2.3　重金屬污染廢水的處理方法

重金屬污染廢水常用的處理方法有化學法、離子交換法、電解法、反滲透法、電滲析法、吸附法和生物法等[22]。

2.3.1　化學法

化學法主要包括：化學沉淀法、氧化還原法和鐵氧體法。

化學沉淀法[23]是向廢水中加入化學藥劑，使廢水中的重金屬離子生成不溶的或難溶的沉淀。常用的化學藥劑有石灰、硫化物或鋇鹽等，此方法的缺點是沉淀劑價格較貴，處理中易排出H2S有害氣體，產(chǎn)生二次污染，反應(yīng)后殘留的S2-需進一步處理。

氧化還原法[24]是向廢水中投加氧化劑或還原劑，將其中有毒的物質(zhì)氧化或還原為無毒或低毒物質(zhì)的處理方法。氧化法主要用以處理廢水中的CN-、S2-、Fe2+、Mn2+等，常用的氧化劑有Cl2、O3、O2等。還原法主要用以處理廢水中的Cr（Ⅵ）、Cd2+、Hg2+等，常用的還原劑有氣態(tài)的SO2，液態(tài)的水合肼以及硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉、硼氫化鈉，鐵、鋅、銅、錳、鎂等金屬也可以作為還原劑。目前化學還原法一般用作廢水處理的預處理過程。

鐵氧體法[25]是使廢水中的多種重金屬離子形成鐵氧體晶粒并沉淀析出，使廢水得到凈化的處理方法。鐵氧體是一類復合的金屬氧化物，其化學通式為M2FeO4或MOFe2O3（M代表其他金屬），呈尖晶石狀立方結(jié)晶結(jié)構(gòu)。此法可一次去除廢水中的多種重金屬離子，形成的沉淀顆粒大，易分離，不會產(chǎn)生二次污染。但反應(yīng)需加熱到70℃甚至更高溫度，操作時間長，消耗能量多。

2.3.2　離子交換法

離子交換法[26]是利用離子交換樹脂，將溶液中一些低濃度的微量物質(zhì)進行富集濃縮，再將其洗脫下來的方法。廢水中的重金屬以陽離子形態(tài)或絡(luò)合陰離子形態(tài)存在，選用陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂，可有效地去除廢水中的重金屬離子。此法操作費用和原材料成本高，對廢水的預處理要求高。

2.3.3　電解法

電解法[27]是利用直流電使廢水中的有害物質(zhì)在陽極或陰極分別發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的過程。電解法主要用于處理電鍍廢水，通過電解使氰分解，重金屬離子被還原成重金屬或形成氫氧化物沉淀而沉積在電極表面或反應(yīng)槽底部。其優(yōu)點是使用低壓直流電源，不消耗化學藥劑，操作方便。缺點是電能和金屬電極消耗大，形成的沉淀物不易處理。

2.3.4　反滲透和電滲析法

反滲透法和電滲析法[28]屬膜分離技術(shù)，其特點是利用半透膜或離子交換膜，在外力作用下，使廢水中的污染物和水分離。反滲透法是用半透膜將淡水和濃溶液隔開，在濃溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力，則溶液中的水分子就會透過半透膜流向淡水一側(cè)，而達到濃縮廢水的目的。電滲析是在直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對溶液中陰、陽離子的選擇透過性，使溶液中的溶質(zhì)與水分離的方法。膜分離技術(shù)操作簡便、去除效率高，但電能消耗大，運行費用高，適合處理高濃度的重金屬污染廢水。

2.3.5　吸附法

吸附法[29]是利用多孔性固體吸附劑吸附廢水中的重金屬離子的方法。常用的吸附劑有活性炭、沸石、腐殖酸樹脂、麥飯石等。這些材料比表面積大，吸附能力強，適合處理水量大、含多種重金屬離子的低濃度廢水。國內(nèi)利用吸附法處理重金屬污染廢水已有成功的經(jīng)驗和定型的設(shè)備，此方法因吸附劑價格昂貴使應(yīng)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產(chǎn)生的代謝物進行絮凝沉淀的一種除污方法。微生物絮凝劑表面具有較高電荷或較強的親水性和疏水性基團，通過離子鍵、氫鍵和范德華力能同時吸附多個膠體顆粒，在顆粒間產(chǎn)生“架橋”作用，形成一種網(wǎng)狀三維結(jié)構(gòu)而沉淀下來，從而表現(xiàn)出絮凝能力。生物絮凝法安全方便無毒，不產(chǎn)生二次污染，絮凝范圍廣、活性高。目前對重金屬離子有絮凝作用的微生物種類有限，限制了生物絮凝法的發(fā)展。

