处理重金属废水的方法
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处理重金属废水的方法范文第1篇
[关键词]重金属；废水；处理方法；金属元素
中图分类号：X70 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）02-081-02
一、引言
重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。废水中的重金属一般不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态。处理方法是首先改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属，在生产地点就地处理（如不排出生产车间）常采用化学沉淀法、离子交换法等进行处理，处理后的水中重金属低于排放标准可以排放或回用。形成新的重金属浓缩产物尽量回收利用或加以无害化处理。
二、重金属污染的现状
重金属一般是指密度大于4.5g/cm3、原子序数在24以上的金属，主要包括铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、汞、钨、金、银等。随着我国国民经济的快速发展和工业化进程的加快，由重金属引起的污染日趋严重。不但表面水体存在着重金属的污染，而且城市土壤、农田、湿地中的重金属含量也超标。以铜离子为例：沈敏等对长江下游沉积物中的Cu进行了全量和醋酸提取态分析，结果表明，Cu的质量分数近年来明显增加。“等研究了滇池表面沉积物，发现其中Cu的含量高于背景值。Chen等对北京市的30家公园内土壤中所含重金属Cu的分析表明，综合污染指数范围为0.97-9.21。
三、重金属废水的来源
重金属污染主要来自采矿业、冶金、机械加工、表面处理、重工业等。重金属约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。，而我们常说的重金属污染是指因人类活动导致环境中的重金属含量增加并超出正常范围，并使得环境质量恶化。它对环境不仅有严重的危害并且给人类健康带来影响。很多重金属的一些价态是剧毒物质，被人食用后会立即引起不良反应甚至死亡。
金属是人体健康中不可或缺的微量元素，但如果超量就会造成严重的后果。近年来，随着国家经济的快速发展，城市规模日益变大，废水的大量排放。水源和土壤中重金属积累加剧，重金属污染也越来越严重。重金属离子对水体的污染，由于其不易降解性和毒害性，被定为第一类污染物，环保工作者和科研人员已经把如何减小和消除重金属危害作为的一大课题。
由于工业的快速发展和城市化进程的加快，越来越多的工矿业废水、生活污水等未经适当处理就直接排放，从而引起多种水域的重金属污染，同时也造成土壤污染，以及富含重金属的大气沉降物的输入，在降雨作用下，都使得地下水中重金属含量急剧升高，引起地下水重金属污染。重金属废水主要来自矿山坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水。以及电解、农药、医药、烟草、油漆、颜料等工业。废水中重金属种类、含量以及存在形态随不同生产种类而异，变化很大。
四、那么重金属废水的危害
重金属废水是公认的对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，它有三大显著特点[5-7]。毒性强：一般重金属产生毒性的范围在1.0-lOmg/L之间，锡、汞等剧毒重金属的毒性浓度范围低至0.001-O.1mg/L。持续性：废水中的重金属无论采用何种处理方法都不能使之降解，只能改变其化合价和存在形式。富集性：重金属经生物可大量富集，例如铜的富集倍数可达上万倍，这些富集的重金属通过食物链，最终进入人体，严重威胁着人体健康。
五、怎么来处理重金属废水
重金属废水的处理方法可分为两类：一是使废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的重金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除，可应用中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、离子浮选法、电解沉淀或电解上浮法、隔膜电解法等；二是将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可应用反渗透法、电渗析法、蒸发法、离子交换法等。
第一类方法应用最广是中和沉淀法、硫化物沉淀法和电解沉淀法。从重金属废水回用的角度看，第二类方法优于第一类，因为用第二类方法处理，重金属是以原状浓缩，不需添加任何化学药剂，可直接回用于生产过程。而用第一类方法，重金属要借助多次使用化学药剂，经过多次反复的化学形态的转化才能回收再利用。一些重金属废水如电镀漂洗水用第二类方法回收，也很容易实现闭路循环。但是第二类方法目前还受到经济和技术上的一些限制，目前还不适于处理大流量的工业废水如矿冶废水。这类废水仍以化学沉淀为主要处理方法，并沿着有利于回收重金属的方向改进。
