我國(guó)是一個(gè)水資源短缺的國(guó)家,其水資源已經(jīng)不可避免地影響到國(guó)家的生存和穩(wěn)定。我國(guó)當(dāng)前廢水排放量的 60%左右均是由冶煉企業(yè)排放的重金屬?gòu)U水,一方面廢水中含有的重 金屬?zèng)]有完全去除,造就資源的浪費(fèi),另一方面重金屬由于是一 種永久性的污染物,持久性污染、危害性大、已經(jīng)嚴(yán)重威脅到居 民的正常生活安全和質(zhì)量。因此,對(duì)重金屬?gòu)U水的處理已經(jīng)成為當(dāng)前世界環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。

1 重金屬?gòu)U水處理技術(shù)

1.1 物理化學(xué)法。當(dāng)前使用的物理化學(xué)法有離子交換法、 吸附法、萃取法、反滲透及電滲析法,本論文對(duì)其應(yīng)用較多的是吸附法、離子交換法及反滲透及電滲析法。

1.2 吸附法。吸附法是利用帶有一定特殊基團(tuán)的吸附劑對(duì) 廢水中含有的重金屬進(jìn)行吸附,從而達(dá)到去除金屬的作用。從已經(jīng)研究和實(shí)際應(yīng)用中,常用的吸附劑是活性炭。活性 炭是一種球體的吸附劑,比表面積大,吸附容量比較大,但由于其價(jià)格高,再生和操作較為頻繁,在一定程度上限制了其應(yīng)用。 因而,很多學(xué)者都轉(zhuǎn)向其他吸附劑上進(jìn)行研究。周利民等將麥麩作為天然的吸附劑,對(duì)水溶液中的重金屬離子進(jìn)行去除前后的對(duì)比,麥麩由于含有大量的纖維素及蛋白質(zhì)等物質(zhì),從而擁有大量的功能基團(tuán),可對(duì)重金屬進(jìn)行吸附或絡(luò)合等作用。實(shí)驗(yàn)表明麥麩在 10 分鐘內(nèi)達(dá)到吸附平衡,其對(duì)汞、鉛、鎘、銅、鉻及鎳的吸附容量分別為 70 mg/g、63 mg/g、21 mg/g、15 mg/g、9.3 mg/g 及 13 mg/g,對(duì)這些重金屬離子均有良好的選擇吸附性。此外,橄欖 葉、白楊木材鋸末經(jīng)過(guò)研磨后也對(duì)含汞、鉛銅、鋅和鎘的電鍍廢 水均有良好的吸附性能。

1.3 離子交換法。離子交換法也是一種通過(guò)對(duì)固體物質(zhì)上 對(duì)重金屬進(jìn)行離子交換,從而將廢水中有害物質(zhì)進(jìn)行去除。采 用大孔型陰離子交換樹脂對(duì)電鍍廢水中鉻的氧化物進(jìn)行處理, 其處理后的廢水能夠進(jìn)行循環(huán)使用;采用氫型強(qiáng)堿性大孔陰離 子樹脂對(duì)含汞廢水中的二價(jià)汞進(jìn)行離子交換后,經(jīng)過(guò)中和處理 后能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。該方法去除率較高,但受交換劑品種、性 能、成本等因素影響,同時(shí)對(duì)進(jìn)入離子交換前的預(yù)處理有較高的 要求。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,該方法常作為工藝處理中一道不 可或缺的處理方法。

1.4 反滲透法和電滲析法。這是一種膜滲透分離重金屬的 方法。反滲透法和電滲析法在重金屬?gòu)U水處理中均有大規(guī)模的應(yīng)用,其截留的機(jī)理主要是篩分機(jī)制和靜電排斥,重金屬離子的截留效果與重金屬離子的價(jià)態(tài)有著密不可分的關(guān)系。黃萬(wàn)撫等對(duì)位于福建沿海山區(qū)的紫金山礦場(chǎng)廢水進(jìn)行處理,在經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的預(yù)處理后,對(duì)其進(jìn)行反滲透處理。經(jīng)過(guò)處理后的凈化水中的二價(jià)銅離子濃度均小于 0.5 mg/L,從而使其廢水得以凈化,處理效果較明顯。

1.5 化學(xué)法?；瘜W(xué)沉淀法是重金屬?gòu)U水處理方式中常用的方法。其主要有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體沉淀法、 鋇鹽沉淀法、氧化還原法、氣浮法及電解法等。

中和沉淀法是通過(guò)投加中和型的藥劑,使其廢水中的重金屬離子與之結(jié)合后能夠形成氫氧化物或碳酸鹽類物質(zhì),該類物 質(zhì)溶解度均較小,有利于重金屬物質(zhì)的沉降。該方法形成的沉渣量較大,容易造成二次污染,因而限制了其廣泛應(yīng)用;硫化物 沉淀法是通過(guò)在重金屬?gòu)U水中投加硫化鈉、硫化氫等硫化劑等物質(zhì),使其重金屬與硫結(jié)合后形成硫化物沉淀析出。該方法由于其硫化劑有毒,價(jià)格高,容易處理不當(dāng)時(shí)造成二次污染,需處 理效果與投加藥劑的劑量及運(yùn)行控制均有關(guān)系;同樣道理,鐵氧 體沉淀法、鋇鹽沉淀法等方法也是通過(guò)與重金屬形成的鐵氧體 晶體、鋇類沉淀物等方式,對(duì)其重金屬進(jìn)行化學(xué)沉降的方法來(lái)去 除重金屬。

