[摘要]對(duì)重金屬?gòu)U水的來(lái)源、危害及目前常用的處理技術(shù)進(jìn)行了綜述。包括傳統(tǒng)方法中的化學(xué)沉淀法、 電化學(xué)法、吸附法和膜分離法；新出現(xiàn)的技術(shù)方法如納米技術(shù)、光催化法、新型介孑L材料和基因工程。并對(duì)上述 各方法的機(jī)理、研究進(jìn)展、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)述，同時(shí)展望了處理重金屬?gòu)U水的技術(shù)和方法的發(fā)展趨勢(shì)。

[關(guān)鍵詞]重金屬?gòu)U水；納米技術(shù)；基因工程

水是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，維系著整 個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。據(jù)聯(lián)合國(guó)最近一份報(bào)告指出，世界上 超過(guò)1／5人口的地區(qū)處于中等或高度供水緊張狀態(tài)。 中國(guó)水資源總量居世界第6位．但人均水量約為世界 人均水量的1／4，是水資源嚴(yán)重不足的國(guó)家之一，預(yù)計(jì) 到2010年總?cè)笨趯⑦_(dá)到1 140億t[1]。近年來(lái)隨著工 業(yè)生產(chǎn)和城市現(xiàn)代化水平發(fā)展．廢水大量排放，水源 中重金屬積累加劇，重金屬污染嚴(yán)重，因此重金屬?gòu)U 水的治理受到國(guó)內(nèi)外科研工作者的高度重視。筆者對(duì) 重金屬?gòu)U水的來(lái)源、危害，幾種處理重金屬?gòu)U水的方 法及其優(yōu)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述。

1 重金屬?gòu)U水的來(lái)源和危害

1．1 重金屬?gòu)U水的來(lái)源

重金屬?gòu)U水主要來(lái)自礦山坑內(nèi)排水，選礦廠尾 礦排水，廢石場(chǎng)淋浸水，有色金屬冶煉廠除塵排水， 有色金屬加工廠酸洗水．電鍍廠鍍件洗滌水，鋼鐵廠 酸洗排水，以及電解、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆、顏料等工業(yè) 廢水。近年來(lái)，隨著工業(yè)發(fā)展和人類(lèi)自身活動(dòng)的增 加。大量含有重金屬污染物的工業(yè)廢水和城市生活 污水排入到江河湖泊。

1．2 重金屬?gòu)U水的危害

重金屬?gòu)U水污染具有毒效長(zhǎng)。生物不可降解的 特點(diǎn)，可通過(guò)食物鏈作用進(jìn)入人體，并在人體內(nèi)累 積。從而導(dǎo)致各種疾病和機(jī)能紊亂。最終對(duì)人體健康 造成嚴(yán)重?fù)p害。其中主要金屬污染源有Cu、Zn、Hg、 Ni、Cd、Pb和Cr等。日本水俁灣由汞中毒造成的“水 俁病”，神通川流域由鎘引起的“痛痛病”，就是重金 屬污染給人體健康帶來(lái)?yè)p害的典型事例。可見(jiàn)，對(duì)含 重金屬?gòu)U水的治理刻不容緩。

2 重金屬?gòu)U水的傳統(tǒng)處理方法

對(duì)重金屬?gòu)U水的治理包括傳統(tǒng)方法和新技術(shù)。 其中，較傳統(tǒng)的方法有化學(xué)沉淀法、電化學(xué)法、吸附 法和膜分離法等。新技術(shù)有納米技術(shù)、光催化法、新 型介孑L材料和基因工程等。

2．1 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是傳統(tǒng)的電鍍廢水處理技術(shù)，包括 中和沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法和鐵氧體共 沉淀法等。其中，中和沉淀法是目前工業(yè)上應(yīng)用最 廣的方法。向重金屬?gòu)U水中投加堿中和劑，使廢水 中的重金屬形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉 淀而去除。含銅、鎘、鉻、鉛等電鍍廢水均可采用此 法處理，常用的沉淀劑有石灰、碳酸鈉和氫氧化鈉 等。化學(xué)沉淀法是工藝較成熟的方法．它具有去除 范圍廣、效率高、經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，但需要投加大量 化學(xué)藥劑，并以沉淀物的形式沉淀出來(lái)．存在二次污 染問(wèn)題。

