重金屬廢水處理技術(shù)探討及其前景展望

1、重金屬廢水處理技術(shù)探討及其前景展望隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 廢水的大量排放， 土壤和水源中重金屬積累的加劇，重金屬的污染也日益嚴(yán)重。 由于重金屬易通過食物鏈而生物富集，構(gòu)成對(duì)生物和人體健康的嚴(yán)重威脅。如何有效地治理重金屬污染已成為人類共同關(guān)注的問題。 而重金屬的污染情況在開發(fā)區(qū)的污水中也較為嚴(yán)重， 根據(jù)長沙市環(huán)境監(jiān)測站的檢測情況，我們發(fā)現(xiàn)開發(fā)區(qū)廢水中的鎳（ ni）存在間歇超標(biāo)的現(xiàn)象，在對(duì)污泥進(jìn)行監(jiān)測的時(shí)候也發(fā)現(xiàn)了污泥中總鎘、 總鎳、總銅超過了污泥農(nóng)用時(shí)污染控制標(biāo)準(zhǔn)限值因此在這里對(duì)重金屬的處理方法進(jìn)行了以及發(fā)展前景進(jìn)行了探討。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)重金屬污染的治理問題做了大量的研究1、2。目前已開發(fā)應(yīng)用的廢水

2、處理方法主要有化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法， 包括化學(xué)沉淀、電解、離子交換、膜分離、活性碳和硅膠吸附、生物絮凝、生物吸附、植物整治等方法。采用化學(xué)法、物理化學(xué)法都將殘生污染轉(zhuǎn)移，易造成二次污染，且對(duì)于大流域、低濃度的有害重金屬污染難以處理。而生物法具有效果好、投資少及運(yùn)作費(fèi)用低、易于管理和操作、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的關(guān)注。下面就這幾種方法進(jìn)行探討：1 化學(xué)法化學(xué)法主要包括化學(xué)沉淀法和電解法，主要適用于含較高濃度重金屬離子廢水的處理。化學(xué)沉淀法的原理是通過化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔铮ㄟ^過濾和分離使沉淀物從水溶液中去除，包括中和沉淀法、硫化物沉淀法

3、、鐵氧體共沉淀法3。由于受沉淀劑和環(huán)境條件的影響，沉淀法往往出水濃度達(dá)不到要求，需作進(jìn)一步處理， 產(chǎn)生的沉淀物必須很好地處理與處置，否則會(huì)造成二次污染。電解法是利用金屬的電化學(xué)性質(zhì)， 金屬離子在電解時(shí)能夠從相對(duì)高濃度的溶液中分離出來， 然后加以利用。 電解法主要用于電鍍廢水的處理，這種方法的缺點(diǎn)是水中的重金屬離子濃度不能降的很低。所以，電解法不適于處理較低濃度的含重金屬離子的廢水。2 物理化學(xué)法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廢水的處理。離子交換法是在離子交換器中進(jìn)行, 此方法借助離子交換劑來完成。在交換器中按要求裝有不同類型的交換劑，含重金屬的液體通過交換劑時(shí)，交換劑上的離子

4、同水中的重金屬離子進(jìn)行交換，達(dá)到去除水中重金屬離子的目的。 這種方法受交換劑品種、 產(chǎn)量和成本的影響。幾年來，國內(nèi)外學(xué)者就離子交換劑的研制開發(fā)展開了大量的研究工作4 、5。隨著離子交換劑的不斷涌現(xiàn)，在電鍍廢水深度處理、高價(jià)金屬鹽類的回收等方面，離子交換法越來越展現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。膜分離技術(shù)是利用一種特殊的半透膜，在外界壓力的作用下， 不改變?nèi)芤褐谢瘜W(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上，將溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離或濃縮的方法，包括電滲析和隔膜電解。電滲析是在直流電場作用下，利用陰陽離子交換膜對(duì)溶液陰陽離子選擇透過性使水溶液中重金屬離子與水分離的一種物理化學(xué)過程。 隔膜電解是以膜隔開電解裝置的陽極和陰極而進(jìn)行電解的方法，實(shí)際上是把

5、電滲析與電解組合起來的一種方法。上述方法在運(yùn)行中都遇到了電極極化、結(jié)垢和腐蝕等問題。3 生物法3.1 生物絮凝法生物絮凝法是利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物，進(jìn)行絮凝沉淀的一種除污方法6。微生物絮凝劑是由微生物自身構(gòu)成的，具有高效絮凝作用的天然高分子物，它的主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。由于多數(shù)微生物具有一定線性結(jié)構(gòu)，有的表面具有較高電荷或較強(qiáng)的親水性， 能與顆粒通過各種作用相結(jié)合，起到很好的絮凝效果。目前開發(fā)出具有絮凝作用的微生物有細(xì)菌、霉菌、放線菌、酵母菌和藻類等共 17 種。其中對(duì)重金屬有絮凝作用的有12 種。陳天等7利用從多種微生物中提取的殼聚糖為絮凝劑回收模擬工業(yè)廢水中pb

