杜士帽，董四祿

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法主要分為中和沉淀法、螯合沉淀法、硫化物沉淀法。中和沉淀法是通過向廢水中投加石灰乳、氫氧化鈉、碳酸鹽等沉淀劑形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀而去除重金屬離子。鰲合沉淀法主要利用的是重金屬捕集劑，其與廢水中的重金屬離子形成難溶的鰲合物后沉淀析出，從而達到去除重金屬的目的。硫化物沉淀法是將重金屬廢水調(diào)至一定堿度后，向其中投加硫化物沉淀劑，使硫離子與重金屬離子反應(yīng)生成難溶于水的沉淀，而后過濾分離重金屬的方法[1]。

化學(xué)沉淀法具有處理成本較低，管理方便，效率高、簡便等優(yōu)點，但存在許多限制[2]，化學(xué)沉淀法不適合處理低濃度的重金屬廢水，且受沉淀劑和溶液性質(zhì)的影響很大，同時由于不同金屬的氫氧化物理論最小溶解度的pH值不同，故重金屬的綜合去除率受到影響，容易造成二次污染。

2 微生物法

在廢水處理中，通過功能菌的作用，使廢水中的銅、鉻、鋅、鎘、鎳、鉛等金屬離子被菌體吸附和絡(luò)合，經(jīng)固液分離，重金屬離子隨沉淀成污泥而去除。微生物法處理電鍍廢水有以下優(yōu)點[3]：(1)綜合處理能力強，能夠較好地處理電鍍綜合性廢水；(2)處理方法簡便適用，不需要繁瑣地調(diào)節(jié)廢水pH值；(3)處理過程控制簡單，生物法處理電鍍廢水運行過程中實際上只有一個控制參數(shù)，就是含菌水和廢水的混合比例，運行中的控制很簡單，容易實現(xiàn)自動化處理。但同時仍存在一些缺點[4]：(1)功能菌反應(yīng)效率有待提高；(2)功能菌繁殖速度較慢；(3)處理后廢水難以回用。

3 電化學(xué)法

電化學(xué)法是運用電解原理，通過重金屬離子在水溶液中定向的遷移至電極發(fā)生氧化還原反應(yīng)來達到廢水凈化的方法，可分為電解還原法、電絮凝法和微電解法等。

電解還原法是利用廢水中的重金屬離子和有害物質(zhì)通過電解過程在陽、陰兩極上分別發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)；或利用電極氧化和還原產(chǎn)物與廢水中的有害物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶于水的沉淀物，然后分離去除。目前研究較多的為電沉積，其最大的優(yōu)點為可以回收廢水溶液中的重金屬，與傳統(tǒng)的化學(xué)沉淀法相比，較為經(jīng)濟。電解還原法處理電鍍廢水，國內(nèi)外都存在耗電量高、電極板消耗大、處理成本高[5]等特點，同時并不能完全去除廢水中的重金屬離子，而且沉淀的氫氧化物組成并不穩(wěn)定，在一定的氧化劑或酸性介質(zhì)中，有重被溶解的可能，引起二次污染的問題。

電絮凝又可以稱為電凝聚，是指可溶性金屬電極板(如鐵板、鋁板)，在外加的直流電源作用下，金屬陽極板電解產(chǎn)生大量的陽離子，這些陽離子經(jīng)過一系列復(fù)雜的水解和聚合作用，產(chǎn)生具有絮凝作用的物質(zhì)，對水中污染物進行絮凝，從而將污染物去除的過程。

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電解過程如下：

Al陽極反應(yīng)：

Al→Al3++3e

Al3++3H2O→Al(OH)3+3OH-

nAl(OH)3→Aln(OH)3n

陰極反應(yīng)：

3H2O+3e→3/2H2+3OH-

電絮凝的作用機理主要包括三個方面：電解絮凝、電氣浮以及氧化還原。主要起到絮凝重金屬、浮選、氧化還原有機物的作用。

影響電絮凝處理效果的因素主要有：NaCl投加量、電流密度、電壓、pH值、反應(yīng)時間、極板間距、廢水濃度等。

電絮凝技術(shù)具有以下優(yōu)點：(1)設(shè)備簡單，使用方便；(2)不產(chǎn)生二次污染且產(chǎn)泥量少；(3)去除重金屬的同時也可去除廢水中的有機物，提高了廢水的可生化性。但電絮凝技術(shù)用于廢水處理的潛能目前尚未完全挖掘出來，其主要原因在于該技術(shù)還存在一些缺點：(1)陽極需要定期更換；(2)處理高濃度的重金屬廢水，耗電量較大，且大多企業(yè)的電費較高；(3)極板容易發(fā)生鈍化，會影響廢水處理的效率；(4)廢水需要保持一定的電導(dǎo)率，適應(yīng)性較差。

微電解法是利用鐵碳顆粒表面以鐵為陽極，碳化鐵、硅和其他雜質(zhì)為陰極的微小腐蝕電池之間存在著電位差而形成了無數(shù)個細微原電池，并以廢水為電解質(zhì)溶液(含Cr6+、Cu2+、Ni2+、Zn2+廢水)，以電化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)(包括氧化- 還原、置換、絮凝、吸附、共沉過濾等諸多原理)綜合作用來去除廢水中的重金屬離子。將鐵碳顆粒物浸沒在廢水中時，如果廢水酸性強，還原鐵會和酸反應(yīng)生成Fe2+，在弱酸或中性條件下由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會形成無數(shù)個微原電池。微電解法具有使用范圍廣、工藝簡單、處理效果好、能耗低等特點，但存在反應(yīng)時間長、處理效果沒有電解還原法好等問題。

