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重金属废水处理技术分析与优选
徐灵，王成端，姚岚
(西南科技大学，四川绵阳 621010)
摘 要：综述了重金属废水的来源、危害。以及目前常用的处理技术，分析了各种处理技术的优缺点。为同时实现重金属
废水处理的废水净化回用和重金属回收，优选了一种膜技术与电化学的组合工艺，即：胶束强化超滤(MEUF)一电解法处理重金
属废水。
关键词：重金属废水；处理技术；胶束强化超滤一电解法；重金属回收
Analysis and Prior Choice of the Treatment Technology for
Heavy M etal W astewater
XU Ling,WANG Cheng-duan，YA 0 Lan
(Southwest University of Science and Technology，Mianyang 621010，China)
Abstract： The source． harmfulness and treatment technologies usually used recently of heavy metal
wastewater were summarized，and the advantages and shortcomings of each treatment technology were analyzed
in this thesis．To clean and reuse the wastewater and retrieve heavy metal at the same time，the thesis chose a
combined technology of membrane technology and electro-chemistry was chosen， that is， micellar—enhanced
uhrafihration fMEUF) 一electrodeposition to treat heavy metal wastewater．
Key words：heavy metal wastewater,treatment technology；micellar-enhanced uhrafiltration-electrodeposition；
retrieval of heavy metal
重金属是人体健康不可或缺的微量元素．但如果超量
就会造成严重的后果。近年来。随着经济的快速发展，废水
的大量排放．水源和土壤中重金属积累加剧，重金属污染越
来越严重。重金属离子对水体的污染，由于其不易降解性和
毒害性，被定为第一类污染物『】1，如何减小和消除重金属危害
已成为当前环保工作者和科研人员面临的一大课题。目前，
处理重金属废水常用的方法主要分为三类：化学处理法、物
理化学处理法和生物处理法，但都各自存在一些不足。对其
进行比较讨论，着重分析了胶束强化超滤(MEUF)一电解法处
理重金属废水．有效去除重金属的同时，透过液可以回用，并
能从浓缩液中回收重金属。
1重金属废水的来源和危害
1．1重金属废水的来源『2l 1
随着工业的快速发展和城市化进程的加快，越来越多
的工矿业废水、生活污水等未经适当处理就直接排放，引起
水域的重金属污染。同时，也造成土壤污染，以及富含重金属
的大气沉降物的输入，在降雨作用下，都使得地下水中重金
属含量急剧升高，引起地下水重金属污染。
重金属废水来源于电镀、采矿、化工等部门。重金属废
水主要来自矿山坑内排水、废石场淋浸水、选矿厂尾矿排水、
有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂
镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水。以及电解、农药、医药、烟草、
油漆、颜料等工业。废水中重金属种类、含量以及存在形态随
不同生产种类而异．变化很大。
1．2 重金属废水的危害H-51
废水中的重金属能被土壤作物吸收，且性质稳定，难降
解。又能抑制作物生长发育。造成早衰、减产甚至死亡，并通
过根系进入植物体。重金属废水及其化合物能在水生生物体
