重金属废水处理方法

Posted 2023-01-15 重金属

篇首语：一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了重金属废水处理方法相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

重金属废水是指矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中排出的含重金属的废水。重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。废水中的重金属一般不能分解破坏，只能转移其存在位置和转变其物化形态。水体的重金属污染已经成为当今世界最严重的环境之一。

目前重金属废水处理常用的技术有：①化学法：化学沉淀法，氧化还原法，溶剂萃取分离；②物理化学法：离子交换法，吸附法，膜分离技术；③生物法：植物修复法，生物絮凝法，生物吸附法。由于传统化学、物理治理方法有成本高、操作复杂、效果不稳定等缺点，生物治理技术在处理含重金属离子的废水中，因其成本低、效率高的优点日益受到人们的重视。

1 植物修复法

植物修复是一种利用自然生长的植物或者遗传工程培育植物修复重金属污染环境的技术总称。植物去除重金属污染的修复类型有四种：植物吸收、植物挥发、植物吸附和植物稳定。利用植物通过吸收、沉淀、富集等作用提取、分解、吸收、转化或固定地表水、地下水中的重金属，降低其重金属含量，以达到治理污染，修复环境的目的。在植物修复技术中能用到的植物有传统作物和水生植物等。渠荣遴等在对低浓度含重金属废水的植物修复作用研究中对比讨论玉米、向日葵、蓖麻种苗对水体中锌、铜的去除效果，发现选择传统作物种苗进行低浓度含重金属废水的植物修复具有良好的修复前景，如在Cu 浓度为10 mg/L 时，向日葵茎中Cu 的积累可达到1.90 mg/g 干重、玉米茎中Cu 的积累可达到1.17 mg/g 干重；在Zn 浓度为100 mg/L 时，向日葵茎中Zn 的积累可达到7.88 mg/g 干重、蓖麻茎中Zn 的积累可达到7.08mg/g 干重。王谦等在综述利用大型水生植物植物修复重金属水体的研究进展中，对几种生活型水生植物（挺水、漂浮、浮叶和沉水）在重金属污染水体中对重金属的蓄积效果对比分析可以看出大型水生植物对重金属污染有着很好的去除效果。用植物修复技术处理重金属废水的优点是成本低，不会造成二次污染，且可以利用组织培养技术、基因工程技术对植物进行筛选、培育，使其对重金属污染具有良好的蓄积、去除能力，但其也有一定的局限性，植物会受季节、植物培养周期和植物具有选择性的限制。

2 生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的具有絮凝能力的代谢物，进行絮凝沉淀的一种除污方法。生物絮凝剂又称第三代絮凝剂，是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢物，主要由蛋白质、黏多糖、DNA、纤维素、糖蛋白和聚氨基酸等高分子物质构成，分子中含有多种官能团，能使水中胶体悬浮物相互凝聚沉淀。其在废水处理中具有安全方便无毒、不造成二次污染、絮凝效果好等优良性质。张娜等以天然高分子壳聚糖复配而成新型高效复合絮凝剂，在不同的工业污水处理中的应用表明，该絮凝剂对重金属离子的去除率可提高10 %～20 %，且成本也大幅度下降。陈天等从多种微生物中提取壳聚糖为絮凝剂回收废水中Cr3+、Pb2+、Cu2+等重金属离子，发现其在很少量作用下，就能表现出显著的回收效果，对重金属离子的回收率可达98 %～99.9 %。康建雄等对生物絮凝剂Pullulan 絮凝水中Pb2+进行了试验，通过探讨Pullulan 与絮凝溶液的pH 以及Pb2+初始浓度等相关因素对其絮凝效果的影响，发现在Pullulan 与AlCl3 用量比为4∶1.1、溶液pH 为6.5～7.0、Pb2+初始浓度为10、25、60、100 mg/L 时，分别投加8、25、40、80 mg/L 的Pullulan，对Pb2+的去除率可达最高，分别为73.86 %、76.30 %、77.07 %、81.19 %，并经过六次重复性试验表明Pullulan 的絮凝效果具有较高的稳定性。但生物絮凝法也存在着一些缺点，活体生物絮凝剂难以保存，生产成本较高，目前很多高效的生物絮凝剂还处于研究阶段，不宜进行工业化的生产。

3 生物吸附法

生物吸附法就是通过某些生物体本身及其衍生物的化学结构及成分特性对溶于水中的重金属离子的吸附作用，再利用固液两相分离的方法来达到去除水溶液中的重金属离子的目的。能够西服水溶液中重金属离子的生物材料被称为生物吸附剂。现已发现的生物吸附剂有细菌、真菌、藻类以及一些细胞提取物。

3.1 细菌

细菌具有尺寸小、普遍存在、对环境适应能力强等优点。用作生物吸附剂的主要细菌有芽孢杆菌属、假单胞菌属和链霉菌属等。芽孢杆菌属的菌株都具有吸附大量金属的能力。苏新华等以安全性高、繁殖速度快的苏云金芽孢杆菌为研究载体，寻找苏云金芽孢杆菌对镍污染最适的处理方法，其研究结果表明，通过菌体重悬法智力镍污染的方法具有很好的应用前景，其最大平衡富集量达到了32.29 mg/g。邓燕宁等以含Fe3+、Cd2+的模拟废水为例，用胶质芽孢杆菌絮凝剂和沸石两种吸附剂对其进行吸附，并对比分析了两种吸附剂单独及联合使用对模拟重金属废水的处理效果，结果表明，胶质芽孢杆菌絮凝剂在处理高浓度含Fe3+废水有较好的吸附效果，且其能促进天然沸石颗粒物沉降。

