重金属废水污染防治技术研究及分类

尹衍凯　李浩

摘要：目前，中国已经成为世界有色金属第一生产和消费大国。矿产资源的开发利用在对国民经济发展起重要的推动作用的同时，也带来了比较严重的经济问题。重金属对环境的污染是多方位、多途径的，对大气、地表水、地下水、土壤和生态环境都有不同程度的污染。本篇文章主要讲述重金属对水的污染及重金属废水污染的防治技术。

关键词：重金属废水污染；来源及危害；防治

正文：

一、重金属废水的来源、危害及其污染特性

1重金属废水的来源

含金属离子的工业废水主要来自于机械加工、钢铁及有色金属的冶炼、矿山开采和部分化工企业。

金属矿山的废水主要来自在采矿生成过程中排出的矿坑水、废石场的雨淋污水以及洗矿、尾矿废水。一般金属矿体上都会有多种金属和硫化矿物，这些物质在开采过程中，在空气、水和细菌的作用下共同形成硫酸—硫酸高铁盐，并溶出石矿多种离子，因此而产生含铜、铁、锌、镉、砷等的酸性废水。

大多数重金属是人体所必需的微量元素，但是重金属废水污染已经成为威胁人类发展的重大环境问题，例如震惊世界的日本“水俣病”和“痛痛病”就是分别由含汞和镉的废水污染环境造成的。重金属对人类健康的危害是多方面、多层次的，其可以危害人类的生殖系统，威胁儿童和成人的身体健康等等。

重金属不能被降解，而且当其溶入水中后，污染范围更加扩大，除部分被水生生物吸收外，其他大部分被水中有机和无机胶体及微粒物质吸附，最终沉降到水体底部，受温度、PH等因素的影响，重金属废水的污染持续时间很长。

3重金属废水的污染特性

3.1持续时间长

天然水体中重金属浓度虽然按较低，但是其毒性持续时间长。并且在一些水生生物的作用下，重金属也有可能转变为重金属有机化合物，毒性更加强烈。

3.2生物富集

生物从重金属废水中摄取的重金属在其体内富集，他们作为食物进入人体最终在人体内富集，严重危害人体健康。生物富集是重金属废水污染的突出特点。

3.3难降解

重金属无论用什么方法处理或者用微生物都不能降解，只会因此而改变化合价和化合物种类，而化合价改变可以使重金属在水中的溶解度增大，也可能使沉入水中的重金属又释放到水中而转移。

3.4毒性范围

天然水体中只要含有微量重金属元素就会产生毒性反应，毒性较强的汞毒性范围为0.001～0.1mg/L

二、重金属废水处理技术现状及其分类

1重金属废水处理技术现状

目前处理重金属废水的主要方法主要有化学法、物理法、生物法、氧化铁法等等。化学法应用技术较易实现，只要能够选择合适的药剂，并且根据化学反应方程式计算投加量即可较高效的除去废水中的重金属离子。对于较少量的废水则可选用手工操作处理，或者使用处理重金属废水的一步处理机；而水量较大并且条件允许的时候可用大型设备自动化操作，对不同重金属离子要求沉淀的PH条件，按照先后顺序设计程序完成对废水的处理。

2重金属废水处理技术分类

2.1化学法

化学法主要利用化学反应除去废水中溶解物质和胶体，主要包括中和法、化学沉淀法、氧化还原法、电解法等。

（1）大多数重金属废水呈酸性，所以一般会向废水中投加碱中和剂，使重金属离子转变为溶解度较小的氢氧化物或者碳酸盐沉淀而除去。这种方法的特点是在除去重金属离子的同时可以除去废水中的酸。工业上对于含酸量不大的低浓度废水，由于其回收价值不大，所以一般采取中和法处理。

（2）化学沉淀法

化学沉淀法分为一次沉淀和分段沉淀两种。一次沉淀是指一次投加碱剂提高溶液PH，使各种离子同时沉淀，这种方法粗暴简单，但是沉淀中混有多种重金属离子，不利于回收。分段沉淀是根据不同沉淀物在不同的PH条件下沉淀的特性，分段投加碱剂，控制PH，这种方法比较复杂，但是却有利于重金属的回收分类。氧化铁法就属于二次化学沉淀法。