植物整治法是通過收獲或移去已積累和富集了重金屬的植物枝條，降低土壤或水體中的重金屬濃度，達到治理污染、修復環(huán)境的目的。植物整治法的優(yōu)點是成本低，不產(chǎn)生二次污染，可以定向栽培，在治污的同時，還可以美化環(huán)境。但此法處理周期太長，受環(huán)境影響大，對高濃度的重金屬污染廢水處理效率差。

生物吸附法是利用微生物及其衍生物吸附水中金屬離子、非金屬化合物和固體顆粒的過程稱為生物吸附（biosorption）。通過配合、離子交換、吸附等一系列生物化學作用使重金屬離子被微生物細胞吸附，這是一個吸附-解吸的可逆過程，被吸附的離子可被其他離子、螯合劑解吸下來。

從以上論述不難發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的物理化學方法處理重金屬污染廢水存在以下三個方面不足。

①預處理時加入化學試劑，既增加處理費用，又造成二次污染，并向廢水中帶入新的污染物；

②去除重金屬和降解有機物分兩步進行，設(shè)備投資大，操作復雜；

③一般只適用于重金屬離子濃度較高的情況，當重金屬離子的濃度在100mg/L以下較低的范圍內(nèi)時，這些方法或顯得無能為力，或成本較高。

為了最大限度地減少重金屬污染對生態(tài)系統(tǒng)造成的嚴重影響，人們一直力求尋找一種生產(chǎn)費用低、處理效果好、不引起或很少引起二次污染的處理重金屬污染廢水的新技術(shù)。生物吸附法就是在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興的、對環(huán)境友好的處理重金屬污染廢水技術(shù)。

近年來利用各種微生物如細菌[31,32]、真菌[33,34]、藻類[35,36]等處理重金屬離子廢水得到廣泛的研究。因此，研究開發(fā)來源豐富且價格低廉的生物吸附劑去除、回收重金屬離子，已成為重金屬污染廢水處理領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

2.3.7　生物吸附法處理重金屬污染廢水

2.3.7.1　生物吸附法的特點

如今人們比以往任何時候都更加崇尚自然、善待自然，與環(huán)境相協(xié)調(diào)的綠色理念已經(jīng)滲透到新技術(shù)的開發(fā)中。

微生物吸附作為治理重金屬污染的一項新技術(shù)，由于其環(huán)保特色而有著其他技術(shù)所不可比擬的獨特優(yōu)點。與常規(guī)的技術(shù)相比，微生物吸附技術(shù)具有以下優(yōu)點。

①可以選擇性地去除某種重金屬離子；

②處理效率高，不引起二次污染；

③pH值范圍較寬；

④易于分離回收金屬。

2.3.7.2　生物吸附法的應(yīng)用概況

生物吸附技術(shù)是利用廉價的生物細胞體吸附重金屬離子，從而達到去除水體中有害重金屬離子的目的。

生物吸附概念最早是由Ruchhoft在1949年提出來的，它利用活性污泥去除水中的放射性元素釙（Pu）。生物吸附重金屬研究的真正興起還是在20世紀80年代。從20世紀90年代到現(xiàn)在，生物吸附材料不斷涌現(xiàn)，生物吸附機理研究不斷深入。

國外微生物技術(shù)處理重金屬污染廢水中，已經(jīng)有使用死的微生物制成生物吸附劑去除水中重金屬的專利,例如AMT-BIOCLAIM工藝就是利用死的芽孢桿菌制成球狀生物吸附劑吸附水中重金屬離子。在美國已有兩個科研機構(gòu)研究提供商業(yè)用途的生物吸附劑,一個是以廢棄的微生物為對象,另一個是以藻類為對象。綜上所述,近年來生物吸附法以其獨特的優(yōu)點在含重金屬污染廢水處理領(lǐng)域引起了人們普遍的關(guān)注,進行了廣泛的研究,取得了可喜的成果。

但生物吸附技術(shù)還只是處于經(jīng)驗、實驗室階段,在實用化和工業(yè)化應(yīng)用中還存在著諸多問題有待研究解決,還需通過進一步的研究和開發(fā)工作完善此項技術(shù)。

為了使生物吸附金屬技術(shù)推廣應(yīng)用，還必須考慮以下一些因素。

①如何進一步提高生物吸附劑的吸附效率；

②生物吸附劑應(yīng)易于得到；

③降低吸附劑的制造成本；

④吸附劑應(yīng)使用方便，易于操作等。