重金属废水处理技术和资源化研究

李辉军，王雄

（1.信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司南京分公司，江苏 南京 210000；2.南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏 南京 210000）

1 重金属废水的概述

1.1 重金属废水的危害

工业废水的种类较多，而重金属废水主要是指在工业废水生产时添加了金属元素。通过调查研究发现，重金属废水来自于矿山排水和有色金属的加工废水等环节中，重金属废水对于水质污染较为严重，并且还会对人体健康造成严重损伤。当前，大多数重金属废水中的金属离子及其化合物相比于其他污染源更容易被水中颗粒所吸附和沉淀，而沉淀之后的重金属污染源会停留于水体中，从而造成严重的污染问题。且水中的部分生物还会吸收富集水中的重金属，如果流入到市场中会影响人体的身体健康。例如汞及其化合物，这些物质都属于剧毒物质，一旦进入人体就会破坏中枢神经系统，还会损伤消化道和口腔等器官。因此，科学、合理地处理重金属废水十分重要，相关部门需要整合不同的技术方案，全面优化当前的处理模式，以此减少对人体所产生的损伤。

1.2 重金属废水的特点

重金属废水随着浓度的不断增加其产生的危害也不断加大。首先，重金属废水的毒性具备一定的延续性，并且各个金属物在某些微生物的分解作用下会转化为毒性更强的金属化合物，这些金属化合物会随着食物流转到人体的内部，例如，无机汞在水体中会被微生物转化为毒性更强的有机物质，会对人体造成非常严重的损伤。其次，重金属通常会随着动物和植物的吸收在体内积累，人类如果食用这些植物和动物，会导致内部的金属物不断地增加，人体会出现慢性中毒的问题，其后果非常严重。最后，由于重金属物质和其他复合物会存在一定的差异性，不会被降解和破坏，只能发生迁移和形态的转化。例如，在天然水体中，一些有机酸和氨基酸均可以和其他物质相互融合，形成毒性较强的复合物，并且沉淀后金属物中的有害物质也被全面释放。因此，重金属废水只要存在就会有较大危害，所产生的影响也较为突出，只有通过全面、彻底地根除才可以进行日常应用。

1.3 处理重金属废水的必要性

当前，处理重金属废水已经成为社会上广泛关注的问题，相关部门需加强对技术和设备的投入力度，从而可全面提高重金属废水的处理效果。在重金属废水中，会含有一些汞和铅等其他的化合物，在被水中的植物和鱼类所吸收之后，会沿着食物链传递。因此，在对水中的金属和化合物进行分析时，可看到其中动物的蛋白酶和活性酶会出现失活的问题，导致体内代谢紊乱[1]。由于重金属无法自然地降解，只能经过生物代谢才能排除对人体身体健康造成的严重威胁。所以，为了保证人们的身体健康，需加强对重金属废水进行科学处理，同时还要不断完善、创新处理技术，以及选择正确合理的技术工艺，从而减少对人体所带来的危害。

2 重金属废水处理的策略分析

2.1 电解法

在实际工作中，需要相关工作人员掌握正确的技术方案，优化当前的技术体系，从而为提高重金属废水的处理水平奠定坚实基础。在实际应用中，电解法是常见的技术处理模式，主要是指在直流电的作用下，废水中的带电重金属离子迁移到阴极，并且，在阴极中电子被还原，所产生的金属单质被沉淀到反应器的底部，或是被吸附到电极的表面，这样就可以实现水中重金属物质的回收[2]。在技术实施时，需要和各项指标进行相互对比，并且要加强科学监测不同物质的变化情况，以此逐渐完善电解法的实施模式。该方法在实际应用中不需要添加任何的化学试剂，因此，也不会对周边环境造成严重污染。随着溶液内部反应持续进行，使原溶液中的金属离子浓度在不断的下降，溶液电阻率在不断地升高。但随着时间的不断推移，耗电量也会不断增加，所以，该方法不适用于低浓度的重金属废水处理。在实际应用中，相关单位需要协调技术和成本之间的关系，以选择正确的技术方案，从而使重金属废水处理水平能够得到全面提升，也为后续使用奠定坚实基础。

