重金属废水处理与循环利用技术浅析

重金属废水处理与循环利用技术浅析
李海涵
（赤峰市环境科学研究院，内蒙古　赤峰　０２４０００）
摘 要：重金属废水排放到外界，会严重污染环境，同时危害人类健康，需予以重视，落实重金属废水处理与循环利用工作。

在重金属废水处理中，可采用化学沉淀法、电化学法等化学处理法，吸附法、离子交换法、膜分离法等物理处理法，以及微生物处理法、植物处理法、动物处理法等生物处理法，企业可根据废水治理需求，合理选用处理工艺，待废水中重金属含量达到排放标准后，再将之排放到外界。

关键词：重金属废水；处理；循环利用；技术
中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０６－０２５０－２
Analysis of Heavy Metal Wastewater Treatment and Recycling Technology
LI Hai-han
（Ｃｈｉｆｅｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｉｆｅｎｇ　０２４０００，Ｃｈｉｎａ）
Abstract: Ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｗｏｒｌｄ　ｗｉｌｌ　ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ　ｐｏｌｌｕｔｅ　ｔｈｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｅｎｄａｎｇｅｒ　ｈｕｍａｎ　ｈｅａｌｔｈ．　Ｗｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｐａｙ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ，　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ，　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，　ｉｏｎ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，　ｐｌａｎｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｎｉｍａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ．　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　ｃａｎ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ　ｓｅｌｅｃｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，　ｐｅｎｄｉｎｇ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｉｎ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｔａｎｄａｒｄ．　Ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅｎ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｕｔｓｉｄｅ　ｗｏｒｌｄ．
Keywords:　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ；　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；　ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ；　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
人类的发展其实就是一个不断改造自然的过程，随着社会的发展，采矿、冶炼、造纸、化肥、农药等行业不断发展，由于缺乏合理的管控，大量重金属含量超标的废水被排放到外界，引起了一系列环境问题[1]。

据调查，工业废水中含有的重金属，比如锌、铜、铅、汞、镍、镉等均具有一定毒性或致癌性，而且这些物质会在生物体内积累，无法被降解。

为了保护自然环境，保障人类生命健康，加强对于重金属废水处理与循环利用技术的研发应用，已是刻不容缓。

1 化学处理法
（1）化学沉淀法。

化学沉淀法是指在重金属废水中加入化学沉淀剂，令二者发生化学反应形成沉淀后，以过滤、离心等方法分离出沉淀物的过程。

现阶段，常用的化学沉淀法有以下两种：①氢氧化物沉淀。

这一方法主要用于含铬废水的处理，例如，硫酸亚铁-石灰法，亚铁离子可将Cr6+还原Cr3+，再往废水中加入石灰，Cr3+可转化为难溶性的Cr(OH)3析出；②硫化物沉淀。

这一方法可使用的沉淀剂有FeS、CaS、Na2S、H2S等，常用于PH≥7的废水处理中[2]。

化学沉淀法是一种传统的重金属废水处理工艺，工艺成熟，适用范围广，且操作方便，成本低，得到广泛应用，但是不适宜用来处理重金属离子浓度较低的废水。

（2）电化学法。

电化学法通过电解的方式，使金属离子发生氧化还原反应，并聚集到电解材料的阴阳两极。

这一方法能够在较短时间内快速去除废水中的重金属，处理成本低，而且回收的重金属具有较高利用价值，不会造成二次环境污染，是一种环境友好型废水处理技术。

现阶段，应用较为广泛的电化学法有微电解生物法、高压脉冲电凝法，以高压脉冲电凝法为例，则以方法联用了电解原理及高压小电流，可实现电能到化学能间的高效转化，使得废水中的无机物、有机物发生氧化还原反应，使水体中的磷酸盐、重金属元素凝聚、沉淀，从而去除，处理效率高，操作简便。