6、2+、cr3+、cu2+，在離子濃度是100mg/的 200ml廢水中加入 10mg殼聚糖，處理后溶液中cr3+、cu2+濃度都小于 0.1mg/， pb2+濃度小于 1 mg/，得到了令人滿意的結(jié)果。用微生物絮凝法處理廢水安全方便無毒、不產(chǎn)生二次污染、絮凝效果好，且微生物生長快、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等特點(diǎn)。此外，微生物可以通過遺傳工程、馴化或構(gòu)造出具有特殊功能的菌株。因此微生物絮凝法具有廣闊的發(fā)展前景。3.2 生物吸附法生物吸附是對(duì)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(xì)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。這些微生物從溶液中分離金屬離子的機(jī)理有胞外富集、沉淀；細(xì)胞表面

7、吸附或絡(luò)合； 胞內(nèi)富集。其中細(xì)胞表面吸附或絡(luò)合對(duì)死活微生物都存在，而胞內(nèi)和胞外的大量富集則往往要求微生物具有活性。許多研究表明活的微生物和死的微生物對(duì)重金屬離子都有較大的吸附能力，作為生物吸附劑的生物源能夠從低濃度的含重金屬離子的水溶液中吸附重金屬，且有實(shí)用價(jià)值的微生物容易獲得。例如：發(fā)酵過程中的酵母菌是生物吸附劑很好的生物源，大量來自海洋中的藻類也是便宜的生物源8、 9。趙玲等9用海洋赤潮生物原甲藻 (prorocentrum micans) 的活體和甲醛殺死的藻體對(duì)cu2+、pb2+、ni2+、zn2+、ag1+、cd2+的吸附能力進(jìn)行研究，實(shí)驗(yàn)證明，金屬離子混合液經(jīng)原甲藻吸附30min后

8、，各離子的濃度顯著下降且達(dá)到平衡，原甲藻的活體和死體對(duì)這六種金屬離子具有相似的吸附能力。利用載體通過物理或化學(xué)方法將微生物吸附劑經(jīng)預(yù)處理固定后，吸附劑吸附機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng)、使用周期延長、 可以提高廢水處理的深度和效率、減少吸附解吸循環(huán)中的損耗。近年來，國內(nèi)外很多學(xué)者開展了固定化細(xì)胞處理含重金屬有毒廢水的研究工作10 、11。生物吸附劑具有來源廣、價(jià)格低、吸附能力強(qiáng)、易于分離回收重金屬等特點(diǎn)， 而且使用死的微生物作為生物源具有容易固定化，并可根據(jù)需要制成特殊的生物吸附劑并反復(fù)使用。因此，生物吸附法有很好的工業(yè)應(yīng)用前景。 現(xiàn)階段我國的污水處理廠大多數(shù)采用活性污泥處理法，因此可以考慮在需進(jìn)行

9、重金屬去除的地域，通過對(duì)活性污泥的馴化（在此過程中應(yīng)注意避免過量重金屬使活性污泥中毒），以及生物接種法接種相應(yīng)的菌種，達(dá)到對(duì)低濃度含重金屬污水的處理。3.3 植物整治技術(shù)植物對(duì)重金屬的吸收富集機(jī)理，主要為兩個(gè)方面： 一是利用植物發(fā)達(dá)的根系對(duì)重金屬廢水的吸收過濾作用，達(dá)到對(duì)重金屬的富集和積累。二是利用微生物的活性原則和重金屬與微生物的親和作用，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(dá)到治理污染、修復(fù)環(huán)境的目的。在植物整治技術(shù)中能利用的植物很多，有藻類植物、草本植物、木本植物等等。其主要特點(diǎn)是對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的耐毒性和積累能力

10、，不同種類植物對(duì)不同重金屬具有不同的吸收富集能力，而且其耐毒性也各不相同。浩云濤等12分離篩選獲得了一株高重金屬抗性的橢圓小球藻(chlorella ellipsoidea)，并研究了不同濃度的重金屬銅、鋅、鎳、鎘對(duì)該藻生長的影響及其對(duì)重金屬離子的吸收富集作用。結(jié)果顯示，該藻對(duì) zn2+和 cd2+具有很高的耐受性。對(duì)四種重金屬的耐受能力依次為鋅鎘鎳銅。該藻對(duì)重金屬具有很好的去除效果，經(jīng)15mol/l cu2+、300mol/l zn2+、100mol/l ni2+、30mol/l cd2+濃度 72處理，去除率分別達(dá)到40.93%、98.33%、97.62%、86.88%。由此可見，此藻類可