2.2 化学沉淀法

化学沉淀法在重金属废水处理中是比较常见的，主要是将硫化物和氢氧化物投入到重金属废水中，使其能够和重金属离子发生反应并形成沉淀，之后在去除其中游离的重金属离子。该技术在实施时，方法非常便捷，并且工艺特征非常简单，但在实际处理过程中会产生一定量的废渣，所以需要配合二次处理来进行日常的操作。如果没有融入二次处理方法，会造成较为严重的环境污染问题[3]。近年来，化学沉淀法在工艺和沉淀剂方面都取得了研究性的突破，当前，新型的技术被广泛运用，有效地提高了重金属废水整体的处理效果。研究数据表明，通过利用该方法，可使废水中重金属的去除率高达99%。具体工艺流程如图1所示。

图1 化学沉淀法

2.3 生物吸附法

生物吸附法是近年来出现的一种新型的重金属废水处理方法，该方法在实际应用过程中，主要是通过静电作用和共价作用形成的技术方案，在实际处理时，需要先将重金属离子和细胞表面的大分子物质进行相互结合，然后再利用生物体细胞主动地吸收废水中的重金属离子，但在具体实施过程中，需要观察废水的pH值，并且要根据吸附的结合点位来增强相互之间的作用力，从而使整体的吸附作用能够得到全面增强，以此提高离子的去除效率。在技术实施时，要进行全过程的监督以及观察，并确定相对应的控制指标，从而提高整体的处理效果。

2.3.1 利用微生物吸附技术

该技术是采用具有较强吸附能力的生物吸附剂，是利用大量繁衍的微生物细胞和分泌物，结合水中的有害物质，如悬浮物质形成表面覆盖有黏性的多糖物质活性污泥絮凝体。当前，重金属废水中的有害物质较多，在微电流的作用下，在大量含有铜离子的重金属废水中，适当增加活性污泥的絮凝体能够带走大量的铜离子，且铜离子的去除率能够高达96%，其水质净化效果非常好，极大地减少了对周边环境的污染。微生物吸附技术的优势非常明显，有助于促进城市重金属废水处理工作的可持续发展。因此，要充分发挥微生物吸附技术本身的优势，并严格地遵循处理流程以及标准，实现技术模式的全面调整和升级，助力于我国环境保护工作的顺利实施。

2.3.2 利用固定化微生物技术

固定化微生物技术是在一定条件下，使重金属废水中的游离微生物细胞成为有机杂质的强力吸附剂，并将其固定在特定的区域中，这也是一种新型的重金属废水处理技术。该技术可以根据重金属废水处理的需求，在指定区域内进行重金属废水的处理，其指向性特征非常明显，因此，在城市重金属废水处理中利用这一技术，不仅可以使有机杂质降解效率得到全面提高，还有助于降低污泥产量，同时也适当地降低了重金属废水处理装置本身的容积，完善了当前的处理模式。另外，由于微生物活性较强，在处理重金属废水时能够实现重复利用，也相应达到了环保和节约的目的，提高了微生物处理的效果和效率。

2.4 离子交换法

离子交换法去除水中重金属离子的优势较为突出，该技术是利用树脂交换功能的基团从废水中对重金属离子进行交换，达到了良好的去除效果。在实际处理中，当重金属废水经过离子交换器时，重金属离子间的浓度差和树脂交换基团离解形成较强的离子亲和力，以此来推动两者之间的相互交换，有效去除其中的废水。当前，离子交换法在重金属废水处理中具有突出的优势，特别是阴阳离子交换树脂的应用效果非常得明显，但在具体应用的过程中，还需要优化整体的技术模式，以此来提高整体的处理效果。例如，在某厂废水中含有大量的铜和铅等重金属离子，向其加入一定磷酸酯功能的树脂，能有效去除其中的铜和铅等金属阳离子，从而使处理后的废水能够满足实际的生产要求和排放的标准，进而提高了整体的处理效果。