2 物理处理法
（1）吸附法。

物理吸附法利用了吸附质与吸附剂分子之间的范德华力，也被称为范德华吸附。

在传统的物理吸附法中，常采用活性炭、沸石、天然粘土等吸附剂，这些物质吸附效果好，但是吸附容量有限，且成本较高，实用性较差。

基于上述原因，科学工作者从寻找新型廉价吸附材料，以及对传统吸附剂进行改造的角度，研发出了高分子吸剂（木质素类、壳聚糖类)、纳米复合吸附材料、矿物吸附剂、碳基吸附剂等新型吸附剂[3]。

研发过程中，科学工作者将目光聚焦与工农业副产品中，将粉煤灰、石灰泥、炉渣秸秆等作为低成本吸附剂合成原料。

以农业废弃物为例，秸秆、稻壳、果皮中富含生物质纤维素，这些纤维素中含有的官能团诸如羟基、羧基、氨基、醇等可吸附废水中的重金属离子，从而达到重金属废水处理的目标。

（2）离子交换法。

离子交换法是指将离子交换剂加入重金属废水中，发生离子交换，使重金属离子形成新化合物经络合或沉淀而被去除的方法。

在这一方法中，可使用沸石、腐殖酸物质、离子交换树脂、离子交换纤维等离子交换剂，其中，离子交换树脂由于自身的高选择性及静电作用，处理效率高，常用于电子垃圾重金属废水的处理。

目前，离子交换法常用于电镀厂废水治理中，废水处理容量大，经水体经处理水质显著改善，重金属回收效率高，不过，这一方法操作相对复杂，运行费用高，不适用于大规模的水处理。

（3）膜分离技术。

膜分离法是一种让重金属废水经压力驱动下流经半透膜的工艺，经处理，重金属被截留，废水中重金属含量显著降低，且重金属经浓缩纯化后可再次利用。

收稿日期：２０１９－０３
作者简介：李海涵，女，生于１９８３年，蒙古族，内蒙古赤峰人，硕士研究生，环境工程师，研究方向：环境保护。

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现阶段，有关于膜分离技术的研究正在逐步深入，李福勤等人在有色金属矿山重金属废水处理中，应用壳聚糖-超滤技术，试验结果表明，在最佳反应条件下，Pb 2+去除率高达96.6，Cd 2+去除率高达96.26%；Figoli 等人在As 5+废水处理中采用商业纳米过滤膜NF90、N30F，发现当pH=8，废水的膜通量会随着温度及压力的升高而升高，而逐步增大pH 值，同时降低操作温度和As 浓度时，As 的去除率会不断提升。

整体而言，这项技术具有选择性高、截留率高、能耗低的优点，可循环利用，且不会产生废渣，发展前景广阔，但是从目前看来，其工艺过于复杂，适用范围窄，仍需进一步改进。

3 生物处理法
（1）微生物处理法。

现阶段，重金属废水治理过程中常采用活性污泥法这一微生物处理法，这种方法具有材料易获得、价格低廉的优势，能够实现大容量重金属废水治理，治理效率高，且成本低。

如若工厂排放废水重金属超标，就可以采用生物硫化微生物处理技术，进行废水治理，待其中重金属含量达标后，再将其排放到外界。

（2）植物处理法。

在重金属废水处理中，采用的植物处理法分为以下两种：①直接作用技术。

通过在水体中种植植物，吸收处理其中的重金属，比如说灯芯草、芦苇等可以吸收铁离子、铜离子，凤眼莲可以去除汞离子；②间接作用技术。

以植物为媒介间接清除废水中的重金属离子，比如说，借助植物根系的释氧功能，能够处理植物所处水体生成好氧微生物[1] 王黎芸,方迪,周立祥.一株嗜酸硫单质还原菌的分离鉴定及其在酸性
重金属废水处理中的作用[J].环境化学,2019,38(02):370-376.
[2] 焦林宏,汪永丽,马娅,韩维亮,王红玉.膨润土的改性及在重金属废
水处理中的研究进展[J].化学工程与装备,2018(12):248-249.
[3] 朱四琛,孙永军,孙文全,肖雪峰,刘鉴雯,陈傲文.絮凝法在重金属废
水处理中的研究进展与应用[J].净水技术,2018,37(11):40-50.
群落，产生凝絮作用，使得重金属形成沉淀后被分离出来，再比如说，借助水生植物发达的根系，为水体中的微生物创造良好生长繁殖条件，借助微生物来降解处理其中的重金属。