李中华等选用耳葡萄球菌作为研究对象，使用海藻酸钠作为固定化载体，研究固定化菌体对矿山废水重金属的吸附性能中发现，固定化菌体对重金属有良好的富集性能，投加15 g/L 的固定化菌体，对100 mg/L Cu、50 mg/L Zn 的去除率分别可达94.4 %、80.6 %，且经过4 轮吸附-解吸循环实验，显示固定化菌体可重复利用3 次。

趋磁细菌是一类在外磁场的作用下能作定向运动并在体内形成纳米磁性颗粒－磁小体的细菌，其主要分布于土壤、湖泊和海洋等水底污泥中。在任茂明等趋磁细菌对含重金属Cr3+废水的吸附研究中发现，趋磁细菌对Cr3+的吸附率很高，间歇实验的去除率都高达80%以上。

田建民通过实验发现，光能异养微生物外红硫螺菌属Shaposhnikovii 形成的胞外生物聚合物对水中重金属离子具有很强的吸附力，液体pH 范围在6～7 时，在铜、锌离子浓度为100 mg/L的水溶液中，两种离子的去除率达到99.7 %，水溶液中剩余的离子浓度小于0.3 mg/L。由此可见，细菌作为微生物吸附剂有安全性高，繁殖速度快和吸附容量大等优点，有着广泛的发展前景。

3.2 真菌

真菌在自然界中分布广泛，是生物界中很大的一个类群，世界上已被描述的真菌约有1 万属12 万余种，许多真菌对重金属离子具有很强的吸附能力，在含重金属离子废水的处理中真菌起到了重要的作用。

尹华等研究了解脂假丝酵母、产朊假丝酵母和活性污泥处理含铬电镀废水的吸附与还原性能，发现当用两株酵母协同处理电镀废水时，可以有效的提高铬的生物吸附效率，对30.2 mg/L总铬的去除率可达91.1 %。

白腐真菌是一类担子菌，能够分泌胞外氧化酶降解木质素，且降解木质素的能力优于降解纤维素的能力，这些酶可以促使木质腐烂成为淡色的海绵状团块——白腐。而白腐真菌也具有吸附重金属离子的能力，其可以吸附镉、镍、铜、铅、汞等重金属离子。李清彪等曾探讨了白腐真菌菌丝球生长的物理化学因素和控制菌丝球大小的规律以及其吸附重金属的效果，通过试验发现用0.2 mol/L 的NaOH 溶液处理菌丝球，对25 mg/L 的铅溶液的吸附率达到了95%以上。

李维焕等通过分析两种多孔菌科大型真菌槐栓菌和木蹄层孔菌子实体吸附Cd2+的吸附特性，发现槐栓菌和木蹄层孔菌均为较理想的重金属离子Cd2+的生物吸附剂，其对10 mg/L Cd2+的最大去除率分别为98 %和94 %。

张亚娟利用实验研究了黑根霉菌对重金属离子Pb2+、Cd2+和Cr6+吸附能力，通过Langnuir 吸附公式得出黑根霉菌对Pb2+、Cd2+和Cr6+的最大吸附量分别为37.073 mg/g、52 mg/g 和14 mg/g。其结果说明了黑根霉菌能够很好的去除水体中的Pb2+、Cd2+和Cr6+离子。屠娟等探讨了发酵工业中的菌丝体黑根霉菌对水中重金属例子的吸附特性，在实验室进行吸附试验绘制出吸附等温线，并由Langnuir 曲线和Freundlich 曲线求出相应参数，发现菌丝体黑根霉菌在pH=3～6.5 的范围内对Pb2+、Cu2+、Mn2+、Cr6+几种主要存在于废水中重金属离子具有很好的吸附能力，其中对Pb2+的吸附能力最高，饱和吸附量可达88 mg/g，且其成本低廉，可以洗脱和再生。

3.3 藻类

藻类是一类光合自养型生物，其来源丰富，对很多重金属离子具有很好的生物吸附能力。李琛综述了藻类在含重金属废水处理中的应用，得出了藻细胞在对中金属离子的吸附中具有吸附容量大、选择吸附性强和吸附速度快的优点这一结论，说明利用藻类处理含重金属离子废水有着其他方法不可替代的优越性，该技术也有着极大的生态效益和经济效益。

黄灵芝等在其研究黑藻对含重金属废水中的Zn2+的吸附性能中发现，在pH 为6.0 的溶液中加入黑藻2 g/L 吸附时间为30分钟Zn2+质量浓度为20 mg/L 的条件下，黑藻对Zn2+的吸附率为85 %。

伍盈盈等以衣藻为生物吸附材料，研究了其对重金属锌、铜、钴的生物吸附，并用Freundlich 等温方程处理实验数据，结果发现，衣藻对这三种重金属的吸附能力大小顺序依次为锌、钴、铜，且其对重金属离子有着很强的生物吸附能力，认为可以用衣藻作为生物吸附材料来处理含重金属离子的废水。。

4 结语

如今在人类工业生产过程中排出的含重金属的废水给生态环境带来了极大的危害。而对重金属废水的治理，首先要从污染源头控制受污染水体中重金属离子的排放量，并同时对已被污染水体进行切实有效的治理。生物方法在治理重金属废水中有着成本低廉、高效方便、不会对环境造成二次污染等优点，有着其他化学方法和物理方法不能替代的优越性。但生物方法也存在着一定的局限性：①易受废水中离子浓度、温度、pH、等外界因素的影响；②生物会受季节、培养周期和具有选择性的限制；③很多生物处理重金属废水的研究目前大多停留在实验室阶段，在实际应用中仍需检验。