酵工業(yè)廢棄的黑根霉菌吸附鉛離子,在 pH 范圍為 3.0-6.5 之間吸附能力強。涂勇等將活性污泥固定化后對重金屬離子進行吸附研究,其 pH 和底物濃度對吸附性能有較大的影響, 而與溫度影響卻不大。

2 重金屬廢水處理技術展望

重金屬廢水是個復雜的混合體系,采用以前的單一處理方法已經(jīng)較難滿足處理要求,與此同時,日益增加的處理成本及嚴格的指標要求,人們越來越多的將其采用綜合組合工藝,揚長補短,低耗地去除廢水中重金屬離子,同時滿足廢水的回用和重金屬的回收。相信伴隨著技術不斷地發(fā)展和成熟,能夠合理穩(wěn)定地處理重金屬廢水。