劉明亞 張 凱 畢遠(yuǎn)偉

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

淺議重金屬?gòu)U水處理技術(shù)和資源化

劉明亞 張 凱 畢遠(yuǎn)偉

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

近年來(lái)，環(huán)境污染問(wèn)題成為國(guó)內(nèi)國(guó)際社會(huì)廣泛關(guān)注的問(wèn)題。為減少重金屬?gòu)U水對(duì)環(huán)境造成的污染，文章通過(guò)對(duì)重金屬?gòu)U水處理的必要性進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)幾種不同的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)展開了分析，并對(duì)重金屬?gòu)U水的資源化利用做出了進(jìn)一步探究。

重金屬；廢水處理技術(shù)；電解法；膜集成技術(shù)；資源化；環(huán)境污染

根據(jù)我國(guó)衛(wèi)生部的全國(guó)污染源普查結(jié)果，2015年，我國(guó)重金屬?gòu)U水中含砷、鉻、汞、鉛等重金屬的量約為2.21萬(wàn)t，廢水排放總量為869萬(wàn)t，在造成嚴(yán)重環(huán)境污染的同時(shí)，也導(dǎo)致了重金屬資源本身的極大浪費(fèi)。在此背景下，加強(qiáng)對(duì)重金屬?gòu)U水處理技術(shù)和資源化利用的研究，已成為當(dāng)前環(huán)境治理工作開展過(guò)程中的首要任務(wù)。

1 重金屬?gòu)U水處理的必要性

重金屬?gòu)U水中的砷、鉻、汞、鉛等元素及其化合物會(huì)被水中的植物、魚類等收集并沿食物鏈傳遞，對(duì)此類重金屬及其化合物進(jìn)行分析可知，其能夠?qū)е碌鞍踪|(zhì)與活性酶失活，從而引發(fā)代謝紊亂，而由于其無(wú)法自然降解或經(jīng)由生物代謝而排除，故極容易對(duì)人類健康與其他生物的生存和發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重威脅，因此有必要也必須加強(qiáng)對(duì)重金屬?gòu)U水處理技術(shù)的研究。

2 重金屬?gòu)U水處理技術(shù)

2.1 電解法

電解法處理重金屬?gòu)U水的原理為：在直流電作用下，廢水中帶正電的重金屬離子遷移至陰極，且在陰極獲得電子而被還原，所產(chǎn)生的金屬單質(zhì)則沉淀至反應(yīng)器的底部或是吸附到電極表面，實(shí)現(xiàn)廢水除鹽與水中重金屬的回收。以電化學(xué)鍍鎳液為例，利用電解法對(duì)溫度T＝80℃、pH＝9且電流密度為8.0mA/cm2的鍍鎳液進(jìn)行電解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)條件下通電2h后，可從廢水中回收97.9%的金屬鎳。對(duì)基于電解法的重金屬?gòu)U水處理技術(shù)進(jìn)行分析可知，該方法無(wú)需添加任何化學(xué)試劑，故不會(huì)產(chǎn)生二次污染，但在溶液（廢水）內(nèi)部，隨著反應(yīng)的逐漸進(jìn)行，原溶液中金屬離子的濃度也逐漸下降，從而導(dǎo)致溶液電阻率升高，耗電量也隨之增加，故電解法并不適用于低濃度的重金屬?gòu)U水處理。

2.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法，即將硫化物、氫氧化物、鋇鹽等沉淀劑投入到重金屬?gòu)U水當(dāng)中，使其與廢水中重金屬離子發(fā)生反應(yīng)并形成沉淀，達(dá)到取出廢水中游離的重金屬離子目的的一類技術(shù)。對(duì)化學(xué)沉淀法進(jìn)行分析可知，該方法具有操作便捷、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但在對(duì)重金屬處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢渣，若不對(duì)其進(jìn)行二次處理，將很有可能產(chǎn)生二次污染。近年來(lái)，化學(xué)沉淀法在工藝和沉淀劑方面取得了顯著進(jìn)展，例如，目前，一種新型的有機(jī)螯合劑——二丙浮選劑被大量應(yīng)用于廢水中重金屬的去除工作當(dāng)中，由于該螯合劑的重金屬去除不會(huì)受到pH與多重金屬離子的干擾，故基于該螯合劑的廢水中的重金屬去除率高達(dá)99.9%。

