實驗室污水處理方法-重金屬廢水處理

目前國內常用的重金屬廢水物理化學處理方法包括化學沉淀法、還原法、混凝法、吸附法、離子交換法、膜分離法、電化學法等。

一、化學沉淀法

化學沉淀法是使廢水中呈溶解狀態的重金屬轉變為不溶于水的重金屬化合物，使其從廢水沉淀分離的方法，包括氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法等。化學沉淀法具有投資較少、處理成本較低、操作較簡單等優點，適用于各類重金屬廢水的處理。但采用化學沉淀處理時需要不斷地消耗化學藥劑，并產生較多的化學污泥，處理出水難以回用。2008年執行《電鍍污染物排放標準》（GB21900-2008）后，對重金屬離子的排放要求越來越嚴格，往往采用單一的常規化學沉淀法已不能滿足達標排放要求。但是，化學沉淀法仍然是重金屬廢水處理的基本方法之一。

（１）氫氧化物沉淀法  氫氧化物沉淀法是一種比較常用的處理方法，它是在含有重金屬的廢水中加入堿進行中和，使金屬離子生成不溶于水的氫氧化物并以沉淀形式分離。金屬離子與OH- 能否生成難溶的氫氧化物沉淀物，取決于廢水中金屬離子濃度和OH- 濃度，對金屬離子濃度一定的廢水來說，廢水的pH是形成金屬氫氧化物沉淀物主要的條件。在實際水處理中，共存離子體系復雜，影響氫氧化物沉淀的因素很多，其中，主要的是沉淀反應的pH。

某些金屬氫氧化物沉淀析出的適宜pH范圍如下表所示：

      
氫氧化物沉淀法是常規的處理方法，但在實際應用中存在一些不足：
①各種重金屬離子沉淀析出都有一個適宜pH范圍，PH太高或太低都會影響處理效果，或者使其重新溶解，因此必須嚴格控制pH
②有的金屬氫氧化物沉淀后易于返溶，使處理過的廢水又出現超標現象
③當多種重金屬離子共存時，因為各種重金屬離子沉淀的適宜pH都不同，所以要先對各股廢水實行分流收集，再進行加堿沉淀
④有些重金屬離子用單獨氫氧化物沉淀法處理難以使其達標排放，如Cd2+等。

⑤當廢水中存在CN-、NH3、EDTA等配位體時，能與廢水中的重金屬離子形成可溶性絡合物，很難生成沉淀。

（2）硫化物沉淀法  硫化物沉淀法是在重金屬廢水中加入硫化物，使廢水中的重金屬離子生成硫化物沉淀而除去的方法。與中和沉淀法相比較，硫化物沉淀法的優點是：重金屬硫化物比其氫氧化物溶解度更低，反應pH為7～9，處理后的廢水一般不用中和，處理效果更好。但硫化物沉淀法的缺點是：硫化物沉淀顆粒小，易形成膠體，硫化物殘留在沉淀水中，遇酸生成氣體，可能造成二次污染
（3）螯合沉淀法  鰲合沉淀法常用重金屬離子捕捉劑，它是一種具有螯合官能團的能從含金屬離子的溶液中選擇捕集、分離、沉淀特定金屬離子的有機物。

    如上所述，化學沉淀法處理含重金屬離子廢水時存在著一些問題。例如，不同的重金屬離子生成氫氧化物沉淀的適宜pH不同，某些重金屬離子可能與溶液中的其他離子行程絡合物而增加了它在水中的溶解度，以及重金屬離子在堿性介質中生成的氫氧化物沉淀，部分會在排放中隨著pH的下降而重新溶解于水中影響處理效果等。

