2.3　重金属污染废水的处理方法

重金属污染废水常用的处理方法有化学法、离子交换法、电解法、反渗透法、电渗析法、吸附法和生物法等[22]。

2.3.1　化学法

化学法主要包括：化学沉淀法、氧化还原法和铁氧体法。

化学沉淀法[23]是向废水中加入化学药剂，使废水中的重金属离子生成不溶的或难溶的沉淀。常用的化学药剂有石灰、硫化物或钡盐等，此方法的缺点是沉淀剂价格较贵，处理中易排出H2S有害气体，产生二次污染，反应后残留的S2-需进一步处理。

氧化还原法[24]是向废水中投加氧化剂或还原剂，将其中有毒的物质氧化或还原为无毒或低毒物质的处理方法。氧化法主要用以处理废水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等，常用的氧化剂有Cl2、O3、O2等。还原法主要用以处理废水中的Cr（Ⅵ）、Cd2+、Hg2+等，常用的还原剂有气态的SO2，液态的水合肼以及硫酸亚铁、亚硫酸氢钠、硫代硫酸钠、硼氢化钠，铁、锌、铜、锰、镁等金属也可以作为还原剂。目前化学还原法一般用作废水处理的预处理过程。

铁氧体法[25]是使废水中的多种重金属离子形成铁氧体晶粒并沉淀析出，使废水得到净化的处理方法。铁氧体是一类复合的金属氧化物，其化学通式为M2FeO4或MOFe2O3（M代表其他金属），呈尖晶石状立方结晶结构。此法可一次去除废水中的多种重金属离子，形成的沉淀颗粒大，易分离，不会产生二次污染。但反应需加热到70℃甚至更高温度，操作时间长，消耗能量多。

2.3.2　离子交换法

离子交换法[26]是利用离子交换树脂，将溶液中一些低浓度的微量物质进行富集浓缩，再将其洗脱下来的方法。废水中的重金属以阳离子形态或络合阴离子形态存在，选用阳离子交换树脂或阴离子交换树脂，可有效地去除废水中的重金属离子。此法操作费用和原材料成本高，对废水的预处理要求高。

2.3.3　电解法

电解法[27]是利用直流电使废水中的有害物质在阳极或阴极分别发生氧化或还原反应，转化为无毒物质的过程。电解法主要用于处理电镀废水，通过电解使氰分解，重金属离子被还原成重金属或形成氢氧化物沉淀而沉积在电极表面或反应槽底部。其优点是使用低压直流电源，不消耗化学药剂，操作方便。缺点是电能和金属电极消耗大，形成的沉淀物不易处理。

2.3.4　反渗透和电渗析法

反渗透法和电渗析法[28]属膜分离技术，其特点是利用半透膜或离子交换膜，在外力作用下，使废水中的污染物和水分离。反渗透法是用半透膜将淡水和浓溶液隔开，在浓溶液一侧施加大于渗透压的压力，则溶液中的水分子就会透过半透膜流向淡水一侧，而达到浓缩废水的目的。电渗析是在直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对溶液中阴、阳离子的选择透过性，使溶液中的溶质与水分离的方法。膜分离技术操作简便、去除效率高，但电能消耗大，运行费用高，适合处理高浓度的重金属污染废水。

2.3.5　吸附法

吸附法[29]是利用多孔性固体吸附剂吸附废水中的重金属离子的方法。常用的吸附剂有活性炭、沸石、腐殖酸树脂、麦饭石等。这些材料比表面积大，吸附能力强，适合处理水量大、含多种重金属离子的低浓度废水。国内利用吸附法处理重金属污染废水已有成功的经验和定型的设备，此方法因吸附剂价格昂贵使应用受到限制。

2.3.6　生物法

生物法[30]包括生物絮凝法、植物整治法、生物吸附法等。

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物进行絮凝沉淀的一种除污方法。微生物絮凝剂表面具有较高电荷或较强的亲水性和疏水性基团，通过离子键、氢键和范德华力能同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生“架桥”作用，形成一种网状三维结构而沉淀下来，从而表现出絮凝能力。生物絮凝法安全方便无毒，不产生二次污染，絮凝范围广、活性高。目前对重金属离子有絮凝作用的微生物种类有限，限制了生物絮凝法的发展。