2.5 膜分离法

膜分离法在重金属废水处理中是比较常见的一种方法，该方法主要是利用特殊的半透膜在分子水平面中不改变溶液的化学形态，使溶质和溶剂进行分离，因此，该技术具备高效和节能的优势。在处理重金属废水过程中，可以实现重金属的回收。目前，常用的膜分离技术主要包括超滤膜、纳滤膜和反渗透膜等技术，随着新型技术的研发，这一处理工艺得到了蓬勃发展。所以，膜分离会成为重金属废水资源化利用的核心科技，而且，通过膜处理分离出来的重金属能够投入到资源化的利用中，真正的满足了零排放的要求以及标准。具体工艺流程如图2所示。

图2 膜分离法

3 重金属废水的资源化利用分析

（1）在具体实施的过程中，需要根据资源化利用的要求以及标准选择与之对应的处理方案，从而使资源能够得到科学的配置。在实际处理过程中，可以选择膜集成技术来处理含铜废水，在水质满足相关的标准和要求后，再对产生的浓缩废水进行系统回收，回收之后进入萃取系统中，再通过电解回收铜，从而实现废水的闭路循环。这一技术能够满足铜工业废水循环利用的要求以及标准，并且其每年回收率较高。此外，在技术实施的过程中，需要科学的控制、监测其中的铜含量和节流的范围等，从而使出水水质能够符合相关要求。经过浓缩废水被转移到浓缩系统和处理系统中，系统将其中残留的铜离子回收之后，可以通过电解的方式来搭建闭路循环，形成循环工艺，以有效提高废水处理的效果和水平。

（2）在后续实施时，可以通过沉淀和膜处理工艺来处理蓄电池的废水，在实际处理时其回收率能够高达75%左右，且通过过滤能够去除废水中的大部分重金属，之后再配合膜处理工艺，也能够使其中的铅浓度符合相关的要求以及标准。在这一工艺实施的过程中，具有稳定性较强和抗逆性较强的优势，有效地提高了工业应用的价值，是当前新型的技术方案。在技术实施的过程中，要先调节废水的pH值，从而使金属离子能够真正沉淀之后，再利用沉淀物进行废水的分离，在此基础上再借助微滤和纳滤技术，对其中的重金属离子进行再一次的分离。该方案能够优化整体处理模式，真正满足了资源化利用的要求以及标准。

（3）在实际应用中，也可以通过高效固液分离技术来进行资源化处理，主要包含固液分离和污泥浓缩等不同技术方案。在技术具体实施时，不需要添加其他的物质就可以进行金属的回收利用，且对铜和锌的去除率能够高达99%以上。同时，使污泥中的金属含量不断地降低，真正实现废水的回收利用和重金属的回收。在具体实施的过程中，还可以直接采取膜进行废水的处理，浓缩液要通过电解才能回收重金属，从而达到去除的目的。在实际处理过程中，要先向废水中投加一些沉淀剂，去除一部分的重金属离子之后，再通过膜处理提高最终的出水水质。如果在实际处理时，一些原水未经过处理，那么离子浓度就较高，所以，需要通过不同的处理方案才能达到最终的出水标准。在技术应用的过程中，需要做好各项指标的对比以及分析，这样一来可以快速地了解不同处理工艺的优势以及特点，有利于完善当前的技术处理方案，从而使重金属回收利用水平能够得到全面提升。

目前，我国在重金属废水资源化利用方面的研究仍然处于探索阶段，因此，相关部门需要根据重金属废水的特点来选择与之对应的技术方案，并做好相关数据的记录，为后续的废水处理工作提供重要基础。同时，还需要加强资金和设备的投入力度，优化整体的处理模式，再根据资源化利用的相关指标，进行全面审核，以便及时发现资源化利用中的问题，从而可全面提高后续的处理水平，以此满足废水处理的要求。

4 结语

综上所述，在对重金属废水进行处理时，要根据不同的工艺要求来选择和制定相应的技术体系，同时，还可以适当借鉴其他企业在重金属废水处理工作中的相关经验，配合资源化的方法，从而使重金属废水资源利用水平能够得到全面提高，在减少对环境污染的同时，也有助于促进我国工业行业的稳定发展。