方法一：电解法。
比较广泛地用于处理含氰的重金属废水。以电解氧化使氰分解和使重金属形成氢氧化物沉淀的方式去除废水中的氰和重金属。硫化汞废渣用电解法处理能高效地回收纯汞或汞化物
方法二：上浮法。
废水中的重金属氢氧化物和硫化物还可用鼓气上浮法去除，其中以加压溶气上浮法最为有效。电解上浮法能有效地处理多种重金属废水，特别是含有重金属络合物的废水。这是因为在电解过程中能将重金属络合物氧化分解生成重金属氢氧化物，它们能被铝或铁阳极溶解形成的活性氢氧化铝或氢氧化铁吸附，在共沉作用下完全沉淀。废水中的油类和有机杂质也能被吸附，并借助阴极上产生的细小氢气泡浮上水面。此法处理效率高，在电镀废水处理中往往作为中和沉淀处理后的进一步净化处理措施。
方法三：离子浮选法。
往重金属废水中投加阴离子表面活性剂，如黄原酸钠、十二烷基苯磺酸钠、明胶等，与其中的重金属离子形成具有表面活性的络合物或螯合物。不同的表面活性剂对不同的金属离子或同一种表面活性剂在不同的pH值等条件下对不同的重金属离子具有选择络合性，从而可对废水中的重金属进行浮选分离。此法可用于处理矿冶废水。
方法四：离子交换和吸附。
废水中的重金属如果以阳离子形式存在，用阳离子交换树脂或其他阳离子交换剂处理；如果以阴离子形式存在，则用阴离子交换树脂处理。
活性炭能在酸性（pH值2～3）条件下从低浓度含铬废水中有效地去除铬。含硫活性炭能有效地去除废水中的汞。活性炭还可用于处理含锌和铜的电镀废水。活性炭能吸附CN-，并在有Cu2+和02存在的条件下使CN-氧化，从而使吸附CN的部位得到再生。
方法五：膜法。
主要有电渗析和反渗透法。电渗析的特点是浓缩倍数有限，须经多级电渗析处理，才能把废水中有用物质浓缩到可回用的程度。反渗透法用于处理镀镍、镀铜、镀锌、镀镉等电镀漂洗废水。对镍、铜、锌、镉等离子的去除率大都大于99%。因此重金属废水通过反渗透处理就能浓缩和回用重金属，反渗透水（产水）质量好时也可回用。重金属浓缩产物的无害化处理。
重金属废水经处理形成的浓缩产物，如因技术、经济等原因不能回收利用，或者经回收处理后仍有较高浓度的金属物未达到排放标准时，不能任意弃置，而应进行无害化处理。常用方法是不溶化和固化处理，就是将污泥等容易溶出重金属的废物同一些重金属的不溶化剂、固定剂等混合，使其中的重金属转变成难溶解的化合物，并且加入如水泥、沥青等胶结剂，将废物制成形状有规则、有一定强度、重金属浸出率很低的固体；还可用烧结法将重金属污泥制成不溶性固体。
六、展望
现在重金属水污染越来越严重，摆在我们明前的环境问题越来越严重，我们应该摆正自己的位置，担当起为环境做一份自己的努力！
参考文献：
[1]张建梅.重金属废水处理技术研究进展，西安联合大学学报[J].2003，6（2）：55-59.
处理重金属废水的方法范文第2篇
关键词：重金属污染 反渗透 硫化沉淀 环境效益
一、方案提出的背景和必要性
1.解决我国淡水资源短缺的矛盾
目前我国淡水资源缺乏，污染严重，尤其是重金属对水体造成了严重污染，威胁着人类的身心健康。中国属于缺水国家，人均水资源占有量约为世界第88位，随着我国人口迅猛增长和工业的高速发展，导致我国缺水矛盾日益突出。而冶炼和采选业所排重金属废水对水体造成严重污染，进一步加剧了淡水资源缺乏的问题，为了解决淡水资源缺乏的问题，对冶金及采选行业的重金属污染废水深度治理及回用迫在眉睫。
2.保护人身健康
重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，主要由采矿、冶炼、使用重金属制品等人为因素所致，重金属污染目前已严重影响着人们的健康。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，对动植物及人体造成危害。
3.对提高水环境及大气环境质量有重要意义
重金属多为非降解型有毒物质，不具备自然净化能力，一旦进入环境就很难从环境中去除。我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80%，重金属在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害，对人体健康造成严重威胁。
二、设计方案
目前比较常用的除重金属的方法如下:
1.化学沉淀法
1.1和中沉淀法：氢氧化物中和沉淀处理方法的依据是重金属氢氧化物的溶度积。控制pH值，可以对废水中的重金属离子进行分级沉淀，实现回收。
1.2硫化物沉淀法：在废水中投加硫化剂，使Pb2+与S2- 形成硫化物沉淀而去除。与中和沉淀法相比，此方法优点是：铅的硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低，只需加入少量的沉淀剂就可使废水中铅离子浓度达到排放标准。
2.氧化还原处理
2.1化学还原法：电镀废水中的铬主要以Cr（VI）离子形态存在，因此向废水中投加还原剂将Cr（VI）还原成微毒的Cr（III）后，投加石灰或NaOH产生Cr（OH）3沉淀分离去除。
