重金属废水处理与循环利用技术浅析

李海涵

（赤峰市环境科学研究院，内蒙古 赤峰 024000）

人类的发展其实就是一个不断改造自然的过程，随着社会的发展，采矿、冶炼、造纸、化肥、农药等行业不断发展，由于缺乏合理的管控，大量重金属含量超标的废水被排放到外界，引起了一系列环境问题[1]。据调查，工业废水中含有的重金属，比如锌、铜、铅、汞、镍、镉等均具有一定毒性或致癌性，而且这些物质会在生物体内积累，无法被降解。为了保护自然环境，保障人类生命健康，加强对于重金属废水处理与循环利用技术的研发应用，已是刻不容缓。

1 化学处理法

（1）化学沉淀法。化学沉淀法是指在重金属废水中加入化学沉淀剂，令二者发生化学反应形成沉淀后，以过滤、离心等方法分离出沉淀物的过程。现阶段，常用的化学沉淀法有以下两种：①氢氧化物沉淀。这一方法主要用于含铬废水的处理，例如，硫酸亚铁-石灰法，亚铁离子可将Cr6+还原Cr3+，再往废水中加入石灰，Cr3+可转化为难溶性的Cr(OH)3析出；②硫化物沉淀。这一方法可使用的沉淀剂有FeS、CaS、Na2S、H2S等，常用于PH≥7的废水处理中[2]。化学沉淀法是一种传统的重金属废水处理工艺，工艺成熟，适用范围广，且操作方便，成本低，得到广泛应用，但是不适宜用来处理重金属离子浓度较低的废水。

（2）电化学法。电化学法通过电解的方式，使金属离子发生氧化还原反应，并聚集到电解材料的阴阳两极。这一方法能够在较短时间内快速去除废水中的重金属，处理成本低，而且回收的重金属具有较高利用价值，不会造成二次环境污染，是一种环境友好型废水处理技术。现阶段，应用较为广泛的电化学法有微电解生物法、高压脉冲电凝法，以高压脉冲电凝法为例，则以方法联用了电解原理及高压小电流，可实现电能到化学能间的高效转化，使得废水中的无机物、有机物发生氧化还原反应，使水体中的磷酸盐、重金属元素凝聚、沉淀，从而去除，处理效率高，操作简便。

2 物理处理法

（1）吸附法。物理吸附法利用了吸附质与吸附剂分子之间的范德华力，也被称为范德华吸附。在传统的物理吸附法中，常采用活性炭、沸石、天然粘土等吸附剂，这些物质吸附效果好，但是吸附容量有限，且成本较高，实用性较差。基于上述原因，科学工作者从寻找新型廉价吸附材料，以及对传统吸附剂进行改造的角度，研发出了高分子吸剂（木质素类、壳聚糖类)、纳米复合吸附材料、矿物吸附剂、碳基吸附剂等新型吸附剂[3]。研发过程中，科学工作者将目光聚焦与工农业副产品中，将粉煤灰、石灰泥、炉渣秸秆等作为低成本吸附剂合成原料。以农业废弃物为例，秸秆、稻壳、果皮中富含生物质纤维素，这些纤维素中含有的官能团诸如羟基、羧基、氨基、醇等可吸附废水中的重金属离子，从而达到重金属废水处理的目标。

（2）离子交换法。离子交换法是指将离子交换剂加入重金属废水中，发生离子交换，使重金属离子形成新化合物经络合或沉淀而被去除的方法。在这一方法中，可使用沸石、腐殖酸物质、离子交换树脂、离子交换纤维等离子交换剂，其中，离子交换树脂由于自身的高选择性及静电作用，处理效率高，常用于电子垃圾重金属废水的处理。目前，离子交换法常用于电镀厂废水治理中，废水处理容量大，经水体经处理水质显著改善，重金属回收效率高，不过，这一方法操作相对复杂，运行费用高，不适用于大规模的水处理。

（3）膜分离技术。膜分离法是一种让重金属废水经压力驱动下流经半透膜的工艺，经处理，重金属被截留，废水中重金属含量显著降低，且重金属经浓缩纯化后可再次利用。现阶段，有关于膜分离技术的研究正在逐步深入，李福勤等人在有色金属矿山重金属废水处理中，应用壳聚糖-超滤技术，试验结果表明，在最佳反应条件下，Pb2+去除率高达96.6，Cd2+去除率高达96.26%；Figoli等人在As5+废水处理中采用商业纳米过滤膜NF90、N30F，发现当pH=8，废水的膜通量会随着温度及压力的升高而升高，而逐步增大pH值，同时降低操作温度和As浓度时，As的去除率会不断提升。整体而言，这项技术具有选择性高、截留率高、能耗低的优点，可循环利用，且不会产生废渣，发展前景广阔，但是从目前看来，其工艺过于复杂，适用范围窄，仍需进一步改进。

3 生物处理法

（1）微生物处理法。现阶段，重金属废水治理过程中常采用活性污泥法这一微生物处理法，这种方法具有材料易获得、价格低廉的优势，能够实现大容量重金属废水治理，治理效率高，且成本低。如若工厂排放废水重金属超标，就可以采用生物硫化微生物处理技术，进行废水治理，待其中重金属含量达标后，再将其排放到外界。

（2）植物处理法。在重金属废水处理中，采用的植物处理法分为以下两种：①直接作用技术。通过在水体中种植植物，吸收处理其中的重金属，比如说灯芯草、芦苇等可以吸收铁离子、铜离子，凤眼莲可以去除汞离子；②间接作用技术。以植物为媒介间接清除废水中的重金属离子，比如说，借助植物根系的释氧功能，能够处理植物所处水体生成好氧微生物群落，产生凝絮作用，使得重金属形成沉淀后被分离出来，再比如说，借助水生植物发达的根系，为水体中的微生物创造良好生长繁殖条件，借助微生物来降解处理其中的重金属。

（3）动物处理法。动物处理法是一种新型重金属废水处理方法，尚处于研究阶段，经科学工作者研究发现，废水中的锌离子、镉离子可以与无脊椎动物发生反应，大量富集与动物体内，从而被清除；河蚌等生物可有效清除废水中的铜离子、锌离子，改善水质，使其达到废水排放标准[5]。

4 结语

随着工业化建设进程的推进，工业废水排放总量不断增长，造成了极其严重的环境污染，严重危害到人类的生命。工业废水中含有不少重金属，而这些物质严重危害人类安全，比如说锌，过量摄入会引发皮肤过敏、贫血等不良反应；铜，过量摄入会引发痉挛、抽搐等不良反应，有一定致死性；镍，为致癌物质，过量摄入会损害肾、肺功能。为了实现人与自然的和谐相处，实现人类的可持续发展，应该重视对于重金属废水的治理工作，合理利用重金属废水处理技术，降低水体重金属含量，再将之排出，实现水资源的循环利用。