重金屬?gòu)U水的處理方法

目前，世界各國(guó)重金屬?gòu)U水處理方法主要有三類：第一類是廢水中重金屬離子通過(guò)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)除去的方法，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法、化學(xué)還原法、電化學(xué)還原法和高分子重金屬捕集劑法等。第二類是使廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行吸附、濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發(fā)和凝固法、離子交換和膜分離等。第三類是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，包括生物絮凝、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等。

化學(xué)法

包括化學(xué)沉淀法、化學(xué)還原法、電解法和高分子重金屬捕集劑法等。

⑴化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法的原理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔?，通過(guò)過(guò)濾和分離使沉淀物從溶液中去除。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法。

中和沉淀法操作簡(jiǎn)單，是常用的處理廢水的方法，但是操作過(guò)程中需控制好pH值，尤其當(dāng)廢水中有多種重金屬離子共存時(shí)，需嚴(yán)格控制，且要實(shí)行分段沉淀。若廢水中有鹵素、氰根、腐殖質(zhì)等有可能與重金屬形成絡(luò)合物的陰離子，需在中和前進(jìn)行預(yù)處理。當(dāng)廢水中含有較小顆粒時(shí)，需加入絮凝劑輔助沉淀生成。

與中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低，且處理后的廢水一般不用中和。其缺點(diǎn)是：硫化物沉淀物顆粒小，易形成膠體，硫化物沉淀劑本身在水中殘留，遇酸生成硫化氫氣體，產(chǎn)生二次污染。

鐵氧體共沉淀法的主要原理為使鐵離子和重金屬離子產(chǎn)生氫氧化物沉淀，通入空氣攪拌并加入氫氧化物不斷反應(yīng)，形成重金屬離子–鐵氧體。該法形成的污泥化學(xué)穩(wěn)定性較高，易于固液分離和脫水。一般用來(lái)處理含Cr廢水，也特別適用于含重金屬離子的電鍍混合廢水。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、操作簡(jiǎn)便、不產(chǎn)生二次污染，缺點(diǎn)為能耗較高，處理后鹽度高，且處理的重金屬種類有限。

總而言之，化學(xué)沉淀法因?yàn)槌恋韯┑募尤肴菀自斐啥挝廴?，而且沉淀劑和環(huán)境條件都會(huì)影響出水質(zhì)量，且對(duì)沉淀物的處理工藝要求很高，再利用價(jià)值不高。

⑵電解法

電解法是利用金屬的電化學(xué)性質(zhì)，使金屬離子在電解時(shí)能從相對(duì)高濃度的溶液中分離出來(lái)，然后加以利用。電解法的優(yōu)點(diǎn)有去除率高、可回收利用重金屬、無(wú)二次污染等，但其又有能耗大、不能處理較低重金屬離子濃度的廢水的缺點(diǎn)。

⑶高分子重金屬捕集劑法

重金屬捕集劑能夠結(jié)合重金屬離子，生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。反應(yīng)的效率較高，處理重金屬?gòu)U水時(shí)污泥沉淀快，含水率低，并具有良好的選擇性，可將部分重金屬離子與其他離子分離、回收再利用，從而克服了傳統(tǒng)化學(xué)處理法的不足，為后續(xù)的處理提供了方便，特別對(duì)廢水中重金屬含量低的廢水，處理費(fèi)用相對(duì)較低，但目前并沒(méi)有大規(guī)模的運(yùn)用到生產(chǎn)中。

物理法

物理法即使廢水中的重金屬在不改變其化學(xué)形態(tài)的條件下進(jìn)行吸附、濃縮、分離的方法，包括吸附、溶劑萃取、蒸發(fā)和凝固法、離子交換和膜分離等。

⑴吸附法

吸附法是利用吸附劑吸附溶存于廢水中重金屬離子的一種方法。吸附法主要是以物理吸附和化學(xué)吸附為主。吸附法因其材料便宜易得，成本低，去除效果好而一直受到人們的青睞。傳統(tǒng)的、應(yīng)用得較多且技術(shù)較成熟的吸附劑為活性炭。活性炭是一種非極性吸附劑，它具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸、高溫、高壓作用，不易破碎。與其他吸附劑相比，活性炭具有巨大的比表面積和特別發(fā)達(dá)的微孔，通常活性炭的比表面積高達(dá)500-1700m2/g。諸多研究表明，在重金屬的去除領(lǐng)域，活性炭吸附法具有技術(shù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行、效果良好等優(yōu)點(diǎn)。但是活性炭再生效率低，使用壽命短，出水水質(zhì)有時(shí)難以滿足回用水要求。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外逐漸開(kāi)發(fā)出有吸附能力的多種吸附材料，一類是以自然資源作為天然吸附材料，如腐植酸(HA)類物質(zhì)、粘土(斜發(fā)沸石)、殼聚糖類、玉米棒子芯、白楊木材鋸屑等；另一類是利用微生物作為生物吸附材料。生物吸附劑是一種特殊的離子交換劑，與常規(guī)離子交換劑不同，起作用的是生物細(xì)胞，主要有菌體、藻類和細(xì)胞提取物等。生物吸附劑具有其他吸附劑所不具有的的優(yōu)點(diǎn)，例如：原料的來(lái)源廣、價(jià)格低、吸附能力強(qiáng)、易于分離回收重金屬等特點(diǎn)，因此在國(guó)外已經(jīng)被較為廣泛應(yīng)用。但此法也存在一些問(wèn)題：吸附容量較易受環(huán)境因素影響，另外，生物吸附材料對(duì)重金屬的吸附具有選擇性，而重金屬?gòu)U水中往往含有多種重金屬，應(yīng)用上受到一定限制等。