2.2铁氧体法：铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的。在含铬废水中加入过量的FeSO4，使Cr（VI）还原成Cr（III），Fe2+氧化成Fe3+，调节pH值至8左右，使铁离子和铬离子产生氢氧化物沉淀。
3.电解法
电解法处理含铬废水在我国已经有二十多年的历史，具有去除率高、无二次污染、所沉淀的重金属可回收利用等优点。大约有30多种废水溶液中的金属离子可进行电沉积。不过电解法成本比较高，一般经浓缩后再电解经济效益较好。
4.溶剂萃取分离法
溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液-液接触，可连续操作，分离效果较好。使用这种方法时，要选择有较高选择性的萃取剂，废水中重金属一般以阳离子或阴离子形式存在，并且需要控制适宜的酸碱度。然而溶剂在萃取过程中的流失和再生过程中能源消耗大，使这种方法存在一定局限性，应用受到很大的限制。
5.吸附法
吸附法是利用吸附剂的独特结构去除重金属离子的一种有效方法。利用吸附法处理电镀重金属废水的吸附剂有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖树脂等。
6.离子交换法
离子交换法是在离子交换器中进行，此方法借助离子交换剂来完成，在交换器中按要求装入不同类型的离子交换剂，重金属离子的溶液通过交换剂时，交换剂上的离子同水中的重金属离子进行交换，达到除去水中重金属离子的目的。
7.生物处理法
利用微生物从溶液中分离金属离子，但该方法还处于研究阶段。
8.电化学法
电化学法是在电场的作用下，金属电极产生电子形成“微凝剂”（铁或铝的氢氧化物），水中的悬浮颗粒、胶体污染物在絮凝剂作用下失稳，脱稳后的污染物颗粒与微絮凝剂之间相互碰撞，结合成大絮体而沉淀。
9.膜分离法
利用特殊的半透膜将溶液隔开，以压力为驱动力，废水流经膜面时，其中的污染物被截留，而水分子透过膜，废水得到净化。利用膜分离法处理含重金属废水的方法有电渗析、反渗透和超滤等方法。用电渗析法处理电镀工业废水，处理后废水组成不变，有利于回槽使用。反渗透法已大规模用于镀Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金属废水处理。膜技术具有高效、无相变、节能、设备简单、操作方便等优点。适用于处理浓度较低的废水，截留率较高，处理后的水可以回用。
三、工艺路线选择设计
工程上必须根据具体的进水水质和处理要求，采用多种方法相结合，才能得到较好的效果。考虑到一般企业现有实际情况为碱中和，很多种重金属离子都超标。
1.本次设计以下三种工艺路线：
1.1硫化沉淀 + 氧化沉淀 + 精滤 ：企业已经采用石灰中和法除去多种重金属和硫酸根；如果提标处理工艺采用硫化物沉淀工艺，根据重金属硫化物的溶度积计算，各种重金属在溶液中的含量都非常小，只要把金属硫化物的沉淀物和胶体完全过滤下来，达标就没有问题。硫化物沉淀工艺之后加入氧化剂，可以除去废水中的过量硫化剂、把废水中残余的As（III）氧化为As（V）经进一步絮凝、沉淀和过滤除去，可以达到《铅锌工业污染物排放标准》（GB25446-2010）特殊流域水质标准。
1.2电化学工艺 + 精滤：该法优点是不需要添加任何药剂，操作易于实现自动化控制。近几年，电化学重金属废水处理技术已成功应用。
1.3微滤 + 反渗透：废水中重金属离子基本去除以后，但废水中含有大量的可溶解性离子，如Ca2+、SO42-、Na+等，硬度很大，该水仍然难以回用。为了能够使废水达到回用目的，必须采用反渗透技术进行深度处理，采用两级反渗透系统的回收率可以达到75%。
综合考虑本方案选择工艺路线为：硫化 + 氧化 + 精滤 + 反渗透，目标可基本实现生产废水零排放。
2.重金水废水深度处理工艺流程
原企业污水处理站排出废水流入调节池，然后通过提升泵进入硫化混合、反应池，在混合池加入硫化剂，硫化剂与重金属发生反应形成沉淀，废水通过1号絮凝混合池和1号絮凝反应池后进入1号沉淀池。
1号沉淀池清液经自流进入氧化混合、反应池，在混合池加入碳酸钠和氧化剂。碳酸钠与水中钙离子形成CaCO3沉淀，减少后期膜分离的污染；氧化剂的加入可以除去废水中的过量硫化剂和氰化物、把废水中残余的As（III）氧化为As（V）；该废水通过2号絮凝混合和反应池后进入2号沉淀池。
处理重金属废水的方法范文第3篇
关键词：吸附法；重金属；废水处理
中图分类号：X703 文献标识码：A
1 引言
重金属污染是一个严重危害人类健康的环境问题，如重金属废水，主要来自矿山、选矿尾矿排水，废石场淋浸水，有色金属冶炼厂除尘排水，有色金属加工厂酸洗水等，随着工业发展和人类活动的增加，大量含重金属污染物的工业废水和城市生活污水排入到江河湖泊，最终危及人类的健康。因此，选择一个合理的处理方法，对净化重金属废水、提高人类健康是极为重要的。在众多去除水中重金属的方法中，吸附法越来越以它简单、高效的特性凸现出来。吸附剂的吸附原理主要是由于分子中存在着羟基、巯基、羧基等各种活性基团，其与吸附的金属离子通过形成共价键或离子键，从而发挥吸附作用。同时在处理废水过程中，需要找寻新的或研发对Cu2+、Cd2+、Zn2+等重金属离子有很强吸附能力而对K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-等离子不吸附或弱吸附的吸附剂，其将作为处理废水的最佳有效材料。笔者针对以上阐述，将对各类吸附剂及影响吸附剂性能的因素进行系统归纳介绍。