11、應(yīng)用于含重金屬廢水的處理。對(duì)重金屬離子具有吸附作用的草本植物有鳳眼蓮(eichhoria crassipes somis)、香蒲 (typhao rientalis presl)等13 、14。香蒲是國際上公認(rèn)和常用的一種治理污染的植物，它具有特殊的結(jié)構(gòu)與功能，如葉片成肉質(zhì)、柵欄組織發(fā)達(dá)等。香蒲植物長期生長在高濃度重金屬廢水中形成特殊結(jié)構(gòu)以抵抗惡劣環(huán)境并能自我調(diào)節(jié)某些生理活動(dòng)，以適應(yīng)污染毒害15。招文銳等16研究了寬葉香蒲人工濕地系統(tǒng)處理廣東韶關(guān)凡口鉛鋅礦選礦廢水的穩(wěn)定性。歷時(shí)10 年的監(jiān)測結(jié)果表明，該系統(tǒng)能有效地凈化鉛鋅礦廢水。未處理的廢水含有高濃度的有害金屬鉛、鋅、鎘經(jīng)人工濕地后， 出水口

12、水質(zhì)明顯改善， 其中鉛、鋅、鎘的凈化率分別達(dá)到99.0%，97.%和 94.9%。分析其 ph和 pb、zn、cd、hg、as質(zhì)量分?jǐn)?shù)的年份和月份變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濕地處理的廢水出水水質(zhì)中的各指標(biāo)的年份和月份變化幅度較小，且都在國家工業(yè)污水的排放標(biāo)準(zhǔn)之下，可見該濕地的污水凈化具有很高的穩(wěn)定性。采用木本植物來處理污染水體，具有凈化效果好，處理量大，受氣候影響小，不易造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。胡煥斌等17試驗(yàn)結(jié)果表明，蘆葦和池杉兩種植物對(duì)重金屬鉛和鎘都有較強(qiáng)富集能力，而木本植物池杉比草本植物蘆葦具有更好的凈化效果。周青等18研究了 5 種常綠樹木對(duì)鎘污染脅迫的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在高

13、濃度鎘脅迫下， 5 種樹木葉片的葉綠素含量、細(xì)胞質(zhì)膜透性、過氧化氫酶活性及鎘富集量等生理生化特性均產(chǎn)生明顯變化，其中，黃楊、海桐 , 杉木抗鎘污染能力優(yōu)于香樟和冬青。以木本植物為主體的重金屬廢水處理技術(shù)，能切斷有毒有害物質(zhì)進(jìn)入人體和家畜的食物鏈，避免了二次污染，可以定向栽培，在治污的同時(shí)，還可以美化環(huán)境，獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，是一種理想的環(huán)境修復(fù)方法。4 重金屬廢水處理發(fā)展趨勢(shì)及展望一、生物法將成為主導(dǎo)方法雖然化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法都可以治理和回收廢水中的重金屬，但由于生物法處理重金屬廢水成本低、效益高、易管理、無二次污染、 有利于生態(tài)環(huán)境的改善。 另外，通過基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)應(yīng)用，

14、可使生物具有更強(qiáng)的吸附、絮凝、整治修復(fù)能力。因此生物法具有更加廣闊的發(fā)展前景。二、幾種技術(shù)集成起來處理重金屬廢水重金屬廢水是一種資源，許多重金屬都比較昂貴。如果將廢水中的重金屬作為一種資源來回收，不但解決了重金屬的污染，而且還具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。電化學(xué)法就可以滿足這些要求處理重金屬廢水，但由于廢水中重金屬的濃度一般較低，用傳統(tǒng)的電化學(xué)法來處理， 電流效率較低， 電能消耗較高。因此，為滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)廢水回用和重金屬回收, 可將幾種技術(shù)集成起來處理重金屬廢水，同時(shí)發(fā)揮各種技術(shù)的長處。tung chung-ching 等19集成采用膠束增強(qiáng)超濾法去除水溶液中的銅離子取得了顯著效果。 張永鋒20采用絡(luò)合 -超濾- 電解集成技術(shù)處理重金屬廢水，超濾的濃縮液可通過電解回收重金屬，從而實(shí)現(xiàn)廢水回用和重金屬回收的雙重目的，為重金屬廢水的根治找到了新的出路。我們應(yīng)該充分利用自然界中的微生物與植物的協(xié)同凈化作用，并輔之以物理或化學(xué)方法， 尋找凈