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摘要：介绍了重金属废水污染现状、特点及其危害，阐述了国内外处理重金属废水技术研究的进展，并对今后重金属废水处理技术的发展趋势进行了展望。
关键词：重金属废水，技术研究
中图分类号： P618.5 文献标识码： A
近年来，随着经济的快速发展，大量的生产废水随之排放，导致水源和土壤受到影响，重金属含量增多，污染越来越严重。重金属废水对环境的污染有以下两方面的特点：（1）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，若处置稍有不当，重金属离子会返溶于水中，重新产生危害，形成“二次污染”；（2）生物体从环境中摄取、富集重金属，经食物链进入人体并在人体的某些器官蓄积，造成慢性中毒。重金属污染物往往以不同的化学形态、并伴随着一些非金属物质一起随废水排放，对环境和人体产生严重的危害：（1）污染了我们赖以生存的宝贵水源，造成了工业化过程中的水资源紧张；（2）对废水排放的水系形成环境污染，使生态系统失衡；（3）在生物体内不易排出，会富集，而人类位于生物链顶层，最终危害人类的身体健康。
目前，重金属废水处理的方法大致分为化学处理法、物理处理法及生物处理法三大类。
1.化学处理法
1.1.化学沉淀法
化学沉淀法是通过向重金属废水中投加药剂，发生化学反应使重金属离子变成不溶性物质而沉淀分离出来的方法。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、铁氧体沉淀法等。化学沉淀法处理重金属废水具有工艺简单、去除范围广、经济实用等特点，是目前应用最广泛的处理重金属废水的方法。但这种方法很容易受到沉淀剂和反应条件的影响，需要对沉淀剂投加量及反应条件进行准确控制。
1.2.电化学法
电化学法应用电解的基本原理，使废水中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应，使重金属富集，废水中的重金属离子在阴极得到电子被还原，这些重金属或沉淀在电极表面或沉淀到反应器底部，从而去除废水中的重金属，并且可以回收利用。这种方法不会将废水中重金属离子的浓度降低很多，且耗能大，比较适合重金属离子浓度较高且回收价值高的电镀废水。
2.物理处理法
2.1.膜分离法
膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中溶质的化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离法主要包括电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤等。
用膜分离法对重金属废水处理前，需要对重金属废水进行预处理，如氧化、还原、吸附等，将重金属离子转化为特定大小的不容态微粒，然后通过滤膜将重金属离子除去。经膜分离法处理的废水，可实现重金属废水的零排放，大大降低了生产成本[2]。
膜分离法具有高效、节能、无二次污染等优点，但因膜组件的设计比较困难，且膜易被污染物堵塞，运行和更换费用高、投资大等缺点，大大阻碍了膜分离法的应用。
2.2.离子交换法
离子交换法是利用重金属离子和离子交换树脂发生离子交换，使废水中重金属离子浓度降低，从而净化重金属废水的方法，同时还可以对重金属废水进行浓缩和回收溶液中痕量重金属。
离子交换树脂具有可逆性，可以通过再生重复使用，且交换选择性好，但离子交换树脂的价格较高，再生时需要酸、碱等，运行费用较高，限制了其在废水处理工程中的较大规模的应用[3]。因此，研发选择性高、交换容量大、吸附-解析性能好，成本低的离子交换树脂，对于重金属废水的有效处理及离子交换树脂的大规模应用具有重要意义。
2.3.吸附法
吸附法是利用吸附剂吸附去除废水中重金属离子的一种方法。由于吸附剂分子中存在各种活性基团，如羟基、巯基、羧基等基团，这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的，同时形成具有类似网状结构的笼形分子，可以对多种金属离子进行螯合，有效吸附去除废水中的重金属离子[4]。
环境条件如pH、温度、接触时间等综合影响吸附去除效果。另外，目前使用的吸附剂价格昂贵，限制了吸附法的广泛应用。
3.生物处理法
3.1.植物修复法
植物修复法是利用植物通过吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物和木本植物等[5,6]。
植物修复法实施较简便、成本较低且对环境扰动少，在治理污染的同时还可以获得一定的经济效益。但该法治理效率低，不能治理重度污染的土壤和水体。
3.2.生物絮凝法
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。目前已开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等共17种，但对重金属有絮凝作用的只有12种[7]。
生物絮凝法处理废水安全无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，但目前也存在生产成本高、保存困难、难以工业化生产的困难，大部分生物絮凝剂还处于研究探索阶段。
3.3.生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。生物吸附剂主要是藻类，还有细菌、真菌等。由于许多微生物具有一定的线性结构，有的表面具有较高的电荷和较强的亲水性或疏水性，能与颗粒通过各种作用（如离子键、吸附等）相结合，如同分子聚合物一样起着吸附剂的作用[6,8,9]。
生物吸附法在低浓度下，具有选择吸附重金属能力强，处理效率高，操作的pH值和温度范围宽，易于分离回收重金属，成本低等特点。由于重金属对微生物的活性有抑制，所以该法对重金属含量高的废水不适用。
4.重金属废水处理技术发展趋势展望
由于重金属废水的成分和含量较为复杂，其处理技术也都有各自的优缺点。比如，处理药剂的价格昂贵，反应环境不宜控制，处理效果不理想等，这些问题都迄待改进重金属废水处理技术来解决。
鉴于化学、物理方法还存在二次污染等问题，生物法由于其可以在不破坏环境的前提下实现改善生态的目的，同时结合在线检测仪表和计算机程序联合控制，将成为重金属废水处理的主导方法。
另外，重金属废水所含重金属中有一些稀有金属，可以采用适当的技术对这些稀有金属进行回收利用。这樣就需要将几种处理技术联合起来处理重金属废水，将废水中的稀有金属作为资源回收利用，其他重金属合理处理，在解决重金属污染的同时，创造了一定的经济效益，同时满足了日益严格的环保要求，达到一举多得的效果。
处理成本低、出水水质良好,无二次污染，重金属可有效回收，达到经济效益和环境效益相统一的处理技术是今后重金属废水处理技术发展趋势。
5.结语
在水和其它资源日渐短缺以及环境污染治理日益迫切的情况下,采用投资低、运行费用低、无二次污染的重金属废水处理技术．实现重金属废水作为有用资源回收利用和实行闭路循环．对于整个社会的发展具有重要的意义。
参考文献
[1] 郭燕妮，方增坤，胡杰华等. 化学沉淀法处理含重金属废水的研究进展 【J】. 工业水处理.2011,31(12)：9-13.