2 重金属废水的处理方法
目前对于水中重金属的处理方法[5]主要采用物理化学技术（ 包括化学混凝沉淀及浮选法、溶剂萃取法、离子交换法、电渗析法、膜分离法、吸附法和铁氧化法等） 和生物技术（ 包括生物吸附法、生物絮凝法和生物修复法等）。在上述几种重金属废水的处理方法中，吸附法以其原理简单、去除率高等优点而被广泛应用。吸附剂是废水中重金属的主要载体，通过吸附的原理将废水中的重金属排除。但对于不同的吸附剂，其对重金属的吸附能力和特性也各有不同，因此，本文主要从吸附剂的分类及应用，以及影响吸附剂吸附能力的各种因素做以下介绍。
2.1 吸附剂的分类及应用概况
2.1.1 腐植酸类吸附剂
腐植酸类物质具有多种活性基团，如羟基、羧基、甲氧基、醌基等，这些基团的存在及其本身的表面积使其具有很强的吸附性能，广泛应用于废水处理中。腐植酸类物质可以络合金属离子并有吸附交换作用。用含有腐植酸类物质的泥炭[6]处理含Cu2+的废水，对Cu2+的吸附率可达88%以上。腐植酸类物质来源广泛，价格低廉，是一种天然的工业废水净化剂。
2.1.2 碳类吸附剂
活性炭是最常用的吸附剂，其吸附过程属于物理吸附，目前活性炭的种类主要有颗粒活性炭、粉状活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、含碳的纳米材料等，其中50%～60%用于废水的处理[7]。而且活性炭的再生能力较强，重复利用率较高。实践表明，当被吸附分子直径小于活性炭孔径的3～4倍时，吸附能力最强[8]。
2.1.3 矿物吸附剂
粘土矿物具有比表面积大、空隙多、极性强的特性，其对水中重金属离子的吸附主要是由于其细粒的硅酸盐矿物具有负电荷结构，具体吸附机理是：通过正负电荷相互吸引，使具有负电荷结构的粘土矿物吸附具有正电荷的重金属阳离子，加之粘土大的表面积使其吸附能力更加增强。近年来，为提高吸附能力，对粘土类吸附剂的改进研究较多， 有学者采用有机阳离子—四甲铵离子取代粘土中天然可交换的阳离子后，其对Pb2+的吸附能力大大提高。
2.1.4 高分子吸附剂
常用的高分子吸附剂包括离子交换纤维、合成树脂、壳聚糖及其衍生物等。离子交换纤维是一种新型的高效吸附剂，其中的强酸性阳离子交换纤维对重金属废水的处理有重要意义。其常用于净化含60Co的工业废水、核电站循环水，以及废水中铁、镁、钙、铬、汞等金属离子，还可以用于纯净水的制备。壳聚糖对金属离子的吸附机理是：其分子中的羟基、氨基等基团，可通过氢键、盐键作用力形成具有类似网状结构的分子，从而可与大部分金属离子形成螯合物，起到吸附作用。同时壳聚糖对天然水中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4等离子无吸附作用，因此不影响天然水质，而且具有高效吸附剂的特性。
2.1.5 生物材料吸附剂
农林废弃物和各种动植物残体以及多种微生物等，以其低成本、处理效果好等优点作为生物材料受到更多人的青睐，因此生物材料分为活体生物材料和死体生物材料。金属离子的被动结合，如离子交换等，既可发生在活体生物材料上，也可发生在死体生物材料上。而金属离子的主动结合则仅发生于活体细胞，由生物体代谢活动引起。但由于金属离子存在毒性的特点，制约了活体生物材料的广泛应用[20]。
2.2 吸附剂吸附能力的影响因素
2.2.1 溶液pH值
pH值是影响吸附作用的最主要因素之一。前人[9]在研究各种吸附剂在不同pH值条件下对甲基汞的吸附能力时发现，当 pH值较低时，溶液中的重金属离子呈阳离子状态，又由于溶液中H+浓度较高，因此H+的大量存在与重金属离子的吸附产生了竞争作用，严重影响了重金属离子的有效吸附。因此，较低的pH值不利于吸附剂对重金属离子的去除；相反，当溶液的pH值升高时，利于吸附剂对重金属离子的去除作用，因为随着pH值的升高，吸附剂表面产生更多的负电势，能够吸引更多正电荷金属离子，吸附效果更好[21]。
2.2.2 吸附温度
有学者[10]研究了温度变化对沸石吸附Cu（NH3）42+能力的影响，结果表明，吸附量随温度的升高而增加；当温度达到一定值时，吸附量随温度的升高而下降。分析原因是由于沸石对Cu（NH3）42+的吸附机理所引起的，其吸附机理既有交换吸附（随温度升高离子交换能力增强），又有分子吸附（随温度升高吸附能力下降）。吸附能力是根据不同的吸附剂材料在一定的温度范围最强。
2.2.3 吸附时间
还有学者研究了吸附时间[11]对重金属离子吸附率的影响，结果表明，很多吸附剂对重金属的吸附率随着吸附时间的延长而增大，但当吸附时间延长到6h后，吸附剂对重金属的吸附率变化不明显，说明此时吸附状态已接近达到饱和，因此6h为吸附剂吸附能力的临界点。但是同样存在吸附解析的现象，需要通过实验求证不同吸附剂的吸附平衡时间，吸附时间（吸附材料与废水接触时间）并非越长越好。
