水环境中的重金属污染物成为重要环境问题，重金属污水该如何处理？

2022-06-12 10:27:47  信息编号：K220226  浏览次数：66

随着我国工业的不断发展，水环境中的重金属污染物已经成为一个日益突出的环境问题。

我国是一个水资源极度短缺的国家,其水资源已经不可避免地影响到国家的生存和稳定。我国当前废水排放量的60%左右均是由冶炼企业排放的重金属废水,一方面废水中含有的重金属没有完全去除,造就资源的浪费,另一方面重金属由于是一种长久性的污染物,持久性污染、危害性大、已经严重威胁到居民的正常生活安全和质量。因此,对重金属废水的处理已经成为当前世界环保领域的重大课题。

重金属废水的来源及其危害

重金属一般是指密度大于4.5 g/cm3的金属，主要包括汞、镉、铅、铬、钒、锰、铜、锌及镍等有毒重金属元素。重金属是地壳的重要构成元素，广泛地分布于自然界中，并在自然环境中迁移、转化、循环。水体中的重金属主要来自两部分：自然源和人为源。通过自然循环进入水体中的重金属浓度一般较低，不会影响人体健康，人为源是造成水体重金属污染的主要原因。由于一些人为因素，大量的重金属向环境中排放并不断累积，使其远远超过了环境的本底含量，从而造成了严重的重金属污染。采矿、冶金、石油化工、电子生产、制革等工业生产过程中均会产生含重金属离子的废水和废渣，其中冶金和采矿是最重要的重金属污染源。水体流经被重金属污染的土壤及含重金属的大气沉降物排入水中，也能使水中重金属含量急剧升高，进一步加剧水体重金属污染。

重金属在水中不断的迁移转化，形态也可能发生变化，并有可能被水中胶体物质等吸附，浓度随着pH和水温的变化不断变化。但是重金属不能被生物降解，因此水中重金属的总量不会减少。进入水中的重金属部分被水生生物所摄取，并在食物链中放大，而且有可能转化成毒性更大的形态，最后富集在人体内；直接饮用含重金属的水或者食用含重金属的水浇灌的农作物也会使重金属进入人体内。重金属能够使蛋白质结构发生不可逆转的改变，蛋白质的功能也随之丧失，从而影响人体的正常代谢活动，导致各种疾病的发生和机体紊乱。世界八大公害事件中的水俣病和骨痛病都是由于重金属中毒引起的。其中，水俣病是工厂排放废水中汞所引起的，汞被水生生物食用后在体内转化成甲基汞，甲基汞的毒性是汞毒性的100倍，而且甲基汞更容易溶于脂肪，主要侵犯中枢神经系统。

重金属废水处理技术

一、 沉淀法

1．氢氧化物沉淀法

往重金属废水中加入碱性溶液，利用OH-与重金属离子反应生成难溶的金属氢氧化物沉淀，通过过滤予以分离。氢氧化物沉淀法包括分步沉淀法和一次沉淀法两种。分步沉淀法是分段加入石灰乳，利用不同的金属氢氧化物在不同的pH值下沉淀析出的特性，依次回收各金属氢氧化物。一次沉淀法则是一次性投加石灰乳，使溶液达到额定的pH值，从而使废水中的各种重金属离子同时以氢氧化物沉淀的形式析出。

2 .硫化物沉淀法

将重金属废水pH值凋节为一定碱性后，再通过向重金属废水中投加硫化钠或硫化钾等硫化物，或者直接通人硫化氢气体，使重金属离子同硫离子反应生成难溶的金属硫化物沉淀，然后被过滤分离。由于金属硫化物的溶度积比相应的金属氢氧化物的溶度积小得多，因此，硫化物沉淀法比氢氧化物沉淀法具有更多的优点，比如沉渣量少，容易脱水，沉渣金属品位高，有利于金属的回收。可是硫化物沉淀法也有不足之处，比方说硫化物结晶比较细小，难以沉降，因而应用也不是很广。

3. 还原一沉淀法

这种方法的原理是，用还原剂将重金属废水中的重金属离子还原为金属单质或者价态较低的金属离子，先将金属过滤收集，然后再往处理液中加入石灰乳，使得还原态的重金属离子以氢氧化物的形式沉淀收集。铜和汞等的回收可以利用这种方法。该法也常用于含铬废水的处理。较常使用的还原剂有硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、铁粉等。

4. 絮凝浮选沉淀法

通过添加絮凝剂使得重金属废水中的小胶体颗粒稳定性变差，聚集形成大颗粒胶体物质，最终通过重力作用沉淀下来。为增大胶体颗粒的尺寸，采用浮选的办法，用于将不稳定的胶体粒子变为固相絮凝物。这一浮选过程一般包括两个重要的步骤，一是调节pH值，二是加入含铁或铝盐的絮凝剂，以克服离子间静电排斥导致的稳定作用。

二、 物理化学法

1. 吸附法

(1)物理吸附法。活性炭是最早使用的吸附剂，也是目前使用最广泛的吸附剂。之所以能够进行物理吸附，是因为活性炭具有高的比表面积以及高度发达的孔隙结构。后来在此基础上又出现了活性炭纤维等衍生物，去除效率高，但价格比较昂贵。能够用于物理吸附的材料还有各种矿物质以及分子筛等。