2．2 電化學(xué)法

電化學(xué)法指應(yīng)用電解的基本原理。使廢水中的 重金屬通過(guò)電解在陽(yáng)、陰兩極上分別發(fā)生氧化還原 反應(yīng)使重金屬富集的方法。按照陽(yáng)極類(lèi)型的不同， 電解法可分為電解沉淀法和回收重金屬電解法。其 中電解沉淀法主要用于含鉻工業(yè)廢水的治理，一般 采用鐵板作為陰極和陽(yáng)極，在直流電作用下，鐵陽(yáng)極 不斷溶解，產(chǎn)生的亞鐵離子在酸性條件下將六價(jià)鉻 還原成三價(jià)鉻，隨著反應(yīng)進(jìn)行，氫離子的濃度逐漸 降低，溶液從酸性變?yōu)閴A性，使Cr3+生成氫氧化物沉 淀[2]。電化學(xué)法工藝成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，無(wú) 二次污染，所沉淀的重金屬可回收利用；缺點(diǎn)是耗電 量大，廢水處理量小，出水水質(zhì)差，不適合處理低濃 度廢水。

2.3 吸附法

2．3．1 物理吸附

物理吸附法主要是利用具有高的比表面積或表 面具有高空隙結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，如活性炭、礦物質(zhì)和分子 篩等，吸附去除重金屬的方法�；钚蕴渴亲钤�、也是 應(yīng)用最廣的吸附劑，但其價(jià)格昂貴，使用壽命短。近 年來(lái)，發(fā)現(xiàn)礦物材料具有很強(qiáng)的吸附能力，如沸石、 蛇紋石、硅藻土等。其中，沸石是目前發(fā)現(xiàn)的天然礦 物中比表面積最大、吸附J陛’斃最強(qiáng)的礦物。M．Sprynskyy 等 研究了斜發(fā)沸石對(duì)Pb 、Cu“、Ni 和Cd 的吸 附。結(jié)果表明，對(duì)Cd 的最大吸附量為4．22 mg／g 一10一 (Cd ’的初始質(zhì)量濃度為80 mg／L)：對(duì)Pb2+、Cuz+和 Ni 的最大吸附量分別為27．7、25．76、13．03 mgg (Pb 、Cu 和Ni 的初始質(zhì)量濃度均為800 mg／L)。目 前，沸石可用于處理含鉻(主要來(lái)源于電鍍鉻、鈍化 工序)的工業(yè)廢水。采用沸石吸附處理含鉻廢水，要 求廢水總鉻質(zhì)量濃度<300,ng／L，沸石處理前六價(jià)鉻 一般先用硫酸亞鐵還原，再按m(鉻)：m(沸石)=1：500 投加沸石吸附處理。此法只能處理低濃度含鉻廢水． 同時(shí)對(duì)吸附鉻后的沸石的處理也有相應(yīng)要求。

2．3．2 樹(shù)脂吸附

樹(shù)脂中含有羥基、羧基、氨基等活性基團(tuán)可與重 金屬離子進(jìn)行螯合，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的籠形分子。因此 能有效地吸附重金屬。其中殼聚糖及其衍生物是處 理重金屬?gòu)U水的理想材料，許多學(xué)者對(duì)此研究甚多。 王茹等 以工業(yè)級(jí)殼聚糖(脫乙酰度為83％)為吸附 劑，去除水溶液中的Pb ，在室溫條件下，處理質(zhì)量 濃度為100 mg／L的Pb 溶液時(shí)．最佳條件為殼聚糖 投加質(zhì)量濃度2 g／L、粒度2O 40目、pH 6—8、吸附時(shí) 間為15 h，該條件下Pb 的去除率高達(dá)99．7％以上， 殘余Pb 的質(zhì)量濃度40．6,~g／L．已達(dá)到國(guó)家廢水排 放標(biāo)準(zhǔn)(≤1．0 mvCL)的要求。近年來(lái)，對(duì)改性殼聚糖 的研究也大量出現(xiàn)。M．Ruiz等 用戊二醛交聯(lián)制成 的殼聚糖微珠回收冶金廢水中的Cu2+，當(dāng)Cu： 的初 始質(zhì)量濃度為1 000 mg／L，pH為5時(shí)．其最大吸附 量為200 mg／g。改性后的殼聚糖用于吸附重金屬離 子，具有吸附容量大、吸附速度快、易洗脫、應(yīng)用范圍 廣等優(yōu)點(diǎn)，但目前多集中在改性殼聚糖的靜態(tài)吸附 研究上，實(shí)際應(yīng)用還有一定差距。