2.2.4 重金属离子初始浓度
有学者[12]研究了重金属离子在废水中的初始浓度对其吸附效果的影响，结果表明，吸附剂对重金属离子的吸附率随离子初始浓度的增大而减小，提示当金属离子浓度较高时，应增加吸附剂的用量才能获得满意的吸附效果。并且发现，在重金属的吸附过程中存在着平衡吸附，平衡吸附量随金属离子初始浓度的增加而增大，这是由于随着离子初始浓度的增大而使吸附质离子的数量增多，导致吸附平衡向减少吸附质离子的方向移动。
2.2.5 吸附剂的比表面积
前人的研究结果提示，表面积大的粉状泥的吸附能力强于颗状泥；比表面积大的多孔质沸石对Pb2+、Cu2+、Zn2+的去除能力较普通沸石强。因此，增大吸附剂的比表面积有利于对重金属离子的吸附。
3 结语
重金属废水是废水的主要种类，重金属的存在严重危害着人们的健康，因此重金属废水的处理势在必行。重金属离子在废水中的存在形式非常复杂，单一的处理方法往往不能满足净化的要求，要采取综合的治理方法以求达到最好的净化效果[13～17]。本文讨论了吸附法在重金属废水处理中的应用，对于吸附剂的选择是处理重金属废水的难点与重点，因此，开发研究高效吸附剂是目前废水处理研究人员最为关心的问题，采用新技术，以开发出更加高效、低毒且可重复利用的吸附剂是废水处理研究人员致力的目标。纳米材料是新技术的热点，其与普通材料相比，具有更高的表面能、更大的表面积和比表面积，因此纳米材料在制备高效吸附剂方面体现出巨大的优势[18，19]，纳米材料吸附剂的发展与应用创造了废水处理的新纪元，目前，最具有代表性的纳米材料吸附剂是层柱粘土纳米复合材料吸附剂。同时生物技术用于废水中重金属的去除也是目前重金属废水处理的发展趋势，采用传统的回收或修复技术从废水和被污染的地下水中去除放射性元素、重金属等有害成分，其费用高昂，而生物材料具有成本低、污染小的特点，因此采用天然的生物材料作为吸附剂用于重金属废水的处理显现出巨大优势。吸附法在重金属废水的处理中早有应用，是一种重要的化学物理方法，为人类生存环境的改变做出了巨大贡献，但吸附剂的高昂价格又严重制约了吸附法的广泛应用，因此研究开发高效、低廉、无毒的吸附剂势在必行，也是环保工作者不容忽视且需重点考虑的问题。
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处理重金属废水的方法范文第4篇
关键词：重金属废水；方法；进展；趋势
收稿日期：2012-02-01
作者简介：高长生（1985―），男,黑龙江鸡西人,助理工程师,主要从事油气田环境监测、数据分析处理、综合评价、环境保护研究等工作。
中图分类号：X703.1
文献标识码：A
文章编号：1674-9944(2012)02-0132-03
1 引言
随着工业化进程加快,大量含有重金属的工业废水和城市生活污水排放到环境中,对大气、土壤和水环境造成了严重污染。重金属废水主要含有砷、汞,铅、铜、锌、铬、镍等元素,大多数来源于电镀、冶金、矿山、石油化工等行业,重金属废水具有毒性强、持久性、不可降解性等特点,这些重金属在水体中可通过食物链影响动植物生长最终威胁人类健康。水体重金属污染已成为当今主要的环境问题之一,因此如何无害化处理好重金属废水已是当前亟待解决的工作,现阶段无害化处理重金属废水的方法可分为三类:物理法,包括膜分离法、吸附法、溶剂萃取法、离子交换法、蒸发浓缩法等；化学法,包括化学沉淀法、电化学法；生物法,包括生物修复法、生物絮凝法、生物吸附法。
2 重金属废水处理方法
2.1 物理法
2.1.1 膜分离法
膜分离技术使用一种特殊的半透膜,在外界推动力作用下,使溶液中一种溶质和溶剂渗透出来,从而达到分离的目的。根据膜的不同,可以分为电渗析、反渗析、液膜、超滤等。目前反渗透和超滤膜在电镀废水中已广泛应用。
液膜分离技术是将萃取和膜过程结合的一种高效分离技术,萃取与反萃取同时进行,是分离和浓缩金属离子的有效方法。其中支撑液膜在处理重金属废水,提取稀有、贵重金属离子,如提取铂、镓、铟等方面具有低耗能、低成本等、效率高等特点,具有广阔的应用前景。将膜技术与其他技术工艺有机结合起来处理重金属废水将是未来的发展方向。某蓄电池材料有限公司主要从事废旧铅酸蓄电池的回收和铅基合金、电解铅的生产,其废水处理系统采用混凝沉淀/膜处理组合工艺,进一步确保出水水质达标。半年多的实际运行表明：该工艺运行稳定,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级排放标准,并实现了回用(回用率)70% 。
2.1.2 吸附法
吸附法是利用吸附剂吸附废水中重金属的一种方法,其中吸附法被认为是去除痕量重金属有效的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、硅藻土、凹凸棒石、二氧化硅、天然高分子及离子交换树脂等。其中天然沸石吸附能力最强,也是最早用于重金属废水处理的矿物材料。
