工业重金属污染物具有急性或慢性*性，在自然条件的作用下难以被降解为无害物质，容易在生物食物链富集，进而危害人类健康，同时对生态环境也造成了极大的破坏，因此对重金属废水的处理研究已成为当前研究的热点。目前我国最大的工业废水是重金属废水，传统的处理方法由于操作过程繁琐、成本过高、具有二次污染、处理效果不佳等缺点，已不能满足现代工业的迅速发展的需求，因此目前急需研发一种新型的废水处理工艺。本文将结合实际需求，从原理、优缺点等方面对传统工艺进行归纳分析，改进设计一种新型处理工艺，并阐明其原理及优势，为未来的工业重金属废水处理工艺提供一定的理论支撑。
重金属废水的污染现状
1.1?重金属废水的主要成分分析
根据年中国环境状况公报数据显示，我国长江、*河等七大流域和浙闽片河流、西北诸河、西南诸河的个国考断面中，Ⅳ到劣Ⅴ类的比例达到28.8%，其中水体重金属污染问题也十分突出。
重金属废水主要来自矿山坑内排水，选矿厂尾矿排水，废石场淋浸水，有色金属冶炼厂除尘排水，有色金属加工厂酸洗水，电镀厂镀件洗涤水，钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业。其主要成分为汞、铅、镉、铬以及砷等生物*性显著的重金属离子和具有一定*性的重金属如锌、铜、钴、镍、锡、钒等。
综合国内外文献，总结各种生产活动排放的重金属废水，其中的重金属成分：采矿和冶炼行业主要排放铜、铅、锌、镉、汞等；电镀行业主要排放六价铬、铜、锌、镍、镉、锡等；电池行业主要排放铅、锌、汞、镉等；颜料行业主要排放汞、六价铬、铅、镉、砷、锌等；油漆行业主要排放镉、铅、六价铬等；橡胶的合成过程中主要排放铜、锌、六价铬等；塑料行业主要排放铅、砷、汞等；农药、化肥行业主要排放砷；皮革行业主要排放六价铬。这些排放的重金属主要存在于工业排放的废水和固体垃圾填埋场的滤液中。
1.2?重金属废水的危害分析
重金属对人体造成的危害主要是通过食物链进入人体内，造成慢性累积，极易与蛋白质等生理高分子物质发生强烈的相互作用使其失去活性，最终造成严重危害。
不同重金属离子的危害表现不相同，重金属中*的急性表现是呕吐、乏力、嗜睡、昏迷乃至死亡，慢性表现则是使人的免疫力长期低下，各种恶性肿瘤、慢性病多发。例如人体若摄取了过多的钼元素会导致痛风样综合症，关节痛及畸形，肾脏受损，并有生长发育迟缓，动脉硬化，结蒂组织变性等病症。日本汞中*造成的“水俣病”，神通川流域由镉引起的“痛痛病”，就是重金属污染给人体健康带来损害的典型事例。
现有重金属废水处理技术
重金属废水是对环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，为了降低废水的危害，近年来开发了多种重金属废水的处理技术，根据原理可以分为以下三大类：
2.1?化学法
2.1.1化学沉淀法
主要原理是使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，主要包括中和沉淀、硫化物沉淀、铁氧体共沉淀。中和沉淀是在废水中加入碱发生中和反应，使重金属转化为不溶于水的氢氧化物沉淀，该方法操作简单，但操作复杂、对pH值要求严格、同时需加入絮凝剂辅助沉淀生成。硫化物沉淀是加入硫化物沉淀剂将废水中重金属离子转化为硫化物沉淀的方法。与中和沉淀法相比，由于重金属硫化物溶解度比其氢氧化物的溶解度低，且反应的PH值在7~9之间，处理后的废水不需中和，但易形成胶体、易生成硫化氢气体而造成二次污染。铁氧体共沉淀是向废水中投加铁盐形成铁氧体，使污水的重金属离子与铁盐生成稳定的铁氧体共沉淀。其优势在于可一次去除多种重金属离子，且形成的沉淀颗粒大，易分离、不易再溶，且无二次污染，但在操作过程中时长，耗能多。
2.1.2氧化还原法
利用氧化还原反应将废水中的重金属氧化或还原为无*、低*或易分离出来的物质，从而达到处理的目的，但因成本过高而具有一定的局限性。
2.1.3离子交换法
离子交换法是利用离子间浓度差和交换剂上的功能基对离子的亲和能力发生的吸附和离子交换反应的方法。离子交换剂如树脂等遇水溶液时，能够从水溶液中吸着重金属离子达到分离目的，该方法处理效率较高，但却较难再生，容易发生二次污染。
2.2?物理法
2.2.1溶剂萃取法
溶剂萃取法是分离和净化物质常用的方法。由于液液接触，可连续操作，其分离效果较好。尽管萃取法有较大优越性，然而溶剂在萃取过程中要选择有较高选择性的萃取剂，且萃取剂的流失和再生过程中耗能大，使这种方法存在一定局限性。
2.2.2吸附法