2．3．3 生物吸附

生物吸附指利用生物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)或成分特性 來(lái)吸附水中的重金屬。凡具有從溶液中分離重金屬 能力的生物體及其衍生物統(tǒng)稱(chēng)為生物吸附劑。生物 吸附劑主要是菌體、藻類(lèi)及一些細(xì)胞提取物。目前， 利用生物吸附去除廢水中重金屬的研究越來(lái)越受到 重視。P．Baldrian~ ]用白腐菌P chrysosporium吸附 重金屬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)Cd2+、Cu2+、Hg2+、Ni 和Pb 的吸 附量分別為1 10、60、6l、56、108 mg／g，而且不同菌株 的白腐菌對(duì)不同的重金屬吸附量不一樣，由此可選 擇不同的白腐菌菌株處理含不同重金屬的廢水。但 由于生物吸附容量一定、選擇性高．所以應(yīng)用范圍限 制在低濃度、單組分的重金屬?gòu)U水的處理中。

2．4 膜分離法

膜分離技術(shù)是利用一種特殊的半透膜．在外界 壓力作用下，不改變?nèi)芤褐谢瘜W(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)上，將溶 劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離或濃縮的方法。膜技術(shù)包括反滲 透、超濾、電滲析、液膜和滲透蒸發(fā)等。目前，反滲透 和超濾膜在電鍍廢水處理中已得到廣泛應(yīng)用。大連 化物所利用芳香聚酰胺型高分子化合物作為膜材料 (DP一1)組裝成反滲透器對(duì)去除電鍍廢水中的鎳、鎘 效果極佳[引。液膜法分離快、耗能少，重金屬資源可 回收，近年來(lái)也已用于小型電鍍廠含Cr3+、Zn 廢水 處理。與其他技術(shù)相比，膜技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積 少，使用范圍廣，處理效率高，節(jié)能并能實(shí)現(xiàn)重金屬 的回收，另外不需加化學(xué)試劑，不會(huì)造成二次污染。 但存在膜組件昂貴和使用過(guò)程中膜的污染和膜通量 下降問(wèn)題。隨著膜技術(shù)在廢水領(lǐng)域中的深入研究， 將膜技術(shù)與其他工藝組合起來(lái)處理重金屬?gòu)U水將是 今后的發(fā)展趨勢(shì)。

3 重金屬?gòu)U水處理新技術(shù)

3．1 納米技術(shù)及材料

納米技術(shù)作為一門(mén)新興學(xué)科。對(duì)其研究才剛剛 開(kāi)始。但納米技術(shù)在水污染治理方面的巨大潛力已 得到廣泛認(rèn)同。納米過(guò)濾是一種由壓力驅(qū)動(dòng)的新型 膜分離過(guò)程，介于反滲透與超濾之間。納濾膜主要 存在以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)膜的截留相對(duì)分子質(zhì)量為100～ 1 000．納濾膜存在真正的微孔．孑L徑處于納米級(jí)范 圍。(2)納濾膜對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的截留效果不同，對(duì) 單價(jià)離子的截留率低，對(duì)二價(jià)及多價(jià)離子的截留率 則相對(duì)較高。由于讓大部分單價(jià)離子自由通過(guò)，使得納 濾膜只需使用較低的操作壓力(一般為0．5—1．5 MPa)； 同時(shí)納濾膜的通量高，與反滲透相對(duì)，納米過(guò)濾具有 設(shè)備投資低、能耗低的優(yōu)點(diǎn)[9]。目前，采用納米過(guò)濾 技術(shù)可有效去除鎳、鉻(Ⅵ )、鎘、銅等no- 重金屬污 染物(主要來(lái)源于工業(yè)廢棄物泄漏和工業(yè)廢水排 放)。

3．2 光催化技術(shù)

光催化法是一種環(huán)境友好型水處理方法，利用 光催化劑表面的光生電子或空穴等活性物種．通過(guò) 還原或氧化反應(yīng)去除重金屬。目前，光催化法降解 廢水中的重金屬大多還處于實(shí)驗(yàn)研究階段．實(shí)驗(yàn)室 最常用的光催化劑是二氧化鈦(TiO ) 。TiO 光催 化去除重金屬離子有3種機(jī)理：(1)光生電子直接還 原金屬離子；(2)間接還原，即由空穴先氧化被添加 的有機(jī)物，然后由產(chǎn)生的中間體來(lái)還原金屬離子： (3)氧化去除金屬離子。近年來(lái)，利用半導(dǎo)體TiO 光 催化法去除或回收廢水中的Se“、Cu 、H 、Ag 和 C 等金屬離子的研究備受關(guān)注，尤其對(duì)Cr6+的研究 最為廣泛n s-。光催化法耗能低、無(wú)毒性、選擇性好、常 溫常壓、快速高效，在重金屬?gòu)U水處理中前景廣闊且 日益受到重視，但從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)光催化法 還存在著許多問(wèn)題，如重金屬離子在光催化劑表面 的吸附率低，光催化劑的吸光范圍窄等。