植物整治法是通过收获或移去已积累和富集了重金属的植物枝条，降低土壤或水体中的重金属浓度，达到治理污染、修复环境的目的。植物整治法的优点是成本低，不产生二次污染，可以定向栽培，在治污的同时，还可以美化环境。但此法处理周期太长，受环境影响大，对高浓度的重金属污染废水处理效率差。

生物吸附法是利用微生物及其衍生物吸附水中金属离子、非金属化合物和固体颗粒的过程称为生物吸附（biosorption）。通过配合、离子交换、吸附等一系列生物化学作用使重金属离子被微生物细胞吸附，这是一个吸附-解吸的可逆过程，被吸附的离子可被其他离子、螯合剂解吸下来。

从以上论述不难发现，传统的物理化学方法处理重金属污染废水存在以下三个方面不足。

①预处理时加入化学试剂，既增加处理费用，又造成二次污染，并向废水中带入新的污染物；

②去除重金属和降解有机物分两步进行，设备投资大，操作复杂；

③一般只适用于重金属离子浓度较高的情况，当重金属离子的浓度在100mg/L以下较低的范围内时，这些方法或显得无能为力，或成本较高。

为了最大限度地减少重金属污染对生态系统造成的严重影响，人们一直力求寻找一种生产费用低、处理效果好、不引起或很少引起二次污染的处理重金属污染废水的新技术。生物吸附法就是在此基础上发展起来的一种新兴的、对环境友好的处理重金属污染废水技术。

近年来利用各种微生物如细菌[31,32]、真菌[33,34]、藻类[35,36]等处理重金属离子废水得到广泛的研究。因此，研究开发来源丰富且价格低廉的生物吸附剂去除、回收重金属离子，已成为重金属污染废水处理领域的发展趋势。

2.3.7　生物吸附法处理重金属污染废水

2.3.7.1　生物吸附法的特点

如今人们比以往任何时候都更加崇尚自然、善待自然，与环境相协调的绿色理念已经渗透到新技术的开发中。

微生物吸附作为治理重金属污染的一项新技术，由于其环保特色而有着其他技术所不可比拟的独特优点。与常规的技术相比，微生物吸附技术具有以下优点。

①可以选择性地去除某种重金属离子；

②处理效率高，不引起二次污染；

③pH值范围较宽；

④易于分离回收金属。

2.3.7.2　生物吸附法的应用概况

生物吸附技术是利用廉价的生物细胞体吸附重金属离子，从而达到去除水体中有害重金属离子的目的。

生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出来的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素钋（Pu）。生物吸附重金属研究的真正兴起还是在20世纪80年代。从20世纪90年代到现在，生物吸附材料不断涌现，生物吸附机理研究不断深入。

国外微生物技术处理重金属污染废水中，已经有使用死的微生物制成生物吸附剂去除水中重金属的专利,例如AMT-BIOCLAIM工艺就是利用死的芽孢杆菌制成球状生物吸附剂吸附水中重金属离子。在美国已有两个科研机构研究提供商业用途的生物吸附剂,一个是以废弃的微生物为对象,另一个是以藻类为对象。综上所述,近年来生物吸附法以其独特的优点在含重金属污染废水处理领域引起了人们普遍的关注,进行了广泛的研究,取得了可喜的成果。

但生物吸附技术还只是处于经验、实验室阶段,在实用化和工业化应用中还存在着诸多问题有待研究解决,还需通过进一步的研究和开发工作完善此项技术。

为了使生物吸附金属技术推广应用，还必须考虑以下一些因素。

①如何进一步提高生物吸附剂的吸附效率；

②生物吸附剂应易于得到；

③降低吸附剂的制造成本；

④吸附剂应使用方便，易于操作等。