纳米FeO是一种有效的脱卤还原的纳米材料。与常规的颗粒铁粉相比,纳米FeO颗粒有粒径小、易分散、比表面积大,表面吸附能力强,反应活性强,还原效率和还原速度远高于普通铁粉的特点。纳米FeO除了可以高效还原有机氯代物以外,其对Cr6+、Pb2+和As3+等多种重金属同样表现出良好的处理效果。
负载型纳米FeO主要是利用负载物(如聚合物、硅胶、沙子和表面活性剂等)在固液表面的吸附作用,能在颗粒表面形成一层分子膜阻碍颗粒间相互接触,同时增大了颗粒之间的距离,使颗粒之间接触不再紧密。与普通纳米FeO相比,负载型纳米FeO不仅对水体中的重金属和有机污染物有更高的去除效率,而且其重复利用性和稳定性也优于一般纳米FeO。Ponder等利用聚合松香负载纳米FeO去除水中的Cr6+和Pb2+,结果表明：负载型纳米FeO 的去除率不仅比投加量高3.5倍的普通铁粉高近5倍,而且也略高于无负载纳米FeO的去除率。
凹凸棒石又称坡缕石,是一种2∶1(TOT)型层链状海泡石族的含水富镁、铝的硅酸盐黏土矿物,其晶体化学式:Mg5(H2O)4［Si4O10］2(OH)2,它比表面积大、吸附性能良好、来源广、成本低、储量丰富,但是目前国内应用凹凸棒石吸附处理重金属废水还处在研究阶段,凹凸棒石黏土吸附金属离子的种类有待扩宽。黄德荣等用吸附混凝法,将凹凸棒石黏土和混凝剂连用治理含锌电镀废水,Zn2+的去除率高达99.8%以上。同时,凹凸棒石粘土含有大量的结构羟基,如Si-OH、Mg-OH和A1-OH等。由于其结构中存在着A13+对Si4+及Al3+,Fe2+对Mg2+等类质同晶置换现象,故晶体中含有不定量的Na+,Ca2+,Fe3+和A13+等,各种离子替代的综合结果是凹凸棒石常常带少量的永久性的负电荷,因此凹凸棒石具有很强的物理和化学吸附能力。
离子交换树脂法是一种应用广泛的方法,树脂中含有的氨基、羟基等活性基团可以与重金属离子进行螯合、交换反应,从而去除废水中重金属离子的方法,同时还可以用于浓缩和回收溶液中痕量的重金属,其优点是树脂具有可逆性,可通过再生重复使用,且交换选择性好,缺点是价格昂贵。因此研究和选择成本低、选择性高、交换容量大、吸附-解吸过程可逆性好的离子交换树脂,对于处理重金属废水有着重要意义。
2.2 化学法
2.2.1 化学沉淀法
化学沉淀法是指向重金属废水中投放药剂,通过化学反应使溶解状态的重金属生成沉淀而去除的方法。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法等。中和沉淀法应用比较广泛,向重金属废水中投放药剂(如石灰石)使废水中重金属形成沉淀而去除。化学沉淀法处理重金属废水具有工艺简单、去除范围广、经济实用等特点,是目前应用最为广泛的处理重金属废水的方法。
2.2.2 电化学法
电化学法是应用电解的基本原理,使废水中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应,使重金属富集,从而去除废水中重金属,并且可以回收利用。
高压脉冲电凝法(HVES)是采用高电压小电流,系运用电化学原理,将电能转为化学能,对废水中有机或无机物进行氧化还原、中和反应。通过凝聚、沉淀、浮除将污染物从水体中分离,从而有效地去除废水中的Cr6＋、Ni2＋、Cu2＋、Zn2＋、Cd2＋、CN-、油、磷酸盐以及COD、SS与色度。该方法操作方便、反应迅速,可去除的污染物广泛、无二次污染、经济实用，在国外电化学技术被称为“环境友好技术”。李宇庆等采用高压脉冲电凝－Fenton 氧化工艺处理制药废水,研究表明在pH值为4左右、极板间距为20mm电流强度为10A、高压脉冲电凝反应时间为45min、H2O2投加量为4mL/L、Fenton氧化时间为60min时,对CODCr去除率为为36.5%～39.2%,废水m(BOD5)/m(CODCr)从0.13提高到0.37,可生化性大大提高,为后续处理达标排放奠定了基础。
微电解-生物法是利用废铁屑对电镀废水进行预处理,使大部分的Cr6+在较短时间内转化为Cr3+,同时使废水的pH值上升2～3,然后将废水加入到生物反应器中通过生物作用将废水中剩余的重金属离子去除,达到净化电镀废水的目的。通过与生物法的结合,提高了此种技术对废水净化的效率。该方法结合了氧化还原、絮凝、吸附作用,协同性强、综合效果好、操作简便,运行费用低。但是,由于电解装置经一段时间的运行后,会大大降低了处理效果,必须开发新型的处理装置以弥补这一缺陷；另外在运行过程中表面沉积物易于使电极产生钝化,降低处理效果,因此,操作条件的优化和各种助剂、催化剂的研制、选用、配比很重要。针对目前微电解法存在的问题以及工程应用的要求,可以将微电解法和化学法、生物法以及其它方法结合起来,充分利用各种方法的优点,研究出新型的工艺,来解决实际应用过程中所存在的问题。
电去离子技术(EDI,electrodeionization),是将离子交换树脂填充在电渗析器的淡水室中从而将离子交换与电渗析进行有机结合,在直流电场作用下同时实现离子的深度脱除与浓缩,以及树脂连续电再生的新型复合分离过程。该方法既保留了电渗析连续除盐和离子交换树脂深度除盐的优点,又克服了电渗析浓差极化所造成的不良影响,且避免了离子交换树脂酸碱再生所造成的环境污染。所以,无论从技术角度还是运行成本来看,EDI都比电渗析或离子交换更高效。但同时处理过程中也不同程度存在膜堆适用性差,过程运行不够稳定,易形成金属氢氧化物沉淀等问题。随着研究的不断深入,上述问题将逐步解决,EDI也将成为一种很有发展潜力的重金属废水处理技术。
