含有重金屬廢水處理技術的研究進展概述
1 含重金屬離子廢水處理新技術
含重金屬廢水處理新技術主要包括兩方面，一方面是對傳統技術的改進，另一方面是處理重金屬廢水的新方法。
1.1化學沉淀法
化學沉淀法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體法[1]，其中較為新型的技術是鐵氧體法。鐵氧體法是日本電氣公司（NEC）研究出的一種從廢水中去除重金屬離子的新方法。做法是：在含重金屬離子的廢水中加入鐵鹽，利用共沉法從廢水中制取鐵氧體粉末。鐵氧體法可一次去除廢水中多種重金屬離子，鐵氧體沉淀不再溶解。鐵氧體法處理重金屬廢水效果好，投資省，設備簡單，沉渣量少，且化學性質比較穩定。在自然條件下，一般不易造成二次污染。鐵氧體法捕集金屬離子的機理是通過晶格取代的方式而非一般的化學反應，因此有可能突破溶度積常數的限制而同時對多種重金屬離子產生作用，特別適用于處理工業生產中所產生的含多種重金屬離子的廢水。
1.2吸附法
吸附法是利用多孔性固態物質吸附水中污染物的一種方法。海泡石[2]是一種天然纖維狀含鎂水合硅酸鹽粘土，對廢水中重金屬的吸附有很好的效果，理想分子式為[Si12Mg8(OH)4] (H2O)48H2O。海泡石對水中的 Ni 2+ 、Co 2+ 、Pb 2+ 、Cu 2+和 Cd 2+有較好的吸附效果，尤其對高濃度重金屬有較好的吸附性能。有機硅吸附劑對重金屬也有較好的吸附效果[3]。有機硅吸附劑是一類由碳官能有機硅單體制備的聚合物或經這些單體處理過的無機材料或合成材料。化工及金屬冶煉企業所排出的廢水中常含有有色金屬及有毒金屬元素，采用含NHC(S)CH3和NHC(S)NH官能團的有機硅可有效地吸附這些元素，它們具有很高的吸附容量及分配系數。此類有機硅吸附劑對Hg、Cu、As、Sb的吸附容量最大，對Cu、Hg、Te、Th、Bi的分配系數大。利用這些吸附劑可以同時分離多種金屬，并且可以在很寬的pH范圍內吸附重金屬，一般不需要特定的pH值，但凈化污水的最佳pH值為5~9。未改解的水解木質素本身可以作為吸附劑，主要用于吸附去除各種重金屬離子。Karsheva等人研究發現，水溶性木質素是一種有效的吸附劑，可用于去除水中的鉛離子[4]。Lalvani發現一種可以吸附溶液中的Cr 3+和Cr 6+的木質素，該木質素可以去除63%的Cr 6+ 、100%的Cr 3+ [5]。
1.3離子交換法
由于重金屬廢水中的重金屬大多以離子狀態存在，所以用離子交換法處理能有效地除去和回收廢水中的重金屬。采用微波輻射促進化學反應技術，引用氧化還原引發體系，可在纖維素上接枝丙烯酸/丙烯酰胺來合成具有特定功能的吸附樹脂[5]。研究表明：在最佳的合成工藝條件下，樹脂對Cu2+的吸附率為99.2%，吸附容量為49.6 mg/g，用8%NH3H2O作為淋洗液對樹脂洗脫再生，洗脫率在85%以上。大昂吸附樹脂重復使用7次時，對重金屬離子的吸附率仍可保持在90%以上,具有良好的再生使用壽命。超級吸水樹脂 SAPC [6]也可以脫除廢水中的重金屬離子，SAPC對Cr 3+ ，Co 2+離子的富集能力強，對Hg 2+ ，Pb 2+ ，Ni 2+富集能力次之。
1.4改性濾料法
同濟大學高乃云教授分別用氧化鋁涂層砂和氧化鐵涂層砂去處水中的金屬鋅，發現pH>9時，涂層砂除鋅率達100%[7]。印度工業學院Jiban K. Satpathy用平均尺寸為0.71mm的過濾石英砂涂以硝酸鐵，將涂層濾料（15 cm高度）置于直徑1.1 cm的玻璃柱中，實現了分別在不同的pH值條件下從鍍鎘、鍍鉻廢水中有效去除鎘、鉻[7]。Edwards等人用鐵氧化物覆蓋的砂粒柱進行了Pb 2+ ，Cd 2+ ，Ni 2+和Cr 3+吸附實驗，結果表明：水中溶解態的重金屬離子Pb 2+ ，Cd 2+ ，Ni 3+ ，Cr 3+在pH為8.5時幾乎可以全部除去[8]。高乃云等在用氧化鐵涂層改性濾料除砷，實驗中發現除砷效果顯著，去除率可以達到95%以上，且遵循pH值、高去除率的規律[8]。
1.5萃取法
萃取法屬于物化處理法，是水處理技術中的一個重要方法，大多數重金屬廢水可以用萃取法處理。傳統重金屬的溶劑萃取，前處理費時費力，還必須使用大量有機溶劑，如果后期處理不當，會對環境造成二次污染。而超臨界CO2流體（CO2SFE），選擇性好，流程簡便，萃取速度快，能耗低，后處理簡單，具有溶劑萃取所沒有的優勢。超臨界流體是指處于臨界溫度和臨界壓力以上的流體。SFE化學性質穩定，萃取條件溫和，萃取后可回收，無溶劑殘留，被稱為“綠色溶劑”，是目前應用最為廣泛的超臨界流體萃取劑。盡管利用CO2SFE萃取技術大規模治理環境重金屬污染的經濟性尚無定論，但隨著工業級CO2SFE流體萃取技術的日益完善，其節能、節時、省力的優勢會逐漸顯現出來。
