含重金属废水的处理

含重金属废水的处理技术姓名：曾齐涛摘要：近年来，国内水体重金属污染问题十分突出，尤其江河湖泊水库底质的污染率高达80.1%，黄河、淮河、松花江等十大流域重金属超标污染程度均超Ⅴ类，而国外同样存在着水体重金属污染严重问题，因而含重金属废水的处理至关重要，而处理技术的开发就成了当前社会的焦点，本文将对含重金属废水的处理技术原理、方法等方面进行叙述。关键字：含重金属废水；处理技术1引言重金属废水，即由重金属衍生而来的各类废水。而重金属在环境生态学上，从毒性及元素迁移转化规律的角度考虑，一般把含As，Se和Al等的废水也包括在重金属废水范畴内，现阶段传统环境领域所说的重金属主要是指Hg，Pb，Cd，Cr以及具有重金属特性的类金属As等生物毒性显著的元素，有时也指具有一定毒性的Zn，Cu，Co，Ni，Sn等一般的重金属。重金属污染物在水体中积累到一定限度就会对水体一水生植物一水生动物系统产生严重危害，并能通过食物链影响到人类自身的健康。伴随大量废水的排放，加剧了水土中重金属的积累，现今重金属的污染日益严重，全球都给予了高度关注。下面就含重金属废水特性及其处理方法等进行描述，并提出一些自己的想法。2含重金属废水含重金属离子的工业废水主要来源于机械加工、矿山开采业、钢铁及有色金属的冶炼和部分化工企业。矿山工业产生的废水主要是采矿和选矿废水，其中含有各种矿物质悬浮物和有关金属离子。有色冶金、加工业排出的废水中，多含有汞、砷、铬等元素。此外，一些轻工业和化学工业排出的废水也含有汞、镉、砷等重金属。现代化工生产的发展中一些重金属作为原料或催化剂广泛用于生产，产生的含重金属废水从数量和种类都大大增加，造成了严重的环境污染和资源浪费。污水处理中的重金属是指有毒金属和类金属，包括污水综合排放标准规定的第一类污染物中的重金属和类金属（汞、镉、铬、铅、镍、砷等），以及铜、锌、钴、锡、钒、钼、铁、锰等人类必需的微量元素，但超过一定限量时也会造成一些危害，重金属污染通过对土壤和水体的污染，直接对渔业和农业产生严重影响，同时直接或间接地危害人体健康。重金属离子随废水排出，一旦进入环境后不能被生物体降解，在水体中大部分通过物理化学反应沉积在水底，随着水温升高，pH的改变以及水生生物的吸收，沉积物向水体缓慢释放溶解态金属，会参与到食物链的循环中，并最终在生物体内富集，破坏正常生理代谢活动。20世纪以来由于含重金属废水造成的公害事件相续发生，如镉中毒造成的“痛痛病”、汞污染引起的“水俣病”以及最近昆明阳宗海、湖南省岳阳县相续发生的砷化合物污染事件，可见，对含重金属废水的治理刻不容缓。研究、开发高效低成本的含重金属废水处理技术，减轻含重金属废水对环境的污染具有重大的社会、经济和环境意义。对于含重金属废水的处理，首先应该设法减少废水量，回收利用有用金属，废水处理后实行循环利用，尽量不排或少排，对排放的废水应进行严格净化处理，实现工业达标然后才可以排放。3含重金属废水的处理技术废水处理办法一般分为物理法、化学法和生物法。每种处理方法都有各自的特点和适用条件，根据不同的水质和处理后的水质要求，可单独应用，亦可多种方法组合应用，因为实际所需处理的废水中含有的重金属并不是单一种类，往往多种重金属并存。对含有机物、络离子及螯合物量大的废水，要先将妨碍处理重金属的有机物质用氧化、吸附等适当的处理方法除去，然后再把它作无机类废水处理。废水的分类通常以其中含量最高的重金属为依据，实际生产中废水产生量较大的有：含铜废水、含铬废水、含镍废水和含铅废水等。3.1物理处理法物理处理法主要包扩离子交换法、膜分离技术及吸附法。3.1.1离子交换法离子交换法是重金属离子与离子交换剂进行交换达到去除废水中重金属离子的方法。常用的离子交换剂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂等。国内外学者开展了大量的离子交换剂的研制开发工作，在电镀废水深度处理、高价金属盐类的回收等方面，离子交换法越来越展现出优势。离子交换法是种重要的电镀废水治理方法，优点是处理容量大出水水质好，可回收重金属资源；缺点是离子交换剂易氧化失效，再生频繁操作费用高。