污水中金属离子的去除方法

孙丹凤，张 鹏，高会杰

（中国石化抚顺石油化工研究院， 辽宁 抚顺 113001）

含有金属离子的污水主要来源于电镀、冶炼、化工、矿山开采、钢铁及有色金属冶炼等。金属离子污染是一种具有毒性且难以治理的污染，金属在水体中不易被微生物降解，故难以通过水体自净作用消除。重金属在水体中能发生形体间的相互转化及分散和富集过程，从而危害加剧，含有金属的污水必须加以处理之后才能够排放。

污水中金属离子的去除方法分为三类：物理法、化学法和生物法。物理法和化学法取得了一定的效果，但是对于大流域、低浓度的金属离子去除，存在处理成本高、操作复杂，二次污染等不足。随着环保要求的不断提高，和环境保护技术的发展与应用，生物法具有效果好、投资少、运作费用低、易于管理和操作、不产生二次污染[1]等优点，成为一项日益受到人们重视的处理技术。该技术在投资、运行、操作管理和金属回收、水回用等方面都比较优越。生物法主要是利用各种微生物类群间的相互配合而进行的一种物质循环的过程。随着耐金属毒性微生物的研究进展，采用生物技术处理含金属离子的污水呈现蓬勃发展势头。根据生物去除金属离子的机理不同，生物法可分为生物吸附法、生物絮凝法、生物化学法以及植物修复法[2]等。

1 污水中金属离子的去除方法

1.1 化学法

常用的化学法有化学沉淀法和氧化还原法。化学沉淀法是指把化学物质（沉淀剂）加入污水中，使其与污水中的金属离子发生化学反应，生成难溶于水的沉淀，从而将金属离子从污水中分离去除的方法。主要的化学沉淀法有硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀和中和沉淀法[3]等。化学沉淀法费用低、投资少，操作简单方便；但是在处理过程中需要大量的沉淀剂，会产生二次污染物。

1.2 物理法

物理法主要包括溶剂萃取法、吸附法、离子交换法、反渗透法和电渗析法等。

1.3 生物法

1.3.1 生物吸附法

生物吸附法是利用微生物的吸附降解等作用，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[4]。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。生物吸附法是一种处理金属离子污水污染的新兴技术。所用生物吸附剂中，来自酿酒厂的废弃酵母菌作为工业上应用最广泛一类微生物，它可以吸附水中一些常见离子K+、Na+、Ca+、Mg2+及盐度对吸附的影响很小或不影响[5]。有关啤酒酵母菌、面包酵母菌等对金属离子吸附处理的研究已有较多报道[6]。

表1 生物吸附剂种类[7]Table 1 Species of biological adsorption agents

近年来国内外使用到的生物吸附剂有菌体、藻类、细胞提取物、麦麸、米糠等等。使用细菌固定化技术，把生物吸附剂固定在藻酸钙或多聚糖上，这样可大大改善生物吸附剂的机械性能，有利于重复使用，且比单独使用生物吸附剂的吸附效果明显要好[8-11]。

1.3.2 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。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[12]。至目前为止,对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污水安全方便无毒、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。

通过对洛阳污水处理厂生物絮凝吸附法一级处理出水试验研究，得出生物强化一级处理对污水中主要污染指标的处理效果，因而将污水处理厂A2/O剩余活性污泥与进水混合进入初沉池沉淀，可以增强沉淀效果，缩短沉降时间，减少初沉池容积，减少基建投资费用。

1.3.3 生物化学法

生物化学法指通过微生物处理含重金属离子污水，将可溶性离子转化为不溶性化合物而去除。有关研究表明，生物化学法处理含 Cr6＋浓度为 30~40 mg/L的污水，Cr6＋去除率可达67%~97%。赵晓红等人用脱硫肠杆菌（SRV）去除电镀污水中的铜离子，对铜质量浓度为246.8 mg/L的溶液，当pH为4.0时，去除率达99.12%。

1.3.4 植物修复法

植物修复法(Phytoremediation)是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。植物修复的对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的，因而植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物、木本植物等[13]。它具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。

2 处理工业污水中金属离子

工业污水来源广泛，污染物种类很多，有些具有毒性，有些虽没有毒性，但是会造成水体变色和臭味效应，使水质硬度增高。特别是工业污水中含有的很多有害金属离子，对水资源有很大的污染。

目前针对水煤浆制氢污水的回用出水金属成分及其含量的ICP/MS分析结果：处理前主要是Na离子含量为 117.41 mg/L，Ca离子289.93 mg/L， K离子37.28 mg/L，其他还有些微量的Sr，Mg等离子，出水达不到回用水的标准。针对水煤浆制氢污水中的金属浓度不是很高的状况，去除过程中应避免带入过多的其他污染物质。生物吸附法可以筛选一种吸附金属离子的生物吸附剂，自然界的自养微生物菌群利用金属离子合成自身营养所需，利用微生物处理污水，可以吸收利用掉一部分K、Na离子。对污水中存在的部分 Sr2+离子，可以选用一种合适的无污染的吸附剂。冯媛[16]等研究了在强酸性环境下，硅藻土对Sr2+的吸附效果较佳，木纤维对Sr2+的吸附去除率与木纤维粒度、吸附时间、溶液的pH、木纤维的用量、温度及介质等因素有关。除此之外，生物吸附剂也可以同时吸附K+、Na+、Ca+、Mg2+离子。

抚顺石油化工研究院利用活性污泥生物吸附法对水煤浆制氢污水中金属离子进行了处理。最终试验结果表明：对水煤浆制氢污水中一定浓度的金属离子的去除率达到90%以上，达到了循环水回用的标准。

3 总结与展望

综上所述，生物法处理含高浓度金属离子的污水，可以有效地吸附溶于水中的金属离子，降低金属离子的浓度，从而有效地治理含有金属离子的污水；特别对于低浓度金属离子的去除优势更加明显。虽然生物法也有一定的局限性，但是由于其显著优点，使得生物技术方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、修复能力。生物吸附法去除污水中金属离子的技术近年来受到极大的关注，这不仅由于其生物处理技术作为一种行之有效、安全可靠的方法，在环境污染的治理中起到重要作用，寻找研发价格低廉、选择性好、易再生的水处理吸附剂是环保产业发展的急切需要。

为了满足日益严格的环保要求，同时实现污水回用和金属回收，单一的方法往往难以达到要求，而将几种已有技术集成起来，使它们之间优势互补，是达到水污染治理和资源回收双重目的的可行方法。这种联合处理方法降低了能耗，又能使出水达到回用的目的，使含金属污水达到了真正的无害化和资源化的处理，并最终达到零排放的目的。

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