2.3 生物法
2.3.1 植物修复法
植物修复法是指利用高等植物通过吸收、沉淀、富集等作用降低已有污染的土壤或地表水的重金属含量,以达到治理污染、修复环境的目的。该方法实施较简便、成本较低并且对环境扰动少。但是治理效率较低,不能治理重度污染的土壤和水体。Rai和Dwivedi等调查发现水蕹(Ipomea aquqtica)是一种很好的蓄积植物,该植物最大可以蓄积Cu:62,Mo:5,Cr:13,Cd:11,As:0.05μg/g DW。Bareen和Khilji研究表明,长苞香蒲90d后也可以去除底泥中42%Cr,38%Cu和36%Zn。
2.3.2 生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。目前已开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等共17个品种,而对重金属有絮凝作用的只有12个,陈天等从多种微生物中提取壳聚糖为絮凝剂回收水中Pb2+、Cr3+、Cu2+等重金属离子。在离子浓度是100mg/L的200mL废水中加入10mg壳聚糖,处理后Cr3+、Cu2+浓度都小于0.1mg/L,Pb2+浓度小于1mg/L,处理效果十分明显。
2.3.3 生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子,再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。该方法在低浓度下,选择吸附重金属能力强,处理效率高,操作的pH值和温度范围宽,易于分离回收重金属,成本低等特点。同时还可从工业发酵工厂及废水处理厂中排放出大量的微生物菌体,用于重金属的吸附处理。蒋新宇等用毛木耳(Auricularia polytricha)子实体为生物吸附材料,通过对起始pH值、反应时间、重金属浓度这3个因素对毛木耳子实体吸附Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的研究,结果表明最适起始pH值为5,pH值是影响毛木耳子实体吸附重金属离子的主要因素。其中在10mg/L重金属浓度下,毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+的最大吸附率分别为94.12%、96.22%、99.94%、99.19%,在吸附达到平衡以前,毛木耳子实体对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+最大平衡吸附量分别为10.09、8.36、23.57和3.64mg/g,而对Pb2+的吸附量最大。因此毛木耳子实体是很有发展潜力的重金属废水处理技术。
3 结语
上述各种处理重金属废水的方法有很多优点,但是存在技术、经济效益和环境保护等问题,为了满足日益严格的环保要求,对于研发新技术势在必行。重金属废水水质复杂,金属种类繁多,加强各种处理技术的综合应用,将处理后的重金属充分回收、废水回用,以达到经济效益和环境效益相统一,将是今后重金属废水处理技术的发展趋势。
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处理重金属废水的方法范文第5篇
关键字： 电镀重金属；废水治理技术；现状及展望
中图分类号：X702 文献标识码：A
引言
电镀是利用化学和电化学方法在金属或在其它材料表面镀上各种金属。电镀技术广泛应用于机器制造、轻工、电子等行业。电镀废水水质较复杂，电镀废水中含有铬、锌、铜、镍、镉等重金属离子以及酸、碱、氰化物等具有很大毒性的杂物。电镀废水成分复杂，污染物可分为无机污染物和有机污染物两大类,水质变化幅度大，且电镀废水毒性大，含有大量的重金属离子，若不经处理直接排放会对周边水体造成极大的污染。
1.电镀重金属废水治理技术的现状
1.1传统的电镀废水处理方法有：化学法，离子交换法，电解法等。但传统方法处理电镀废水存在如下问题：
1.1.1成本过高——水无法循环利用，水费与污水处理费占总生产成本的15%~20%;
1.1.2资源浪费——贵重金属排放到水体中，无法回收利用;
1.1.3环境污染——电镀废水中的重金属为“永远性污染物”，在生物链中转移和积累，最终危害人类健康。
1.1.4化学沉淀法
化学沉淀法是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的方法,包括中和沉淀和硫化物沉淀等、该法是一种较为成熟实用的电镀废水处理技术,且处理成本低,便于管理,处理后废水可达标排放。
1.1.5中和沉淀法、在含重金属的废水中加入碱进行中和反应,使重金属生成不溶于水的氢氧化物沉淀形式加以分离、中和沉淀法操作简单,是常用的处理废水方法。