3.1.2膜分离技术膜分离技术是利用一些特殊半透膜，在外界压力的作用下不改变溶液中化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离技术包括隔膜电解和电渗析。隔膜电解是以膜隔开电解装置的阳极和阴极而进行电解的方法，实际上是把电渗析与电解组合起来的方法。电渗析是在直流电场作用下，利用阴阳离子交换膜，对溶液阴阳离子的选择透过性，使水溶液中重金属离子与水分离的物理化学过程。3.1.3吸附法吸附法是利用多孔性固态物质吸附，去除水中重金属离子的方法。吸附法关键是吸附剂的选择。传统吸附剂是活性碳，对多种金属都有很强的吸附能力且去除率高，但活性碳价格和再生费用偏高使得其在应用方面受到限制。现代社会中一些固体废渣可以经过处理变废为宝，用作吸附材料。利用改性的海泡石治理重金属废水对铅有很好的吸附选择性。随着新型、廉价，易降解的天然高分子吸附材料的开发，吸附法处理技术也将在重金属废水深度净化治理方面得到一定的发展空间。3.2化学处理法化学法是目前国内外处理含重金属废水的主要方法。主要包括化学沉淀法和电解法，适用于含较高浓度重金属离子废水的处理。另外还有一些化学方法应用于其他特殊领域。3.2.1化学沉淀法化学沉淀法是根据溶度积原理（通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物），向含重金属废水中加入氢氧化物、硫化物、碳酸化物及磷酸化物等，利用氢氧根离子、硫离子、碳酸根离子及磷酸根离子等与游离态的重金属离子反应结合，生成难溶于水的化合物，达到固液分离的目的。根据沉淀剂的不同，分为氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸物沉淀法、磷酸物沉淀法、铁氧体共沉淀法及综合沉淀法。化学沉淀法工艺简单、操作方便、经济实用，但由于受沉淀剂和环境条件影响，沉淀法往往达不到要求，还有化学沉淀法处理后会产生大量的废渣，必须很好的处置，否则会造成二次污染，难以达到绿色环保的要求。主要的化学沉淀工艺如下：(1)投加化学沉淀剂，使重金属发生化学反应，生成难溶的化学物质；(2)调节pH使污染物形成难溶的氢氧化物；(3)通过凝聚、沉降、浮选、过滤、吸附等方法，将难溶物从溶液巾分离出来。2.2.2电解法电解法是利用金属的电化学性质，通过在直流电的作用下电解将金属离子从相对高浓度的溶液中分离出来，在阳极离解成金属离子，在阴极还原成金属，从而除去废水中的重金属离子并加以利用。电解法作为一种强氧化技术，主要用于电镀和重金属含量浓度高的废水处理，处理效率高并便于回收利用，但其不适用于含重金属离子浓度较低的废水处理，又因其电耗大、投资成本高，在含重金属废水的处理上未能得到普遍应用。3.2.3其他化学方法（1）氧化还原法投入氧化剂或还原剂，将废水中有毒的物质氧化或还原为无毒或低毒物质的处理方法。氧化法主要用以处理废水中的CN，S，Fe，Mn等相应离子。常用的氧化剂有氯气、氧气、臭氧等。常用的还原剂有硫代硫酸钠、硫酸亚铁、金属铁、锌、铜等。目前化学氧化还原法一般用作废水处理的预处理方法使用。（2）铁氧体沉淀法将废水中的各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析出，使废水得到净化，同时形成沉淀后，町通过磁力分离，能达到好的分离效果。铁氧体沉淀法处理含霞金属离子的废水，能一次脱除废水中的多种金属离子，对脱除Zn、Cd、Cu等离子均有很好的效果。3.3生物处理法生物处理法是利用微生物代谢作用，使废水中的有机污染物和无机微生物营养物转化为稳定、无害的物质。微生物可以去除水溶液中的金属离子，其主要原因是微生物细胞能够将溶液中的重金属离子吸附到细胞表面，然后通过细胞膜将重金属离子运输到细胞体中“积累”起来。这样就可以达到对金属离子的去除效果。常见的有生物吸附法、生物沉淀法、生物絮凝法等方法。3.3.1植物处理植物处理是利用天然或者遗传工程培育的植物对污染物进行处理的技术，可分为直接和间接作用。（1）直接作用。植物的直接作用是植物对元素的直接吸收、同化作用。