化学法去除废水中镉的研究进展

李唯艳，蒋 鑫，任建军，徐 倩，蔡华敏，贾冬梅

（滨州学院化工与安全学院，山东 滨州 256603）

镉（Cd）具有良好的韧性和延展性，其合金及化合物在工业生产中被广泛应用。环境中镉的来源主要有镉矿、镉冶炼厂、电镀，以及用镉化合物作原料或触媒的工厂产生的废水、废渣等。镉的毒性高，可在生物体内富集，会通过食物链进入人体而引起慢性中毒[1]。因此，废水中的镉在排放前必须进行有效处理。目前，含镉废水的处理方法有膜分离法、吸附法、生物法、沉淀法、电絮凝法及离子交换法等[2]。

1 化学法除镉

1.1 化学沉淀法

化学沉淀法是一种传统的水处理方法，由于其技术成熟、容易控制，在国内外的重金属废水处理中被广泛使用。沉淀法是在含镉废水中加入沉淀剂，使其发生化合反应，生成Cd(OH)2、CdS、CdCO3等镉的沉淀物。常用的沉淀剂有氢氧化物、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、碳酸盐等。聚合硫酸铁对镉主要起絮凝共沉作用[3]。郭崇武等[4]用二甲基二硫代氨基甲酸钠处理含镉废水，研究发现，在pH 为2～9 范围内，镉离子的去除效率最高，出水中镉的浓度能够满足GB 21900-2008《电镀污染物排放标准》，但在处理过程中应严格控制氨三乙酸等配位剂的初始浓度。谭浩强等[5]采用化学沉淀法并强化常规工艺，应急去除饮用水水源中的镉。研究发现，调节水的pH 可实现对重金属镉的有效去除。陈姗姗等[6]采用两级沉淀工艺，将氢氧化钠和硫化钠分别作为沉淀剂来处理含镉废水。研究发现，经两级沉淀处理后的含镉废水满足《污水综合排放标准》，且沉淀废渣可以重复利用，大大降低了生产成本。姜述芹等[7]采用Mg(OH)2作为沉淀剂处理含镉废水，发现Mg(OH)2对镉的去除率可达98%以上，且经过处理的Mg(OH)2可变为MgO 继续使用，提高了沉淀剂的利用率。

1.2 电絮凝法

电絮凝法是以Al、Fe 等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被融蚀，产生Al、Fe 等金属离子，再经一系列水解、聚合和亚铁的氧化过程，形成各种羟基络合物、氢氧化物等，从而使废水中的胶态杂质、悬浮杂质等凝聚沉淀而实现分离。同时，带电的污染物颗粒在电场中泳动，其部分电荷被电极中和，促使其脱稳聚沉。电絮凝法不仅对胶态杂质及悬浮杂质有凝聚沉淀作用，由于阳极的氧化作用和阴极的还原作用，还能去除水中的多种污染物。

刘兴等[8]改进了平行单极电絮凝的连接方式，用于同时去除水中的氟和镉，发现F-、Cd2+是通过吸附沉淀的方式被去除，在实验条件下，去除率分别大于89.12%、99.99%，出水符合GB 5749-2006 要求。Vasudevan 等[9]研究了电絮凝法对废水中Cd的去除效果，发现当电流密度为0.2A·dm-2、pH 为7.0 时，交流锌电极和直流锌电极对Cd 的去除率分别为97.8%和96.9%。李爽等[10]采用铝电极板电絮凝法去除水中的Cd2+，在最佳处理条件下Cd2+的去除率可达99.99%以上，添加阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）可以提高反应速率，去除率仍可达99.52%。

1.3 铁氧体沉淀法

铁氧体沉淀法是在含镉废水中投加适当的硫酸亚铁，然后加碱中和至pH 值为9.0～10.0，以使废水中的各种金属离子形成不溶性的铁氧体晶粒，再采用固液分离手段，去除废水中的重金属离子。卢莲英等[11]用铁氧体材料与镉共沉淀，发现常温条件下，当废水中的Cd2+含量在50～200mg·L-1、pH=10、Fe3+/Fe2+(质量比)=2、投料比Fe2+/Cd2+(质量比)=4 时，镉离子的去除率达到99%以上，出水满足排放要求。方云如等[12]采用铁氧体法处理含镉废水，确定的最佳条件为：pH=12，温度=70℃，加入适量双氧水处理后，水中镉的含量为 0.041 mg·L-1，符合排放要求。邓腾等[13]研究了铁氧体法处理含镉废水的效果，发现加入纳米铁粉后，以m( Fe)/m( As)=10 的比例加入聚合硫酸铁、pH=8.8 左右时，铁氧体法处理废水中的Cd2+，去除率达到99.92%。对比发现，铁氧体法的处理效果比生物制剂法更好。

1.4 离子交换法

离子交换法主要是利用离子交换树脂与废液中的镉离子发生交换后再分离，饱和树脂用碳酸钠或氢氧化钠的混合液再生，加入氢氧化物或硫化物到再生液中，通过产生的镉化合物沉淀回收镉。镉离子的选择性树脂种类繁多，常用于处理含镉废水的离子交换树脂有阴离子交换树脂[14]、螯合树脂[15]等。耿振香等[16]采用淀粉黄原酸盐(ISX)处理废水中的Cd2+，发现在处理40mg·L-1含Cd2+废水时，当pH 值为8、ISX 用量为0.3g、处理时间为15min 时，废水中镉的去除率可达97%。程亮等[17]研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂对Ni2+、Cd2+的选择性吸附，发现该复合树脂对Ni2+、Cd2+的吸附速度快[0.55～1.50mg·(g·min)-1]，吸附容量高，选择性能好，热稳定性好且可重复使用。

2 不同化学法除镉的对比研究

不同化学法除镉的优缺点对比如表1 所示。由表1 可见，化学沉淀法的工艺简单，操作方便，是目前被广泛应用的除镉方法，但二次污染严重。因此，寻找无二次污染、能耗低的综合除镉方法，是工业废水除镉工艺亟待解决的一个问题。

表1 不同化学法除镉对比

3 结语

随着金属冶炼、电镀、涂料、电子业等行业的不断发展，开发工艺简单、操作方便、无二次污染、成本低廉的除镉综合废水处理技术，以有效分离回收其中的重金属镉，实现资源循环利用，是保护人类健康和环境安全的重要研究方向。