    采用重金屬捕捉劑可以解決這些問題

   目前應用較多的重金屬捕捉劑主要有兩類：黃原酸酯類和二硫代胺基甲酸鹽類衍生物（DTC類），其中DTC類衍生物應用為廣泛。它的機理是：DTC類重金屬捕捉劑為長鏈高分子物質，相對分子質量為1萬～15萬，含有大量的極性基（極性基中的硫原子半徑較大，帶負電，且易極化變形產生負電場），在常溫下能與廢水中的Hg2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cr3+等多種重金屬離子迅速反應。在生成不溶于水的鰲合鹽后再加入少量有機或無機絮凝劑以形成絮狀沉淀，從而達到集去除重金屬離子的目的。

重金屬離子捕捉劑具有如下特點

①處理方法簡單，只要添加藥劑即可除去重金屬離子，不增加設備費用
②重金屬離子捕捉劑能與重金屬離子強力鰲合，去除效果好
③重金屬離子捕捉劑與重金屬離子能生成良好的絮凝體，絮凝效果佳

④生成污泥量少且易脫水，而采用傳統的化學沉淀法和低分子捕集沉淀劑處理時，往往需投加大量的助沉劑而致使污泥量增多，且污泥不易脫水，甚至黏附在濾布或濾帶上造成流道堵塞
⑤pH適用范圍廣，在pH3～11范圍內均有效
 

螯合沉淀法的缺點是：加藥成本較高，更適合實驗室類的小水量重金屬廢水處理。

二、還原法

還原法是向廢水中投加還原劑，將高價劇毒重金屬離子還原成微毒的低價重金屬離子，再使其堿化沉淀去除的方法。工程上使用的還原劑包括硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、焦亞*、亞*、二氧化硫、鐵屑等。其中亞*法處理量大，綜合利用方便，應用廣泛還原法原理簡單，操作易于掌握，對某些類型的重金屬廢水處理是行之有效的，但出水水質差，不能回用，當采用還原法處理混合廢水時，易造成二次污染。目前還原法一般作為預處理方法使用。

三、鐵氧體法

鐵氧體法是根據生產鐵氧體的原理發展起來的處理方法。鐵氧體法處理，是向重金屬廢水中投加鐵鹽，通過控制pH、氧化、加熱等條件，使廢水中的重金屬離子與鐵鹽生成穩定的鐵氧體沉淀物而除去。該法處理重金屬廢水能一次脫除多種金屬離子，形成的沉淀顆粒大，不返溶，不產生二次污染，尤其適用于混合重金屬電鍍廢水的一次性處理。具有設備簡單、投資少、操作方便等特點，形成的污泥有較高的化學穩定性，容易進行分離和脫水處理。此法在國內電鍍行業中應用較廣，但在形成鐵氧體過程中需要加熱（約７０℃），能耗較高，處理后鹽度高，不能處理含Hg和絡合物的廢水。
 

四、吸附法

吸附法是利用吸附劑的*結構去除重金屬離子的一種方法。可分為物理化學吸附法和生物吸附法
（１）物理化學吸附法  物理化學吸附法是通過吸附材料的高比表面積的蓬松結構，或者特殊官能團對水中的重金屬離子進行物理吸附或化學吸附。傳統吸附劑有活性炭、膨潤土、沸石、粉煤灰等。實踐證明，物理化學吸附法存在投資較大、運行費用高、污泥產生量大、處理后的水難以穩定達標排放等問題
（２）生物吸附法  生物吸附法是利用生物體的化學結構或成分特性對水中的重金屬離子進行吸附。生物吸附劑主要包括菌體、藻類等。新型的吸附劑有聚糖樹脂、雙殼類軟體動物貝殼等。同其他方法相比較，生物吸附法的優點是，處理效率高，運行費用低，pH和溫度適應范圍寬，易解析，可回收重金屬
五、蒸發濃縮法
蒸發濃縮法是對重金屬廢水進行蒸發，使重金屬廢水得以濃縮，并加以回收利用的處理方法。一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬廢水

蒸發濃縮法處理電鍍重金屬廢水，工藝成熟簡單，不需要化學試劑，無二次污染，可回用水或有價值的重金屬，有良好的環境效益，但因存在能耗大、操作費用高、雜質干擾等問題，是以應用受到限制。目前，一般將其作為其他方法的輔助處理方法。