（3）氧化还原法

对于具有多种化合价的重金属离子，可以根据其氧化或还原产物能够变为无害物质，或者比较容易与水分离的性质，将其改变物质形态，从而达到将其从废水中除去的目的。例如Cr6+，在酸性条件下加入还原剂，将其变为+3价，然后变为沉淀除去。

2.2物理化学法

物理化学法是利用物理化学作用除去废水中的溶解物质和胶体，主要有离子交换法、膜分离法、溶剂萃取法、吸附法、反渗透法、液膜法、气浮法、电渗析法等。

（1） 离子交换法

离子交换法是指重金属离子与离子交换树脂发生离子交换的过程。树脂的性能对于重金属的除去有很大的影响。常见的离子交换树脂有阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂和腐殖质树脂等等。目前离子交换法是最重要和应用最广泛的化学分离方法之一。

（2）吸附法

吸附法实质就是吸附剂活性表面对重金属离子的吸引，原理与生活中活性炭吸附灰尘一样。吸附法工艺简单，容易实现，并且成本较低，获得了广泛的应用。

根据固体表面吸附能力的不同，吸附可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附等。

（3） 溶剂萃取法

溶剂萃取法是指向废水中投加不溶于水的溶剂，并且重金属离子在投加溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，从而使重金属离子完成从废水向投加溶剂中的转移。这种方法对于回收除去酚、銅、镉汞等是一种有效的方法。

（4）膜分离法

膜分离法是利用一种特殊的半透膜将溶液分开，使溶液中的某些溶质或溶剂（水）渗透出来，从而达到分离溶质的目的的一种方法。根据膜的种类以及推动力的不同，膜分离法可分为扩散渗析、电渗析、反渗析和超透等。

2.3生物法

生物法是利用微生物的代谢作用，使废水中的有机污染物和无极微生物营养物转化为稳定的、无害的物质。微生物可以除去废水中的重金属离子的主要原理是微生物细胞能够将溶液中的重金属离子吸附到细胞表面，然后通过细胞膜的运输作用将重金属离子运输到细胞体中“积累”起来，从而达到除去废水中重金属离子的效果。常见的有活性污泥法、生物吸附法、分子印迹法、厌氧生物消化法、生物膜法和基因工程技术等。

2.4铁氧体法

所谓铁氧体法，就是指向废水中投加铁盐，使废水中的重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀物，在采用过滤等使固体与液体分离的方法，从而达到出去废水中重工金属离子的方法。

铁氧体法具有以下特点：①工艺简单，处理条件温和，效果明显；②可处理的重金属离子种类多，处理废水的适用面广；③铁氧体沉渣粒度小，比表面极大，可通过吸附、包夹等方法除去重金属离子；④铁氧体沉渣具有强磁性，可以利用磁分离⑤铁氧体不易造成二次污染，并且可以通过适当处理制成有用材料，如催化剂、磁流体、填料等。

铁氧体也存在一些缺点：①因为铁氧体可以吸收较多种离子，所以铁氧体不能将各种离子单独回收；②需要比较多的硫酸亚铁、以及一定数量的苛性钠，并且在处理过程中需要大量的热能，成本高；③处理过的废水中硫酸盐含量较高。

铁氧体法问世以来经过国内外多该工艺的研究，其能处理的重金属离子种类几乎覆盖了全部重金属。这种方法受水体不同的影响较小，大多数含重金属离子的废水经过处理后即可达到排放标准。

三、 展望

随着现代工艺的高速发展、城市化加速和城市人口急剧增长，各种重金属废水越来越多，人类的生活环境受到了越来越大的危害，处理重金属废水迫在眉睫。利用化学沉淀—铁氧体法处理重金属离子废水越来越多的受到国内外专家学者的重视。目前，化学沉淀—铁氧体法仍然需要不断的完善，但是其也得到了一定的应用，它的优良性能在水环境保护方面起了重要作用。

参考文献：

[1]徐根良.重金属废水处理技术综述[J]水处理技术，1991

[2]王邵文，姜凤有.重金属处理技术[M].北京：冶金工业出版社，1993.

[3]赵由才.环境工程化学[M].北京：化学工业出版社，2003

作者簡介：

尹衍凯（1996—），男，汉，郑州大学，院系水利与环境学院，水利水电工程，2015级。