[2] 杨丽，李红艺，曹莹等. 膜法处理重金属废水研究进展. 【J】. 中国资源综合利用.2013,31(10):14-17.
[3] 雷兆武，孙颖. 离子交换技术在重金属废水处理中的应用.【J】.环境科学与管理. 2008,33(10):82-84.
[4] 常鹏利，王亚娥，方晓航.重金属废水处理的研究. 【J】.绿色科技.2012,10:169-171.
[5] 潘春龙，何谨. 水生植物在含Cr废水处理中的作用 【J】. 云南环境科学. 2006,25(3):34-35.
[6] 蒋新宇，黄海伟，曹理想等. 毛木耳对Cd2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+生物吸附的动力学和吸附平衡研究 【J】.环境科学报. 2010,30(7):1431-1438.
[7] 姚敏杰，连宾. 微生物絮凝剂对高浓度重金属离子废水絮凝作用研究 【J】. 环境科学与技术. 2009,32（11）：1-4.
[8] 景佳佳，郑旭煦. 微生物技术在污水处理中的应用.【J】. 重庆工商大学学报（自然科学版）.2005,22(2):117-121.
[9] 王亚雄，郭谨珑，刘瑞霞．微生物吸附剂对重金属的吸附特性 【J】．环境科学，2001,22(6)72—75.
作者简介：赵俊斌（1986—），男，助理工程师，主要从事废水及中水处理工程的设计和管理工作。
关键词：重金属废水，技术研究
中图分类号： P618.5 文献标识码： A
近年来，随着经济的快速发展，大量的生产废水随之排放，导致水源和土壤受到影响，重金属含量增多，污染越来越严重。重金属废水对环境的污染有以下两方面的特点：（1）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，若处置稍有不当，重金属离子会返溶于水中，重新产生危害，形成“二次污染”；（2）生物体从环境中摄取、富集重金属，经食物链进入人体并在人体的某些器官蓄积，造成慢性中毒。重金属污染物往往以不同的化学形态、并伴随着一些非金属物质一起随废水排放，对环境和人体产生严重的危害：（1）污染了我们赖以生存的宝贵水源，造成了工业化过程中的水资源紧张；（2）对废水排放的水系形成环境污染，使生态系统失衡；（3）在生物体内不易排出，会富集，而人类位于生物链顶层，最终危害人类的身体健康。
目前，重金属废水处理的方法大致分为化学处理法、物理处理法及生物处理法三大类。
1.化学处理法
1.1.化学沉淀法
化学沉淀法是通过向重金属废水中投加药剂，发生化学反应使重金属离子变成不溶性物质而沉淀分离出来的方法。包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法、铁氧体沉淀法等。化学沉淀法处理重金属废水具有工艺简单、去除范围广、经济实用等特点，是目前应用最广泛的处理重金属废水的方法。但这种方法很容易受到沉淀剂和反应条件的影响，需要对沉淀剂投加量及反应条件进行准确控制。
1.2.电化学法
电化学法应用电解的基本原理，使废水中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应，使重金属富集，废水中的重金属离子在阴极得到电子被还原，这些重金属或沉淀在电极表面或沉淀到反应器底部，从而去除废水中的重金属，并且可以回收利用。这种方法不会将废水中重金属离子的浓度降低很多，且耗能大，比较适合重金属离子浓度较高且回收价值高的电镀废水。
2.物理处理法
2.1.膜分离法
膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液中溶质的化学形态的基础上，将溶剂和溶质进行分离或浓缩的方法。膜分离法主要包括电渗析、反渗透、纳滤、超滤、微滤等。
用膜分离法对重金属废水处理前，需要对重金属废水进行预处理，如氧化、还原、吸附等，将重金属离子转化为特定大小的不容态微粒，然后通过滤膜将重金属离子除去。经膜分离法处理的废水，可实现重金属废水的零排放，大大降低了生产成本[2]。
膜分离法具有高效、节能、无二次污染等优点，但因膜组件的设计比较困难，且膜易被污染物堵塞，运行和更换费用高、投资大等缺点，大大阻碍了膜分离法的应用。
2.2.离子交换法
