污水處理技術(shù)：重金屬廢水處理技術(shù)研究進展
文章作者: 宏森環(huán)保
近年來，重金屬廢水污染事件頻發(fā)。2005年北江鎘污染事故，鎘濃度超標(biāo)12倍多，使得下游數(shù)千萬群眾的飲水安全受到威脅;2007年貴州都柳江砷污染事件，大量含砷廢水流入都柳江上游河道，造成附近10余名村民輕微中毒，并造成下游縣城及沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)2萬多人生活飲水困難;2009年重金屬污染湘江威脅4000萬人飲水安全;2009年湖南武岡市企業(yè)污染造成兒童血鉛超標(biāo)的事件，檢測認(rèn)定高鉛血癥兒童38名，輕度鉛中毒兒童28名，中度鉛中毒兒童17名;2010年中金嶺南陷入“鉈污染門”，造成北江流域發(fā)生嚴(yán)重鎘污染等。由此可見，重金屬廢水的危害性巨大而且深遠，對環(huán)境和人類的安全已經(jīng)造成了不可磨滅的傷害。因此，加快重金屬廢水治理技術(shù)研發(fā)及其應(yīng)用尤為重要。
重金屬(如含鎘、鎳、汞、鋅等)廢水是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類健康危害最大的工業(yè)廢水之一，其水質(zhì)水量與生產(chǎn)工藝有關(guān)。重金屬污染控制的首要方法是改革生產(chǎn)工藝，不用或少用毒性大的重金屬;其次是采用合理的工藝流程、科學(xué)的管理和操作，減少重金屬用量和隨廢水流失量，盡量減少外排廢水量。經(jīng)過長期的研究發(fā)現(xiàn)，重金屬廢水處理技術(shù)主要包括:沉淀法、物理化學(xué)法、電化學(xué)法、生物化學(xué)法以及近年來出現(xiàn)的一系列新技術(shù)，具體情況如下。
1.沉淀法
沉淀法處理模式為“重金屬廢水+沉淀劑→沉淀物”，經(jīng)過濾使得重金屬離子得以去除。其實質(zhì)是重金屬廢水中的重金屬一般不能被分解破壞，只能轉(zhuǎn)移其存在位置和改變其物化形態(tài)。包括中和沉淀、螯合沉淀、硫化物沉淀等。
2.中和沉淀法
中和沉淀法是通過向重金屬廢水中投加堿中和劑，使污水中重金屬離子形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀而去除的方法。其最佳適用對象為酸堿廢水和處理殘后溶液中的重金屬離子。其優(yōu)點是操作簡單，缺點是沉渣量較大，含水率高，二次污染較為嚴(yán)重并且某些離子難以達到排放的標(biāo)準(zhǔn)。
3.螯合沉淀法
螯合沉淀法利用了DTCR含有大量的極性基的特性，在自然條件捕捉污水中重金屬陽離子(例如:Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等)，在生成大量難溶的螯合物后沉淀析出，從而達到捕集去除重金屬離子的目的。螯合沉淀法具有技術(shù)成熟、操作簡單等諸多優(yōu)點，在電子、電鍍等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。如何降低螯合劑的成本和濾渣后續(xù)處理還值得深入研究。
4.硫化物沉淀法
硫化物沉淀法是指將重金屬廢水pH值調(diào)節(jié)為一定堿性后，向重金屬廢水中投加硫化鈉或硫化鉀等含硫化物的沉淀劑，使污水中重金屬離子與硫離子反應(yīng)生成難溶的沉淀，然后被過濾分離的方法。由于金屬硫化物的溶度積很小，致使該技術(shù)具有比如沉渣量少、容易脫水、沉渣金屬品位高、有利于金屬的回收等優(yōu)點。硫化物沉淀除用于重金屬廢水的治理外，還可以用于重金屬溶液的凈化。扎伊爾共和國沙巴省扎伊爾礦業(yè)總公司西土魯鈷廠就是使用該法凈化鈷溶液。該法也有不足之處，如硫化物結(jié)晶比較細小，難以沉降等。如何改善硫化物的沉降性能值得進一步研究。
5.物理化學(xué)法
處理重金屬廢水的物理化學(xué)法主要包括離子交換法、吸附法、膜分離技術(shù)和溶劑萃取法等。其中離子交換法和膜分離技術(shù)適用于含較低濃度重金屬離子污水的處理。
6.離子交換法
離子交換法利用離子交換劑與污水中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，去除廢水中的重金屬。離子交換劑有離子交換樹脂、沸石和膨潤土等。該技術(shù)具有處理污水量大，出水水質(zhì)良好，可回收重金屬資源等優(yōu)點。適宜于含較低濃度重金屬離子污水的處理。天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)電鍍廢水處理中心運用離子交換車載移動處理裝置對廠區(qū)點狀分布污染源進行源頭現(xiàn)場處置，輔以必要的后續(xù)集中處置，從而對開發(fā)區(qū)重金屬廢水進行合理的控制。該技術(shù)也存在反應(yīng)周期較長，處理成本較高等缺點。