3．3 新型介孔材料

根據(jù)國(guó)際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)定 義，介孔材料指孔徑介于2—50 nm的多孔材料。介 孑L材料具有長(zhǎng)程結(jié)構(gòu)有序、孔徑分布窄、比表面大 (>1 000 cmTg)、孔隙率高且水熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 因此．介孔材料是當(dāng)今國(guó)際上的研究熱點(diǎn)和前沿之 一 。近年來(lái)，研究者通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)修飾或改性 處理，已制備出了諸多新型功能化介孑L材料，對(duì)含 Hg、Cu、Pb、Cd等( ㈣]的廢水治理展示了誘人前景。 馬國(guó)正等[2l 以十六烷基三甲基溴化銨為模板劑，合 成了A1一MCM一41介孔分子篩，研究表明，Cd2+能定 量吸附在A1～MCM-41分子篩上，最大吸附量為 136．86 mg／g(Cd 的初始質(zhì)量濃度為400 mg／L)。 A．M．Liu等 用氨基功能介孔材料SBA一15處理含 重金屬?gòu)U水，結(jié)果顯示：SBA一15(NH2)對(duì)Cu 、Zn 、 Cr3+和Ni 均有很強(qiáng)的去除能力。目前利用新型高效 介孔材料吸附劑處理重金屬?gòu)U水仍處于實(shí)驗(yàn)研究階 段，吸附劑的價(jià)格限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用。

3．4 基因工程技術(shù)

Wilson在20世紀(jì)90年代嘗試用基因工程技術(shù) 對(duì)微生物進(jìn)行改造，并將其應(yīng)用于含汞廢水的治理， 取得了較好結(jié)果。隨后其他研究者也逐漸將基因工 程技術(shù)應(yīng)用于不同類(lèi)型重金屬?gòu)U水的處理，從而使 這一領(lǐng)域的研究日趨活躍�；蚬こ碳夹g(shù)應(yīng)用于重 金屬?gòu)U水的治理指通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將外源基因轉(zhuǎn) 入微生物細(xì)胞中。使之表現(xiàn)出一些野生菌沒(méi)有的優(yōu) 良遺傳性狀，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬Hg、Cu、Cd等 ] 高效的生物富集。利用基因工程處理重金屬?gòu)U水目 前尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段．真正用于工業(yè)水平還存在 一些問(wèn)題，如利用基因工程菌連續(xù)化處理重金屬?gòu)U 水就面臨難題。

4 展望

(1)重金屬?gòu)U水的傳統(tǒng)處理工藝普遍存在成本 高、反應(yīng)慢、易造成二次污染、低濃度廢水處理難等缺 點(diǎn)。因此應(yīng)致力于傳統(tǒng)工藝的改造和新工藝的開(kāi)發(fā)。

(2)吸附法處理重金屬?gòu)U水具有高效、簡(jiǎn)便和選 擇性好等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)低濃度、污染性強(qiáng)、其他方 法難以有效處理的重金屬?gòu)U水具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià) 值。但目前工業(yè)上使用的吸附劑價(jià)格昂貴，廣泛應(yīng)用 受到限制，開(kāi)發(fā)廉價(jià)、高效的吸附劑將是吸附研究的 一個(gè)重要方向．同時(shí)吸附劑的再生和二次污染也是 吸附法處理重金屬?gòu)U水中應(yīng)該著重考慮的問(wèn)題。隨 著吸附法在廢水領(lǐng)域研究的進(jìn)一步深入，對(duì)這些控 制因素的解決，將會(huì)使吸附法進(jìn)入新的階段。

(3)由于重金屬?gòu)U水處理比較復(fù)雜，且水體中含 有多種重金屬離子，在處理過(guò)程中應(yīng)該考慮采用多 種方法和工藝的綜合運(yùn)用，以達(dá)到最好的處理效果。 如張永鋒等 采用絡(luò)合一超濾一電解集成技術(shù)處理 含Cu 的工業(yè)廢水，當(dāng)pH>4，Cu 質(zhì)量濃度為100 mg／L，膜面流速為0．6 m／s時(shí)，反應(yīng)3 h后，Cu 去除 率達(dá)100％，且超濾的濃縮液可通過(guò)電解回收重金 屬，從而實(shí)現(xiàn)廢水回用和重金屬回收的雙重目的。

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