氣浮法則是通過(guò)先將廢水中的重金屬離子析出,在表面活性物質(zhì)的作用下,使重金屬析出物疏水,通過(guò)黏附到上升的氣泡表面,從而得以去除。通常有吸附膠體、沉淀氣浮、泡沫氣浮、離 子氣浮等方法。氣浮法雖對(duì)重金屬去除有獨(dú)特的作用,但是在浮渣和凈化水回用方面仍不能妥善得以解決。

氧化還原法是在廢水處理過(guò)程中通過(guò)加入還原劑,將重金屬價(jià)態(tài)進(jìn)行還原,然后進(jìn)行沉淀的方式。如:廢水中含有 Cr6+,在 酸性條件下加入還原劑,沉淀反應(yīng)前將 Cr6+還原為 Cr3+,然后再進(jìn)行沉淀。該方法產(chǎn)生的化學(xué)污泥量小,效果較好,但是處理成本 較高。

電解法是利用電化學(xué)的原理來(lái)進(jìn)行處理廢水,重金屬離子 在陰極表面得到電子而被還原為金屬。通常該方法不需要加入很多的藥劑,占地面積小,同時(shí)可以得到純金屬。王健康等在 使用電解法對(duì)含鉛廢水處理,得出在 Pb2+在 100 mg/L 時(shí)再生效果 好,常作為電解的終點(diǎn)。

市面上出現(xiàn)的金屬捕捉劑通過(guò)與重金屬離子進(jìn)行結(jié)合后, 生成穩(wěn)定且難溶于水的金屬螯合物。徐穎等用 PEI 處理多種 重金屬的廢水,結(jié)果表明對(duì)鉛、鎘、銅及汞離子的去除率均能達(dá) 到 99%以上,且不受 pH、共存離子的影響。

1.6 生物法。由于物理化學(xué)法和化學(xué)法對(duì)藥劑、設(shè)備等種 種要求,指標(biāo)容易波動(dòng)、運(yùn)行成本較高等原因,而生物法在重金 屬去除方面又有相當(dāng)強(qiáng)的富集和吸附能力,越來(lái)越成為未來(lái)研 究和發(fā)展的方向。微生物與重金屬的作用主要包括生物體對(duì)金屬的自然吸附、代謝產(chǎn)物對(duì)金屬的沉淀作用、生物體內(nèi)的蛋白與金屬的結(jié)合以及重金屬在生物體內(nèi)酶的作用下的轉(zhuǎn)化,從而對(duì)廢水中的重金屬進(jìn)行有效的去除。這些微生物以藻類、真菌、細(xì) 菌等為代表,來(lái)源豐富,成本較低、吸附速度較快,同時(shí)無(wú)毒無(wú) 害、無(wú)二次污染。生物法主要包括生物吸附法、生物沉淀法以 及固定化生物法,以微生物與重金屬結(jié)合的方式來(lái)去除廢水中的重金屬。生物吸附法是通過(guò)微生物吸附金屬,金屬離子與其 發(fā)生配位、螯合、離子交換、物理吸附及微沉淀等作用,然后金屬運(yùn)送至細(xì)胞內(nèi);生物沉淀法是利用微生物新陳代謝產(chǎn)物使重金屬離子進(jìn)行沉淀固定的方法。當(dāng)前發(fā)展較快的是硫酸鹽還原菌在厭氧條件下產(chǎn)生的硫化氫和廢水中的重金屬進(jìn)行反應(yīng)生成硫化物沉淀,其重金屬的去除率較高;固定化生物法處理廢水具有 生物量高、處理效率高、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)外 Iqbal 等通過(guò)將黃孢原毛平革菌與絲瓜瓤固定在一起,對(duì)實(shí)驗(yàn)室配置的廢水 中的鉛、銅及鋅離子進(jìn)行吸附,在 pH 為 6.0,吸附1h 后,三種重金屬的去除率能分別達(dá)到 88.2%、68.7%和 39.6%。張利等利用發(fā)酵工業(yè)廢棄的黑根霉菌吸附鉛離子,在 pH 范圍為 3.0-6.5 之間吸附能力強(qiáng)。涂勇等將活性污泥固定化后對(duì)重金屬離子進(jìn)行吸附研究,其 pH 和底物濃度對(duì)吸附性能有較大的影響, 而與溫度影響卻不大。

2 重金屬?gòu)U水處理技術(shù)展望

重金屬?gòu)U水是個(gè)復(fù)雜的混合體系,采用以前的單一處理方法已經(jīng)較難滿足處理要求,與此同時(shí),日益增加的處理成本及嚴(yán)格的指標(biāo)要求,人們?cè)絹?lái)越多的將其采用綜合組合工藝,揚(yáng)長(zhǎng)補(bǔ)短,低耗地去除廢水中重金屬離子,同時(shí)滿足廢水的回用和重金屬的回收。相信伴隨著技術(shù)不斷地發(fā)展和成熟,能夠合理穩(wěn)定地處理重金屬?gòu)U水。