2.3 生物吸附法

生物吸附法是近年來(lái)新興的一種重金屬?gòu)U水處理方法，對(duì)生物吸附進(jìn)行分析可知，其是生物通過(guò)靜電作用、共價(jià)作用或分子力作用吸附在生物體表面的一種現(xiàn)象，而基于該方法的重金屬?gòu)U水處理主要包括兩個(gè)步驟：首先，重金屬離子與細(xì)胞表面大分子物質(zhì)與官能基團(tuán)的結(jié)合；其次，生物體細(xì)胞對(duì)廢水中的重金屬離子進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸和吸收。2013年，湖南某鉛鋅銅礦工作人員從礦石中分離獲得地衣芽孢桿菌，通過(guò)觀察，此種桿菌的表面電荷會(huì)隨其pH值的下降而增加，使得Cr6+離子同生物吸附劑結(jié)合點(diǎn)位間的相互作用大幅增強(qiáng)，從而強(qiáng)化了對(duì)金屬離子的去除效率，表明生物吸附法能夠增強(qiáng)重金屬離子的去除效果。同年，該工作人員從湖南某鎘污染地分離純化獲得的嗜麥芽窄食單胞菌在對(duì)地區(qū)含鎘廢水進(jìn)行處理時(shí)發(fā)現(xiàn)，廢水樣本中的鎘的初始質(zhì)量濃度為1.0mg/L，pH為6～7，在利用嗜麥芽窄食單胞菌吸附2h后，廢水中約有82.9%的鎘被吸附至嗜麥芽窄食單胞菌表面，表明嗜麥芽窄食單胞菌能夠有效吸附廢水中的鎘。

2.4 離子交換法

離子交換法去除廢水中重金屬離子的原理為，使離子交換劑的功能基團(tuán)同廢水中重金屬離子進(jìn)行交換，從而將廢水中的重金屬離子去除，具體來(lái)說(shuō)就是，當(dāng)重金屬?gòu)U水經(jīng)過(guò)離子交換器時(shí)，重金屬離子間的濃度差與交換劑的功能基團(tuán)形成較強(qiáng)的離子親和力，由此來(lái)推動(dòng)二者間的離子交換，進(jìn)而達(dá)到去除廢水中重金屬離子的目的。目前，基于離子交換法的重金屬?gòu)U水處理過(guò)程中，常用到的離子交換劑包括了陰陽(yáng)離子交換沸石和樹脂等，特別是陰陽(yáng)離子交換樹脂的應(yīng)用效果尤為顯著。例如，河北省某鋼鐵廠所排廢水中含有大量的銅、鉛等重金屬離子，該公司通過(guò)向其待處理廢水中加入1，1二羧酸酯-2-乙酸磷酸酯功能團(tuán)樹脂，從而有效去除了其中的銅、鉛等金屬陽(yáng)離子，從而確保了其處理后的廢水滿足鋼鐵生產(chǎn)的廢水處理和排放要求。

3 重金屬?gòu)U水的資源化利用的實(shí)例分析

利用相關(guān)技術(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行處理并非重金屬?gòu)U水處理的最終目的，重金屬?gòu)U水處理要求廢水中重金屬含量達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)對(duì)重金屬?gòu)U水進(jìn)行資源化處理，即廢水的資源化處理和重金屬的資源化處理。現(xiàn)階段，我國(guó)在重金屬?gòu)U水資源化領(lǐng)域已取得了一系列重大研究成果且被成功運(yùn)用至部分實(shí)際重金屬?gòu)U水處理工程當(dāng)中，相關(guān)資源化技術(shù)主要包括兩方面：