内以及植物体组织内累积富集，通过饮水和食物链的生物积
累、生物浓缩、生物放大等作用，最终对人体健康造成严重危
害。重金属废水是污染性很强的一类废水，即使浓度很小，也
能造成危害，且毒性具有长期持续性。重金属无论采用何种
处理方法都不能被降解，只能改变其状态．或与阴离子配体
形成配合物或螫合物。使水中重金属浓度增大，从受污染水
体中分离出来
2 重金属废水处理技术
2．1化学法
主要有化学沉淀法、氧化还原法、气浮法、电解法等。
2．1．1化学沉淀法 州
是目前发展时间较长，工艺比较成熟的一种处理方法。
作者简介：徐灵(1982一)：女。四川成都人，在读硕士研究生，西南科技大学05级环境工程专业，方向为水污染控制--E-mail'xuliug821021@163 corn。
维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年34卷第6期 广州化工 ·45-
其原理是在含有重金属的废水中加入化学物质进行中和反
应．使呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的化合物沉淀形
式而去除．包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体沉淀法和
钡盐沉淀法等。
中和沉淀法：在废水中加入碱，通过中和法形成氢氧化
物或碳酸盐沉淀而去除。其操作简单，中和剂来源广，在去除
重金属离子的同时能中和各种酸及其混合液，是常用的处理
方法。不足在于：沉渣量大，含水率高，易二次污染，有些重金
属废水处理后难以达到排放标准。废水中常有多种重金属共
存，当含有两性金属时。高pH值时有再溶解倾向，处理操作
时对pH值要求严格。且需要预处理去除卤素、氰根、腐殖质
等．防止与重金属离子形成络合物。影响中和反应。
硫化物沉淀法：在废水中投加硫化剂。使重金属离子与
s：-形成硫化物沉淀而去除。相比于中和沉淀法，此法优点是：
重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度更低。因此只需
加入少量的沉淀剂就可使废水中重金属离子达到排放标准；
反应的pH值在7-9之间，处理后废水一般不用中和，沉渣
含水率低，不易返溶而二次沉淀。但是，硫化物沉淀细小，易
成胶体．且本身有毒．处理过程中可能产生硫化氢气体，造成
二次污染。
铁氧体况淀法：是日本电气公司(NEC)研究出来的一种
从废水中除去重金属的工艺技术，是在废水中加入铁盐，使
各种金属离子形成铁氧体晶粒一起沉淀析出，从而净化废
水。比重大于3．8的重金属都可以形成铁氧体。此法能一次
脱除废水中的多种金属离子。形成的沉淀是一种优良的半导
体材料，设备简单。操作方便，对水质的适应性较强，沉渣极
易脱水。但在操作过程中需加热到7O℃左右，或更高，并通
入空气氧化，氧化速度慢，因此操作时间长，耗能高。
2．1．2氧化还原法[9,11-13l
在废水中加入氧化剂或还原剂。通过氧化还原反应使
废水中重金属离子向更易生成沉淀或毒性较小的价态转换．
然后再沉淀去除，一般用于废水的预处理。日本同冶矿业公
司发明的铁粉法用于去除含铬废水，不仅能还原Cr6+，而且可
利用铁活性较高固化重金属离子．以金属形式析出．利于重
金属回收。目前已用于中小型电镀厂排放的工艺废水的治
理。但占地面积大，产生废渣量大，需寻找利用途径。
2．1．3气浮法[14,1
是利用气泡的吸附作用进行固液分离的一种方法。在
含重金属废水中加入具有和它相反的电荷的扑集剂生成络
合物或沉淀物，使其附着在气泡上，形成浮渣而去除。气浮法
对处理电镀废水。尤其是浓度较低时具有独特优点．设备简
单。占地面积小，适于间歇操作，重金属残留低。生成的泥渣
体积小，运转费用低。但出水的盐分和油脂含量高，浮渣和净
化水回用问题有待解决。
2．1．4电解法18-9· · ‘
是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒
性的方法，使废水中重金属离子通过电解过程在阳一阴两极
上分别发生氧化和还原反应使重金属富集。然后进行处理。
具有设备简单，占地小，易于操作，能回收有价金属的优点。
但耗能高，处理水量小。