（3）动物处理法。

动物处理法是一种新型重金属废水处理方法，尚处于研究阶段，经科学工作者研究发现，废水中的锌离子、镉离子可以与无脊椎动物发生反应，大量富集与动物体内，从而被清除；河蚌等生物可有效清除废水中的铜离子、锌离子，改善水质，使其达到废水排放标准[5]。

4 结语
随着工业化建设进程的推进，工业废水排放总量不断增长，造成了极其严重的环境污染，严重危害到人类的生命。

工业废水中含有不少重金属，而这些物质严重危害人类安全，比如说锌，过量摄入会引发皮肤过敏、贫血等不良反应；铜，过量摄入会引发痉挛、抽搐等不良反应，有一定致死性；镍，为致癌物质，过量摄入会损害肾、肺功能。

为了实现人与自然的和谐相处，实现人类的可持续发展，应该重视对于重金属废水的治理工作，合理利用重金属废水处理技术，降低水体重金属含量，再将之排出，实现水资源的循环利用。

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在电磁信号发射的过程中需要将不同电极之间的距离控制在240m。

在发射设备发出电磁信号的时候，需要将发射电流控制在10阶PRBS，发射源的工作频率需要控制在512赫兹，每一个工作循环发射150个周期的电磁信号，且发射电流的电流大小需要控制在6~15安培之间，以保障发射电流的工作质量与效率。

在对接收电压接收的时候，需要同时对轴向电场分量进行观察采集数据，对记录发射电流的数据进行采集。

通过这样的数据收集，可以有效的控制由于接地电阻造成的数据偏差，很好的提高多通道瞬变电磁法勘探的工作质量与效率。

（3）数据研究分析。

在进行多通道瞬变电磁法勘探的时候，每一个发射电极与接受电极，都会产生一个大地的脉冲信号。

而大地脉冲信号的数据记录点，就是发射偶极与接受偶极之间连线的中点。

在获得了相关的监测数据信息之后，就可可以绘制相关的电阻率等值线图。

以记录点的位置为横坐标，以测试的具体矿产深度为纵坐标，就可以绘制出相关的等值线图，从而得到该金属矿电阻率的剖面图，具体数据信息如图2
所示。

图2 矿区电阻率剖面图
（4）勘探结果分析。

通过对M—TEM 电阻率数据信息的深度分析，推演出了M—TEM 的二维数据图，根据该二维数据图可以更好的了解，内蒙古自治区复兴屯铅锌多金属矿的地下岩石结构和矿产分布情况。

具体的二维图像信息如图3所示。

图3 M—TEM 二维数据剖面图
3 结语
综上所述，内蒙古自治区复兴屯铅锌多金属矿，在3000m~7000m 深度之间的电阻出现了一定的异常，且该数据图与岩芯电阻率的数据图相一致。

说明在200m~1000m 的深度区域可以进行岩石的继续勘探。

从勘探的数据可以发现，若是8000m~9000m 的圈闭电阻仍旧存在异常，还需要继续深入的寻找矿产资源，保障该矿产资源勘探的准确性与可靠性。

在金属矿勘探的时候，需要根据地质岩石的结构，合理的应用多通道瞬变电磁法，有效的提高金属矿的勘探工作质量。

[1] 张峰文.道路岩土工程勘察浅析[J].科技咨询导报，2007（21）：148.。