除了生长过程中对N，P等营养元素的吸收外，植物还能够对环境中一些有毒有害物质进行选择性吸收、富集，另外植物在富集去除污水中重金属方面有着很大的开发前景。（2）间接作用。植物在处理体系中更多的是起到间接的作用，包括植物根系释氧，分泌化学物质，提供微生物栖息场所以及残根残枝提供腐殖质等作用。植物可通过本身的通气组织，在其根围区释氧，从而改变水体的好氧情况以及氧化还原条件。随着植物的生长成熟，其根系成为土壤基质的一部分，可对床层机制起疏松作用，增大床层的通透性。而遗留在湿地中植物的残枝残根，会转变成腐殖质。植物处理系统可以创造环境效益、社会效益和经济效益。3.3.2动物处理动物法处理重金属废水现今尚处于起步阶段。尤其是无脊椎动物对Zn和Cd具有很大的富集能力。另外利用双壳(河蚌)处理重金属废水，在重金属浓度为3.125mg／L时，双壳生物对重金属Pb、Ag等离子的脱除系数达到72.0％~89.9％。3.3.3微生物及藻类处理通过生物絮凝、生物吸附、生物沉淀等作用实现废水中重金属的转化、沉积和固定。研究表明，废水中金属污染浓度为10～l000时，传统的处理工艺成本很高，而廉价、易得的微生物可从稀溶液中富集、分离，通常能将浓缩几千倍或更多。研究又发现，少量污泥可起明显的去除重金属效果，废水中Cu、Zn、Ni离子浓度明显下降。另外，微生物还可以代谢产生天然高分子物质，该分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。研究还发现椭圆小球藻对金属的吸附脱除具有选择性，对Zn，Ni，Cd的脱除率，分别在98.33％、97.62％和86.88％。目前，微生物处理工艺得到工业应用较多的是生物硫化法，其他的，如生物吸附，生物絮凝等尚未得到大规模的工业应用。4结束语综上所述，处理重金属废水的方法很多，最常用的方法仍然是化学法。研究者应将几种技术集成起来处理重金属废水，同时发挥各种技术的长处，为重金属废水的根治找到新的出路通过建立人工生态系统的方法，综合利用植物、动物和微生物的功能及其协同作用，处理重金属废水，有广阔的开发前景。与传统化学、物理方法相比，生物法具有经济高效、环境友好且无回用障碍等优点，已成为公认最具发展前途的方法。但如廉价、性能优良的生物吸附剂的开发研究和通过遗传工程选育优良的具有高耐受性的超积累植物和微生物等都还有很多工作要做。含重金属废水是一种资源，许多重金属都比较昂贵，如果将废水中的重金属作为一种资源来回收，不但解决了重金属的污染问题，而且还具有一定的经济效益。为满足日益严格的环保要求，实现废水回用和重金属回收，寻找净化重金属的有效途径已迫在眉睫。在这里，我希望我们国家在重金属处理技术上能有更理想更迅速的发展，让我们国家严重的重金属废水污染问题得到实质性的解决，也希望广大中国人民和世界人民一起行动起来，让我们共同创建一个绿色健康的生活环境。参考文献：[1]郭耀基，张一波.凤眼莲根系生态系统在含银废水净化中功能[J].无锡轻工大学学报，2002，21(5)：506—510．[2]胡勇有.镀铬废水治理、资源回用技术及进展[J].电镀与环保，1999,19(3):28-32.[3]郑礼胜.用沸石处理含铬废水的试验研究[J].环境工程，1997，15(3):13-15.[4]封莉，张立秋，吕炳南．污泥浓度对膜生物反应器运行特性的影响研究[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35(3)：307．[5]赵玲，YuQiming．海洋赤潮生物原甲藻对重金属的富集机理[J]．环境科学，2001，22(4)：42～45.[6]张学洪，王敦球，程利．铁氧体法处理电解锌厂生产废水[J]．环境科学与技术，2003，26(1)：36—37．[7]杜杰，张诚．低成本吸附剂处理含重金属废水的研究进展[J].粉煤灰综合利用，2006，(5)：49—51．[8]赵宝秀，王鹏，郑彤，等．新型重金属吸附树脂的微波合成及性能研究[J]．材料科学与工艺，2006，14(4)：432-435．[9]倪靖滨，李晓冰．吸水树脂脱除