2．2 物理化学法
主要有离子交换法、吸附法、膜技术等。
2．2．1离子交换法 ·12·181
是利用离子交换剂与废水中重金属离子发生离子交换
作用，从而分离出重金属离子。常用的交换剂有离子交换树
脂和沸石。离子交换法是一种重要的电镀废水治理方法．处
理容量大，出水水质好，可回收重金属资源，无二次污染。但
树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，反应周期长。操作费用
高。
2．2．2 吸附法IS， 3t 蚓
是利用吸附剂活性表面吸附废水中重金属离子的一种
方法。最常见的吸附剂是活性碳．能同时吸附多种重金属。但
价格昂贵，使用寿命短。近年来，人们开始利用自然资源制备
吸附剂，原料来源广，制造容易，降低了成本，但重金属吸附
饱和后再生困难。难以回收重金属资源。
2．2．3膜技术{13,21-z~1
膜分离过程是利用一种特殊的半透膜将溶液隔开．以
压力为驱动力，废水流经膜面时，其中的污染物被截留，而水
分子透过膜，废水得到净化。相比常规废水处理技术，膜技术
具有高效、无相变、节能、设备简单、操作方便等优点，并能实
现重金属的回收，另外不加化学试剂，不会造成二次污染。存
在的主要问题是膜组件的昂贵和使用过程中膜的污染和通
量下降。
2-3 生物法【l3124-261
利用微生物或植物体的生理特性来处理重金属废水．
主要有生物吸附法、生物絮凝法和植物修复法。由于生物技
术处理重金属废水具有效率高、成本低、二次污染少、有利于
生态环境的改善等优点，近年来在含重金属废水处理领域引
起了人们普遍的关注。进行了广泛的研究。但微生物培养和
驯化时间长，不易控制，且大多有选择性。因此目前此法多处
于实验室研究阶段。实现工业化还有待进一步探究。
3胶束强化超滤一电解法[12-22，27~'H
随着环保要求的日益严格。对重金属废水的处理．应实
现废水净化回用和重金属的回收。单独的一种工艺往往不能
很好的达到这一目的．可以将几种工艺组合起来处理重金属
废水，以同时发挥各自的长处．取得较好的效果。膜技术作为
一种新型的水处理技术具有低耗、高效、操作方便等优点．普
遍受到国内外水处理者的关注．尤其是技术较成熟的超滤技
术。而电化学法能有效回收废水中的重金属。将这两种技术
结合处理重金属废水在去除废水中重金属的同时能有效回
收重金属。如：胶束强化超滤(MEUF)一电解法。
胶束强化超滤是最近发展起来的与表面活性剂技术相
结合的方法，当表面活性剂浓度超过其临界胶束浓度时．大
的两性聚合物胶束形成，溶液经过超滤膜时。吸附有大部分
金属离子和有机溶质的胶束被截留，透过液可回用，含重金
属的浓缩液则进一步被电解，回收重金属。但目前常用表面
活性剂为有机合成。都有一定毒性，易造成二次污染。针对这
一问题，有人研究使用天然有机物，如卵磷脂等具有表面活
性剂功能的天然物质代替这些有机物，由于其无毒、易降解．
不会对环境造成二次污染。
电化学法是较成熟的回收重金属的处理方法．在电解过程
中．溶液与电源的正负极接触并发生氧化还原反应．当对重
金属废水进行电解时，废水中的重金属离子在阴极得到电子
而被还原，这些重金属或沉淀在电极表面或沉淀到反应槽底
部．从而降低废水中重金属含量，这种方法适合于重金属浓
度较高的废水，因为高浓度溶液可以提供较高的电流效率，
降低能耗。虽然重金属废水中重金属浓度一般较低，但经过
超滤处理后．排出的重金属浓缩液中重金属浓度得到了较大
提高，能适用于电解回收重金属。
胶柬强化超滤一电解法就是利用超滤过程净化废水，电
解过程回收重金属的方法，真正实现了废水回用和重金属回
收的双重目的。该过程的基本原理如图l所示：
二
4 结语
净化水
』浓缩液
匦— 纯的重金属单质
图1 胶束强化超滤一电解法基本原理图
重金属废水是对环境和人类健康危害极大的污染物，
随着人们对环保关注度的增加，对重金属废水处理的要求也
日益严格。高效、低耗地去除废水中重金属离子的同时，实现
废水回用和重金属回收是今后重金属废水处理的发展方向。
重点加强各种水处理技术的综合应用，形成组合工艺，能扬
长避短。具有广阔的发展前景和应用价值。
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