4 離子交換法

離子交換法是利用離子交換樹脂中的交換離子同電鍍廢水中的某些離子進行交換而將其除去，使廢水得到凈化的方法。離子交換的過程一般可認為是被處理水溶液中的離子擴散到樹脂表面附近的液膜層，然后再由樹脂表面擴散到活性基團所帶的可交換離子附近并進行交換。從樹脂上被交換下來的可交換離子，通過樹脂內(nèi)部微孔擴散到樹脂表面，然后通過薄膜擴散到被處理的水溶液中。

離子交換法適用于濃度低，水量大的廢水處理，不適于處理含重金屬濃度高的廢水，因為交換樹脂交換容量有限，易飽和，樹脂再生效率較低，一般為20%～40%。同時，離子交換法一次投資大，一般占地面積較大，存在再生洗脫液的處理問題，易造成二次污染。

5 膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)去除重金屬廢水原理是以壓力為推動力，依靠膜的選擇透過性進行重金屬離子與水的分離、純化與濃縮的一種處理技術(shù)[6]，可分為微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析等。

微濾和超濾是在一定壓力差的作用下，依據(jù)孔徑的大小進行篩分，去除重金屬時，需與其他技術(shù)相結(jié)合。納濾的操作區(qū)間介于超濾和反滲透之間，可以截留約1nm的物質(zhì)[7]。反滲透膜是一種半透膜，且具有選擇透過性，允許溶劑通過而截留離子物質(zhì)，因此能夠有效去除水中溶解的重金屬鹽類[8]。

國內(nèi)外用反滲透處理含鎳廢水有兩種方法，一種是單反滲透處理，另一種為反滲透與離子交換法聯(lián)合處理。Qin等人[9]研究了用反滲透膜處理電鍍廢水的可行性，得到鎳離子的去除率為99.8%，其中進水pH值對鎳離子的去除率有較大的影響。Benito等人[10]用反滲透處理電鍍廢水，可以回收75.95%凈化水用于生產(chǎn)過程，減少大量的廢水排放，同時又可以全部去除金屬離子。

電滲析是一種利用低壓直流電將廢水中的陰陽離子定向運動并選擇性地透過陰、陽薄膜，并將電解質(zhì)濃縮在一定的區(qū)域內(nèi)，另一些區(qū)域內(nèi)則得到較純的水。

電滲析的濃縮比較高，濃縮液與淡液的濃縮比可達100倍左右，比反滲透濃縮比高，濃縮后的溶液可回用于鍍槽。但電滲析器運行中在陰膜和陽膜靠濃水的面上有時出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象[11]。結(jié)垢是由于電滲柝過程所產(chǎn)生的極化現(xiàn)象所引起的。電滲析處理的電鍍廢水，要求金屬離子濃度較高，而且存在濃差極化的問題，造成膜的結(jié)垢，影響膜的壽命，故應(yīng)用較少。

采用膜分離技術(shù)處理重金屬廢水具有能耗低、占地少、操作方便、無相變、無二次污染、分離物易于回收、系統(tǒng)運行穩(wěn)定和出水水質(zhì)好等優(yōu)點。但也存在穩(wěn)定性差、清洗較難、處理成本較高等問題[12]。成本高、通量小、操作過程復(fù)雜等特點限制了其在重金屬廢水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前，仍需研究開發(fā)抗污性能和分離性能優(yōu)良、使用壽命長的膜材料。

6 吸附法

吸附劑是吸附法的核心因素，其性能的優(yōu)劣決定了分離效果的好壞及分離效率的高低。重金屬廢水的處理效果主要取決于吸附劑的比表面積、孔的結(jié)構(gòu)特征和表面上的功能基團。重金屬處理的吸附劑按來源和化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為天然吸附劑、合成吸附劑等類型。

天然吸附劑，主要為天然礦物和經(jīng)過加工處理的產(chǎn)物，由于來源廣泛，價格低廉，在重金屬廢水處理行業(yè)引起了廣泛的重視。同時農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)品及其加工過程中產(chǎn)生的廢棄物，應(yīng)用于重金屬吸附的主要有木纖維、玉米稈、稻殼、木屑、樹皮和殼聚糖等。

改性天然吸附劑，鑒于純天然吸附劑雖然來源廣泛，價廉易得，但是由于本身結(jié)構(gòu)的局限，對于重金屬的吸附容量較小，吸附效率低，選擇性差等缺點，對其進行物理或者化學(xué)改性，改善其吸附性能和選擇性。

合成吸附劑可以根據(jù)吸附對象的結(jié)構(gòu)特點和性能來進行設(shè)計和合成，相比天然吸附材料具有結(jié)構(gòu)與性能上的可設(shè)計性和預(yù)期性，合成過程的可控性，可以更好地滿足吸附分離要求。

理想的吸附劑應(yīng)具有適用范圍廣、吸附容量大、吸附選擇性好、吸附時間短、再生性能好、機械強度好、無污染和制備價格廉價等特點。處理重金屬廢水難以實現(xiàn)重金屬回收和吸附劑的回用。

7 結(jié)論

本文通過調(diào)研分析重金屬廢水的處理方法，得出以下結(jié)論，近年來微生物、電化學(xué)、離子交換、膜分離技術(shù)、吸附等處理重金屬廢水的技術(shù)引起了越來越多的關(guān)注，這些方法相比沉淀法具有安全、無毒、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點。相關(guān)技術(shù)已在實驗室得到論證，部分已得到實際運用，因此利用上述新興方法處理重金屬廢水具有很好的發(fā)展前景，但各類方法均存在不足。本人認為采用組合工藝發(fā)揮不同處理方法的技術(shù)優(yōu)勢是提高重金屬處理效率的一種可行方法，如何利用各種方法的特點，有效的組合各種重金屬處理工藝，提高重金屬的治理效率有效回收廢水中重金屬也是重金屬廢水處理需要重視的問題。