(2)树脂吸附。环保是树脂吸附法的一个重要的特点，这种方法能够分离、纯化、回收重金属，效果显着。主要是由于树脂中含有各种活性基团，比较典型的有羟基、羧基、氨基等，能够与重金属离子进行螯合，因而这些功能性树脂材料能有效的吸附重金属离子。根据活性基团的种类不同，分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。

(3)生物吸附。近些年来，很多研究者将各种生物(如植物、细菌、真菌、藻类以及酵母)经处理加工成生物吸附剂，用于处理含重金属废水。生物体具有特定的化学结构以及成分特征，

而生物吸附法的主要原理，就是利用生物体的这些特性来吸附溶于水中的重金属离子。生物吸附法具有几个特点：①生物吸附剂可以降解，一般不会发生二次污染；②来源广泛，容易获取并且价格便宜；③生物吸附剂容易解析，能够有效地回收重金属。

2． 浮选法

往重金属废水中通人气体产生气泡，废水中的胶体颗粒会附着在气泡表面，这些胶体粒子可随气泡的上浮从而实现将依附在粒子上的重金属离子加以分离。该方法具有如下优点：对粒子的去除效果好，操作省时，费用低廉，在一定条件下，既可消除重金属污染，又可回收金属，并且还能避开某些重金属氢氧化物或碳酸盐过滤困难的问题。

3. 离子交换法

用离子交换树脂把废水中的重金属离子交换出来，从而除去重金属离子。不过，离子交换树脂价格昂贵，其再生费用也比较高，所以，在废水处理中使用很少。但对于少量有回收价值的有毒金属来说是个不错的方法。

4.溶剂萃取分离

溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液一液接触，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，例如在酸性条件下，与萃取剂发生络合反应，从水相被萃取到有机相，然后在碱性条件下被反萃取到水相，使溶剂再生以循环利用。这就要求在萃取操作时注意选择水相酸度。尽管萃取法有较大优越性，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。

三、 电化学处理技术

1． 电解法

电解法的主要原理，是对重金属废水进行电解时，重金属离子在阴极得到电子被还原，这些重金属要么沉淀在电极表面，要么沉淀到反应槽底部，从而起到降低废水中重金属含量的效果。

2 .电沉积

这种方法的原理是，在传统的化学沉淀方法中，加入电压，通过改变溶液的电势，促进重金属离子更好地沉淀。电沉积在酸性和碱性废液中都适用。

3. 膜分离技术

膜分离法是利用高分子所具有的选择性来进行物质分离的技术，包括电渗析、反渗透、膜萃取、超过滤等。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。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金属离子废水都适宜用电渗析处理，已有成套设备。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。采用反渗透法处理电镀废水，已处理水可以回用，实现闭路循环。液膜法治理电镀废水的研究报道很多，有些领域液膜法已由基础理论研究进入到初步工业应用阶段，如我国和奥地利均用乳状液膜技术处理含Zn废水，此外也应用于镀Au废液处理中。膜萃取技术是一种高效、无二次污染的分离技术，该项技术在金属萃取方面有很大进展。

四、生物化学法

1. 生物塘净化法

该方法的原理，是利用复合的水生生态系统的协同作用，完成对重金属污染物的吸收、积累、分解以及净化作用。

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。可见，利用水生动物处理重金属废水存在一定的可行性。研究发现，利用双壳(河蚌)处理重金属废水，在重金属浓度为3.125 mg／L时，双壳生物对重金属Zn、Cd、Pb2+ 、Ag 的脱除系数达到72．0％～89．9％，对双壳法处理重金属废水的可行性作了肯定。

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。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. 植物修复法

重金属污染植物修复，是指利用植物的生命活动，提取，吸收并固定被污染水体中的重金属离子，从而达到减轻重金属废水危害的目的。

5.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。微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物。一般由多糖、蛋白质、DNA、纤维素、糖蛋白、聚氨基酸等高分子物质构成，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。至目前为止，对重金属有絮凝作用的约有十几个品种，生物絮凝剂中的氨基和羟基可与Cu2+、 Hg2+、Ag+、Au2+等重金属离子形成稳定的鳌合物而沉淀下来。应用微生物絮凝法处理废水安全方便无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，且生长快、易于实现工业化等特点。此外，微生物可以通过遗传工程、驯化或构造出具有特殊功能的菌株。因而微生物絮凝法具有广阔的应用前景。

6. 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。利用胞外聚合物分离金属离子，有些细菌在生长过程中释放的蛋白质，能使溶液中可溶性的重金属离子转化为沉淀物而去除。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。

7.生物化学法

生物化学法指通过微生物处理含重金属废水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。硫酸盐生物还原法是一种典型生物化学法。该法是在厌氧条件下硫酸盐还原菌通过异化的硫酸盐还原作用，将硫酸盐还原成H2S，废水中的重金属离子可以和所产生的H2S反应生成溶解度很低的金属硫化物沉淀而被去除，同时H2S的还原作用可将SO42-转化为S2-而使废水的pH值升高。因许多重金属离子氢氧化物的离子积很小而沉淀。有关研究表明，生物化学法处理含Cr6+浓度为30～40mg/L的废水去除率可达99.67%～99.97%。有人还利用家畜粪便厌氧消化污泥进行矿山酸性废水重金属离子的处理，结果表明该方法能有效去除废水中的重金属。赵晓红等人用脱硫肠杆菌(SRV)去除电镀废水中的铜离子，在铜质量浓度为246.8 mg/L的溶液，当pH为4.0时，去除率达99.12%。