吸附法是应用多孔吸附材料吸附处理废水中重金属的一种方法。目前应用到工业生产中多为大洋多结核矿等吸附材料，比表面积大，因此吸附效果好，不仅吸附量大、速度快、效率高，而且操作简单，可以循环利用，但由于冶炼成本比较高而有一定的局限性。
2.3?生物化学法
2.3.1生物絮凝法
生物絮凝法是利用微生物或其代谢物进行絮凝沉淀的方法。微生物絮凝剂是由微生物自身构成的具有高效絮凝作用，多数微生物具有一定线性结构，有的表面具有较高电荷或较强的亲水性，能与颗粒通过各种作用结合。这种方法的优势在于安全无*、不会出现二次污染、絮凝效果好、生长快，因而具有广泛的发展前景。
2.3.2生物吸附法
生物体借助化学作用吸附金属离子的方法称为生物吸附法。生物吸附剂具有从溶液中分离金属能力的生物体或其衍生物，主要是菌体、藻类、淀粉、纤维等。生物吸附剂具有来源广、价格低、吸附能力强、易于分离回收重金属等特点，已经被广泛应用。
2.3.3植物整治法
利用植物处理重金属原理主要分为以下三种：一是从废水中吸取、沉淀或富集有*金属；二是降低金属活性，从而可减少重金属扩散；三是将水中的重金属萃取出来，富集并搬运到根部可收割部分和地上枝条部分。其优点是成本低、不产生二次污染、可以定向栽培，但是存在处理效率低，操作时间过长等缺点。
一种新型重金属废水处理工艺设计
3.1?电容除盐技术简介
目前众多的除盐技术虽然都已发展多年，且取得相应的进展，但是都各自存在着不同的缺点因而限制了其广泛的使用。所以目前需寻找一种新型除盐技术。电容去离子技术（CDI）的原理是给电极加上直流电，在电场作用下，对电极充电时会对溶液中的离子产生吸附作用，以达到除盐目的，而对电极放电时会对离子产生脱附作用，实现电极再生。电容去离子技术基于双电层原理，仅需在一对平行的电极间施加外加静电场，仅为1-2V，所需电压很小，因而不会导致电解水等电化学反应。其设备简单，操作简便，且无需化学再生过程，是一种低能耗，无污染的新型除盐技术，具体操作如图1示。
如图1所示，在吸附过程时，在一对平行电极上施加外电场，一端带正电，一端带负电，含有离子的溶液从电极之间经过，在静电的作用下，离子被吸附在电极表面。随着溶液的不断循环流动，离子不断被吸附，最终达到除盐目的。脱附过程时，电极吸附饱和后，将电场去除或者将正极板和负极板互连，离子会因失去静电力的作用而释放到溶液中去，电极得以再生。由于电容除盐的技术主要是静电吸附，所以电场除去后离子很容易释放。电容除盐具有出水率高、无二次污染、对处理的原水要求不高、不易结垢、操作及维护简便、运行成本低、能耗低、循环周期长等优势，是当前水处理技术研究的热点。
3.2?一种新型重金属废水处理工艺设计
整个流程设计主要分为处理单元和回收单元。处理单元包括：物理过滤、絮凝沉淀、生物处理和电容除盐。回收单元主要是对金属废水的重金属进行回收。
首先，将重金属废水通过过滤网等过滤装置进行前期物理过滤，过滤掉大颗粒固体如铁屑、铜屑及其他废渣等。将废渣进行浓缩处理后送入压滤机，在压滤机中充分进行压缩，从而达到回收废水中重金属的目的。向所得滤液中加入絮凝剂，在混凝池或絮凝池中静置，进行充分的絮凝沉降，使滤液中的部分重金属离子转化为难溶的沉淀物后进入压滤回收单元。再将上清液引入虹吸滤池后引入生物吸附反应池中，加入营养盐和其他养分物质以为生物吸附剂提供充足的养分，再向其中加入菌体、藻类、淀粉、纤维等生物吸附剂进行充分地吸附和反应。然后将处理后的废水引入到电容除盐反应池中，经反复循环吸附后得到达标的、无污染的废水，可以达到排放目的。将电容除盐得到的废渣浓缩后送入压滤机中进行充分压缩处理，实现了废水中重金属的回收。
新型处理工艺使用生物吸附剂而非化学制剂，不产生二次污染，同时引入电容除盐技术，具有高效、低能耗等优势，且可将废水中的重金属进行回收，节约了金属资源，为未来对工业重金属废水处理的研究提供一定的理论支撑。
结束语
重金属废水是工业废水中占比最大的一种废水，其危害也最为严重。随着我国工业化、现代化的迅速发展，急需一种新型的处理工艺。本文提出一种以生物吸附法和电容除盐法相耦合的新型重金属废水处理工艺，在未来的重金属废水处理工艺中提供技术支撑。未来处理技术主要发展方向有以下两点：
1）生物吸附法具有处理高效、操作简单、运行成本低等优势，将成为未来工业重金属废水处理工艺发展的主导方向。
2）电容除盐法具有出水率高、无二次污染、对处理的原水要求不高、不易结垢、操作及维护简便、运行成本低、能耗低、循环周期长等优势，是未来研究的热点。
来源
清慧环保
编辑
小鱼
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