3.1 基于膜集成技術(shù)的含銅廢水處理

2013年，浙江省某工程施工后產(chǎn)生了大量的含膠體和重金屬Cu2+的工業(yè)廢水，地方環(huán)保部門和該工程單位環(huán)境部門根據(jù)所選納濾膜的分離特性與納濾處理前后水樣的導(dǎo)電率，進(jìn)而對(duì)廢水中含有的Cu2+進(jìn)行截留，節(jié)流范圍為85.3%，相應(yīng)的截留分子量的范圍為756Da，在膜集成技術(shù)處理后，廢水中的Cu2+濃度由138.2mg/L降至1.79mg/ L，且廢水的導(dǎo)電率也降至5.7us/cm，使出水水質(zhì)較好地達(dá)到了生產(chǎn)用水要求。同時(shí)，經(jīng)處理后的濃縮廢水被轉(zhuǎn)移至回收濃縮系統(tǒng)和萃取系統(tǒng)進(jìn)行回收和萃取，最后經(jīng)由電解將水中殘留的Cu予以回收，基本實(shí)現(xiàn)了該工程廢水處理的閉路循環(huán)，而后該重金屬?gòu)U水資源化工藝被臨近地區(qū)的相關(guān)工程所使用，且地區(qū)基于該工藝的含銅廢水中可回收的電解銅約為100t/年，較好地實(shí)現(xiàn)了含銅廢水的資源化處理。

3.2 基于混凝沉淀與膜處理相組合的蓄電池廢水處理

2014年，廣東省某化工企業(yè)利用混凝沉淀與膜處理相組合的工藝對(duì)廠內(nèi)蓄電池廢水進(jìn)行處理，通過(guò)在蓄電池廢水中加入石灰、NaOH對(duì)廢水的pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，并使重金屬離子形成沉淀，而后利用將沉淀物同廢水進(jìn)行分離，在此基礎(chǔ)上借助微濾和納濾等膜處理技術(shù)將蓄電池廢水中殘留的重金屬離子進(jìn)一步分離。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)混凝沉淀后，廢水中的大部分重金屬離子被去除，而膜處理后，廢水中鉛、鎘的濃度分別為0.3mg/L和0.02mg/ L，回收率也達(dá)到72.5%，能夠基本滿足工業(yè)生產(chǎn)和排放的標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)重金屬?gòu)U水處理的必要性進(jìn)行說(shuō)明，進(jìn)而對(duì)重金屬?gòu)U水處理的電解法、化學(xué)沉淀法和生物吸附法等相關(guān)技術(shù)方法做出了系統(tǒng)探究，并對(duì)重金屬?gòu)U水的資源化實(shí)例展開了詳細(xì)的論述和分析。研究結(jié)果表明，重金屬?gòu)U水處理和資源化的方法較多，未來(lái)應(yīng)結(jié)合重金屬?gòu)U水的實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)其進(jìn)行處理和資源化利用，從而為提高重金屬?gòu)U水資源利用效率和強(qiáng)化環(huán)保效果奠定良好基礎(chǔ)。

[1]陶琨，廖志民．新型高效重金屬?gòu)U水資源化處理技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用[J]．印制電路信息，2011，11（13）.

[2]王小艷．淺議含重金屬?gòu)U水處理技術(shù)[J]．有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2013，6（9）.

[3]吳彥軍，張林楠，李振山．重金屬?gòu)U水無(wú)害化處理技術(shù)最新進(jìn)展[J]．工業(yè)水處理，2012，3（7）.

[4]Kyeong-HoYeon，Jung-HoonSong，Seung-HyeonMoon．Astudyonstackconfigurationofcontinuouselectrodeionizationforremovalofheavymetalionsfromtheprimarycoolantofanuclearpowerplant[J]．WaterResearch，2004，（7）.

[5]P.BSpoor，LGrabovska，LKoene，L.J.JJanssen，W.RterVeen．Pilotscaledeionisationofagalvanicnickelsolutionusingahybridion-exchange/electrodialysissystem[J]．ChemicalEngineeringJournal，2002，（1）.

（責(zé)任編輯：王 波）

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1009-2374（2017）12-0128-02

10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.12.066

劉明亞（1982-），男，河北石家莊人，核工業(yè)理化工程研究院工程師，研究方向：工藝控制、水處理系統(tǒng)工藝。

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