1.6新工藝法
1.6.1無害化誘導結晶新工藝[10]
無害化誘導結晶新工藝利用誘導結晶原理，以碳酸鈉為沉淀劑，使重金屬離子形成難溶鹽在流態化的硅砂表面結晶沉積從而達到去除重金屬的目的。這種工藝操作方便，處理量大，占地面積小，而且在硅砂表面產生的金屬沉積物，結構密實，含水率低。對反應飽和后的硅砂可采取加酸溶解回收重金屬或采用水泥固化硅砂的措施，從而達到對重金屬廢水的最終無害化處理。重金屬廢水經流態化結晶沉積法及過濾處理后，重金屬離子去除率可達99%，無需沉淀池，反應速度快，且無污泥產生。
1.6.2微電解生物法組合工藝[11]
采用微電解生物法組合工藝處理含鉻廢水時，在實驗過程中，電鍍廢水中的重金屬離子通過微電解法預處理可去除90%以上，剩余部分被后續工藝的微生物功能菌去除。實驗結果表明：對Cr 6+含量為50 mg/L，Cu 2+含量為15 mg/L，Ni 2+含量為10 mg/L的廢水，經處理后，重金屬離子的凈化率達99.9%，且無二次污染。微電解法利用機械加工過程中的廢鐵屑處理電鍍廢水，不僅處理效果較好，而且成本低廉，操作簡便。生物法凈化含鉻電鍍廢水的優點是污泥量少，凈化效果好。實際工程運用中，對電鍍廢水選用廉價的鐵碳法進行預處理，再用SR功能菌進行深度處理，也不失為一種降低處理費用提高處理效率的好方法。利用微電解生物法組合工藝處理含鉻電鍍廢水，完全能夠達到國家規定的排放標準。
1.6.3鐵屑固定床工藝
鐵屑固定床處理重金屬廢水工藝是指：電鍍生產工藝過程中產生的含Cr 6+廢水，經過鐵屑固定床的綜合作用，出水在進入沉淀池沉淀后，上清液可作為處理水排放或回用。其基本原理是鐵屑對絮體的電附集和對反應的催化作用，以及電池反應產物的混凝、新生絮體的吸附和床層的過濾等作用的綜合效應的結果，其中主要作用是氧化還原和電附集。該工藝具有省水、節電、運行費用低、無二次污染等特點，可以解決重金屬廢水治理難題，對于其他重金屬的處理，只需調整工藝參數即可。
1.7生化處理法
生化處理法是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除廢水中重金屬的方法，包括生物吸附、生物絮凝、微生物代謝等方法。
1.7.1生物吸附法
生物吸附法是指生物體借助化學作用吸附金屬離子的方法。藻類和微生物菌體對重金屬有很好的吸附作用，并且具有成本低、選擇性好、吸附量大、濃度適用范圍廣等優點，是一種比較經濟的吸附劑。用生物吸附法從廢水中去除重金屬的研究，美國等國家已初見成效 [12，13]。有研究者預處理假單胞菌的菌膠團后，將其固定在細粒磁鐵礦上來吸附工業廢水中Cu 2+ ，發現當濃度高至100 mg/L時，除去率可達96%，用酸解吸，可以回收95%銅，預處理可以增加吸附容量[14]。但生物吸附法也存在一些不足，例如吸附容量易受環境因素的影響，微生物對重金屬的吸附具有選擇性，而重金屬廢水常含有多種有害重金屬，影響微生物的作用，應用上受限制等，所以還需再進行進一步研究。
1.7.2生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或微生物產生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。生物絮凝法的開發雖然不到20年，卻已經發現有17種以上的微生物具有較好的絮凝功能，如霉菌、細菌、放線菌和酵母菌等，并且大多數微生物可以用來處理重金屬。生物絮凝法具有安全無毒、絮凝效率高、絮凝物易于分離等優點，具有廣闊的發展前景。邵穎和葉玉漢[15]研究了聚合鋁與天然陽離子有機高分子殼聚糖復合后的絮凝特征及復合絮凝劑對重金屬廢水的處理應用。結果表明，聚合鋁與殼聚糖復合能相互促進其絮凝效能，對重金屬廢水的去除率可達97%以上。
2 結語
由于重金屬廢水處理比較復雜，且水體中含有多種重金屬離子，所以在處理過程中應該考慮采用多種方法和工藝的綜合運用，以達到最好的處理效果。在選擇方法上也應該遵循經濟、方便、不產生二次污染的原則。
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