7.吸附法
常見的吸附法包括無機材料吸附、樹脂吸附、生物吸附。最常用的無機吸附材料為活性炭。活性炭表面官能團可與重金屬離子發(fā)生生質(zhì)子交換、離子交換、絡(luò)合反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)以及粒子之間的靜電作用等，將重金屬離子從廢水中分離。近年來無機吸附材料發(fā)展較快，先后出現(xiàn)了活性炭纖維、沸石等衍生物等。無機材料吸附法的重金屬去除效率高，但重金屬廢水處理產(chǎn)生的廢渣量大，必須對其進行二次處理，成本高且容易出現(xiàn)二次污染。
8.膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)主要包括電滲析、隔膜電解和反滲透。作為20世紀(jì)末發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，由于其具有能耗低、分離過程中物質(zhì)不發(fā)生相變、分離效果好、操作簡便、無化學(xué)副作用、無二次污染、分離產(chǎn)物易于回收等優(yōu)點，成為回收廢水中重金屬離子的一種很有前途的方法。自1954年第一家制膜公司W(wǎng)illPsCorp成立至今，膜技術(shù)已由微濾(MF)、超濾(UF)發(fā)展為納濾(NF)、反滲透技術(shù)(RO)等，這些膜技術(shù)皆可對廢水中重金屬離子進行有效分離。該技術(shù)的難點主要表現(xiàn)在膜的制備、穩(wěn)定性和清洗等，處理成本較高也影響其推廣。
9.溶劑萃取法
溶劑萃取法是利用重金屬離子在有機相和水中溶解度的差異，重金屬濃縮于有機相，從而分離重金屬離子的方法。常用的萃取劑有磷酸三丁酯、三辛基氧化膦、二甲更急乙酰胺、三辛胺、伯胺、油酸和亞油酸等。該方法的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，萃取劑中重金屬含量高，有利于進一步回收利用。但缺點是萃取劑價格昂貴，處理不當(dāng)會產(chǎn)生二次污染。
10.電化學(xué)處理技術(shù)
電化學(xué)水處理技術(shù)主要包括直接電解、間接電解和電絮凝。其中，直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中取出;間接電解，利用電化學(xué)產(chǎn)生的氧化還原物質(zhì)作為反應(yīng)劑，使污染物轉(zhuǎn)化成毒性更小的物質(zhì);電解絮凝是指在直流電的作用下，陽極被溶蝕，產(chǎn)生陽離子，再經(jīng)水解、聚合等一些列過程，生成絡(luò)合物或(和)氫氧化物沉淀，使廢水中的待處置的物質(zhì)凝聚沉淀而分離。隨著工藝研究的不斷深入和完善，新型電化學(xué)技術(shù)比較成功地實現(xiàn)了廢水中重金屬的處理和回收，并降低了廢水處理成本。隨著新型電極材料的應(yīng)用和新型電極的開發(fā)聯(lián)用，電化學(xué)技術(shù)在重金屬廢水處理中將有較好的應(yīng)用前景。
11.生物化學(xué)法
生物化學(xué)法借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除污水中重金屬的生物技術(shù)，具有原材料來源豐富、處理效果好、成本低廉等很多優(yōu)點，而備受親睞。生物化學(xué)法包括生物絮凝法、生物吸附法和植物修復(fù)法。生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物，進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物吸附是對于經(jīng)過一系列生物化學(xué)作用使重金屬離子被微生物細胞吸附的概括理解，這些作用包括絡(luò)合、鰲合、離子交換、吸附等。植物對重金屬的吸收富集機理，主要為兩個方面:一是利用植物發(fā)達的根系對重金屬廢水的吸收作用，達到對重金屬的富集和積累。二是利用微生物和重金屬的親和作用，把重金屬轉(zhuǎn)化為較低毒性的產(chǎn)物。通過收獲或移去已積累和富集了重金屬的植物的枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度，達到治理污染、修復(fù)環(huán)境的目的。