⑵溶液萃取法

用溶液萃取法處理重金屬?gòu)U水時(shí)，需選擇具有較高選擇性的萃取劑，且要求在萃取操作時(shí)注意選擇水相酸度。雖然萃取法有較大優(yōu)越性，但溶劑在萃取的過(guò)程中的流失和再生過(guò)程中能源消耗大，使得該方法具有一定的局限性，應(yīng)用也因此受到了很大的限制。

⑶離子交換法

離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質(zhì)的方法，當(dāng)含重金屬的液體通過(guò)交換劑時(shí)，交換劑上的離子同水中的重金屬離子進(jìn)行交換，從而達(dá)到去除水中重金屬離子的目的。目前應(yīng)用的離子交換劑主要有離子交換樹(shù)脂、沸石、膨潤(rùn)土、離子交換纖維等。

⑷膜分離法

膜分離技術(shù)是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下、不改變?nèi)芤夯瘜W(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上，將溶液和溶質(zhì)進(jìn)行分離或濃縮的方法。膜分離用于處理重金屬?gòu)U水，由于去除率高，選擇性強(qiáng)，在常溫下操作無(wú)相態(tài)變化，能耗低、污染小，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)受到了人們的廣泛重視并產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際應(yīng)用中主要有微濾膜(截留直徑在50nm左右)、納濾膜(截留直徑在0．1～1nm之間)、超濾膜(截留直徑在1～50nm之間)、電生物膜等。

近年來(lái)，膜技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；纳a(chǎn)，在生產(chǎn)中主要有陶瓷膜、電生羥基膜等種類，根據(jù)不同處理需要可生產(chǎn)出不同直徑的膜產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本也不盡不同。由于在應(yīng)用中為了膜的再生，需要在處理過(guò)程中對(duì)膜進(jìn)行反沖洗以增加膜的使用壽命，從而使得其生產(chǎn)成本增加。另外，由于本身對(duì)生產(chǎn)工藝要求很高，所以其在應(yīng)用推廣中受到了限制。

生物修復(fù)法

生物修復(fù)法指借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，其中包括生物絮凝、生物化學(xué)法和植物生態(tài)修復(fù)等。

⑴生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外、具有絮凝活性的代謝物，一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA、纖維素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物質(zhì)構(gòu)成，分子中含有多種官能團(tuán)，能使水中膠體懸浮物相互凝聚沉淀。生物絮凝法具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如處理廢水安全、方便且無(wú)毒，不產(chǎn)生二次污染，絮凝效果好等等。但當(dāng)前也存在著生產(chǎn)成本較高、活體絮凝劑保存困難、難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)等難題，因此大部分生物絮凝劑還處于探索研究階段。

⑵植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是指利用植物通過(guò)吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金屬含量，以達(dá)到治理污染、修復(fù)環(huán)境的目的。利用植物處理重金屬，主要由三部分組成：①?gòu)膹U水中吸取、沉淀或富集有毒金屬；②降低有毒金屬活性，從而減少重金屬被淋濾到地下或通過(guò)空氣載體擴(kuò)散；③將土壤中或水中的重金屬萃取出來(lái)，富集并輸送到植物根部可收割部分和植物地上枝條部分，通過(guò)收獲或移去已積累和富集了重金屬植物的枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度。植物修復(fù)法具有實(shí)施較簡(jiǎn)便、成本較低和對(duì)環(huán)境擾動(dòng)少的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以凈化和美化環(huán)境，而且在清除土壤中重金屬污染物的同時(shí)，可以從富含重金屬的植物殘?bào)w中回收貴重金屬，取得直接的經(jīng)濟(jì)效益。但其存在的缺點(diǎn)是治理效率較低，不能治理重污染土壤，且一種植物只吸收一種或兩種重金屬，難以全面清除土壤中的所有污染物。另外施加有機(jī)螯合劑雖能增強(qiáng)對(duì)重金屬的富集能力，卻可能會(huì)造成有毒元素地下的滲漏，形成潛在的污染風(fēng)險(xiǎn)，且增加了運(yùn)行成本。總之，植物修復(fù)技術(shù)作為一種新的污染治理替代技術(shù)，具有極大的潛力和市場(chǎng)前景。