离子交换法是利用重金属离子和离子交换树脂发生离子交换，使废水中重金属离子浓度降低，从而净化重金属废水的方法，同时还可以对重金属废水进行浓缩和回收溶液中痕量重金属。
离子交换树脂具有可逆性，可以通过再生重复使用，且交换选择性好，但离子交换树脂的价格较高，再生时需要酸、碱等，运行费用较高，限制了其在废水处理工程中的较大规模的应用[3]。因此，研发选择性高、交换容量大、吸附-解析性能好，成本低的离子交换树脂，对于重金属废水的有效处理及离子交换树脂的大规模应用具有重要意义。
2.3.吸附法
吸附法是利用吸附剂吸附去除废水中重金属离子的一种方法。由于吸附剂分子中存在各种活性基团，如羟基、巯基、羧基等基团，这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的，同时形成具有类似网状结构的笼形分子，可以对多种金属离子进行螯合，有效吸附去除废水中的重金属离子[4]。
环境条件如pH、温度、接触时间等综合影响吸附去除效果。另外，目前使用的吸附剂价格昂贵，限制了吸附法的广泛应用。
3.生物处理法
3.1.植物修复法
植物修复法是利用植物通过吸收、沉淀和富集等作用降低被污染土壤或地表水的重金属含量，以达到治理污染、修复环境的目的。在植物修复技术中能利用的植物有藻类、草本植物和木本植物等[5,6]。
植物修复法实施较简便、成本较低且对环境扰动少，在治理污染的同时还可以获得一定的经济效益。但该法治理效率低，不能治理重度污染的土壤和水体。
3.2.生物絮凝法
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。目前已开发出具有絮凝作用的微生物有细菌、霉菌、放线菌、酵母菌和藻类等共17种，但对重金属有絮凝作用的只有12种[7]。
生物絮凝法处理废水安全无毒、不产生二次污染、絮凝效果好，但目前也存在生产成本高、保存困难、难以工业化生产的困难，大部分生物絮凝剂还处于研究探索阶段。
3.3.生物吸附法
生物吸附法是利用生物体本身的化学结构及成分特性来吸附溶于水中的金属离子，再通过固液两相分离去除水溶液中的金属离子的方法。生物吸附剂主要是藻类，还有细菌、真菌等。由于许多微生物具有一定的线性结构，有的表面具有较高的电荷和较强的亲水性或疏水性，能与颗粒通过各种作用（如离子键、吸附等）相结合，如同分子聚合物一样起着吸附剂的作用[6,8,9]。
生物吸附法在低浓度下，具有选择吸附重金属能力强，处理效率高，操作的pH值和温度范围宽，易于分离回收重金属，成本低等特点。由于重金属对微生物的活性有抑制，所以该法对重金属含量高的废水不适用。
4.重金属废水处理技术发展趋势展望
由于重金属废水的成分和含量较为复杂，其处理技术也都有各自的优缺点。比如，处理药剂的价格昂贵，反应环境不宜控制，处理效果不理想等，这些问题都迄待改进重金属废水处理技术来解决。
鉴于化学、物理方法还存在二次污染等问题，生物法由于其可以在不破坏环境的前提下实现改善生态的目的，同时结合在线检测仪表和计算机程序联合控制，将成为重金属废水处理的主导方法。
另外，重金属废水所含重金属中有一些稀有金属，可以采用适当的技术对这些稀有金属进行回收利用。这樣就需要将几种处理技术联合起来处理重金属废水，将废水中的稀有金属作为资源回收利用，其他重金属合理处理，在解决重金属污染的同时，创造了一定的经济效益，同时满足了日益严格的环保要求，达到一举多得的效果。
处理成本低、出水水质良好,无二次污染，重金属可有效回收，达到经济效益和环境效益相统一的处理技术是今后重金属废水处理技术发展趋势。
5.结语
在水和其它资源日渐短缺以及环境污染治理日益迫切的情况下,采用投资低、运行费用低、无二次污染的重金属废水处理技术．实现重金属废水作为有用资源回收利用和实行闭路循环．对于整个社会的发展具有重要的意义。
参考文献
[1] 郭燕妮，方增坤，胡杰华等. 化学沉淀法处理含重金属废水的研究进展 【J】. 工业水处理.2011,31(12)：9-13.
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[9] 王亚雄，郭谨珑，刘瑞霞．微生物吸附剂对重金属的吸附特性 【J】．环境科学，2001,22(6)72—75.
作者简介：赵俊斌（1986—），男，助理工程师，主要从事废水及中水处理工程的设计和管理工作。