1.1.6硫化物沉淀法、加入硫化物使废水中重金属离子生成硫化物沉淀而除去的方法、与中和沉淀法相比,硫化物沉淀法的优点是:重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低,反应PH值在7-9之间,处理后的废水一般不用中和,处理效果更好、但硫化物沉淀法的缺点是:硫化物沉淀颗粒小,易形成胶体,硫化物沉淀在水中残留,遇酸生成气体,可能造成二次污染。
1.2氧化还原处理
1.2.1 化学还原法
电镀废水中的Cr主要以Cr6+离子形态存在，因此向废水中投加还原剂将Cr6+还原成微毒的Cr3+后，投加石灰或NaOH产生Cr(OH)3沉淀分离去除。化学还原法治理电镀废水是最早应用的治理技术之一，在我国有着广泛的应用，其治理原理简单、操作易于掌握、能承受大水量和高浓度废水冲击。根据投加还原剂的不同，可分为FeSO4法、NaHSO3法、铁屑法、SO2法等。
应用化学还原法处理含Cr废水，碱化时一般用石灰，但废渣多；用NaOH或Na2CO3，则污泥少，但药剂费用高，处理成本大，这是化学还原法的缺点。
1.2.2 铁氧体法
铁氧体技术是根据生产铁氧体的原理发展起来的。在含Cr废水中加入过量的FeSO4，使Cr6+还原成Cr3+, Fe2+氧化成Fe3+，调节pH值至8左右，使Fe离子和Cr离子产生氢氧化物沉淀。通入空气搅拌并加入氢氧化物不断反应，形成铬铁氧体。其典型工艺有间歇式和连续式。铁氧体法形成的污泥化学稳定性高，易于固液分离和脱水。铁氧体法除能处理含Cr废水外，特别适用于含重金属离子的电镀混合废水。我国应用铁氧体法已经有几十年历史，处理后的废水能达到排放标准，在国内电镀工业中应用较多。
铁氧体法具有设备简单、投资少、操作简便、不产生二次污染等优点。但在形成铁氧体过程中需要加热(约70oC)，能耗较高，处理后盐度高，而且有不能处理含Hg和络合物废水的缺点。
1.2.3 电解法
电解法处理含Cr废水在我国已经有二十多年的历史，具有去除率高、无二次污染、所沉淀的重金属可回收利用等优点。大约有30多种废水溶液中的金属离子可进行电沉积。电解法是一种比较成熟的处理技术，能减少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金属，已应用于废水的治理。不过电解法成本比较高，一般经浓缩后再电解经济效益较好。
近年来，电解法迅速发展，并对铁屑内电解进行了深入研究，利用铁屑内电解原理研制的动态废水处理装置对重金属离子有很好的去除效果。
另外，高压脉冲电凝系统(High Voltage Electrocagulation System)为当今世界新一代电化学水处理设备，对表面处理、涂装废水以及电镀混合废水中的Cr、Zn、Ni、Cu、Cd、CN-等污染物有显著的治理效果。高压脉冲电凝法比传统电解法电流效率提高20%—30%；电解时间缩短30%—40%；节省电能达到30%—40%；污泥产生量少；对重金属去除率可达96%一99%[3]。
2.电镀重金属废水治理技术展望
随着全球可持续发展战略的实施，循环经济和清洁生产技术越来越受到人们关注。电镀重金属废水治理从末端治理已向清洁生产工艺、物质循环利用、废水回用等综合防治阶段发展。未来电镀重金属废水治理将突出以下几个方面：
2.1贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用；提高电镀物质、资源的转化率和循环使用率；从源头上削减重金属污染物的产生量，并采用全过程控制、结合废水综合治理、最终实现废水零排放。
2.2电镀重金属废水的处理技术很多，其中生物技术是具有较大发展潜力的技术，具有成本低、效益高、不造成二次污染等优点。随着基因工程、分子生物学等技术的发展和应用，具有高效、耐毒性的菌种不断培育成功，为生物技术的广泛应用提供了有利条件。对于已经污染的、范围大的外环境，可采用植物修复技术治理，在治污的同时，不仅美化了环境，还可以获得一定的经济效益。
2.3综合一体化技术是未来电镀废水治理技术的热点。电镀废水种类繁多，各种电镀工艺差异很大，仅使用一种废水治理方法往往有其局限性，达不到理想的效果。因此，综合多种治理技术特点的一体化技术应运而生。
3.结语
综上所述，虽然化学法、物理化学法、生物化学法都可以治理和回收废水中的重金属，但通过生物化学法处理重金属污水成本低、效益高、容易管理、不给环境造成二次污染、有利于生态环境的改善。但生物化学法也有一定的局限性，无论是植物还是微生物，一般都具有选择性，只吸取或吸附一种或几种金属，有的在重金属浓度较高时会导致中毒，从而限制其应用。尽管如此生物化学法的研究和发展仍有广阔前景，许多学者通过基因工程、分子生物学等技术应用，使生物具有更强的吸附、絮凝、整治修复能力。我们应该充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用，并辅之以物理或化学方法，寻找净化重金属的有效途径。
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