水資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，同時(shí)也是人們生活中不可缺少的一部分。但是隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)廢水大量排放，使得水體重金屬污染日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年產(chǎn)生400億t左右的工業(yè)廢水。其中重金屬廢水約占60%。這些廢水嚴(yán)重污染地表水與地下水，造成可利用水資源總量急劇下降。重金屬廢水一般來源于礦山開采、金屬冶煉與加工、電鍍、制革、農(nóng)藥、造紙、油漆、印染、核技術(shù)及石油化工等行業(yè)。重金屬難以生物降解且易被生物吸收富集，毒性具有持續(xù)性，是一類極具潛在危害的污染物，如不治理必將對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康造成嚴(yán)重的威脅。然而，重金屬作為一類重要的寶貴的資源，又具有很高的使用價(jià)值。因此如何有效治理水體重金屬污染，保護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境，同時(shí)回收利用重金屬，緩解我國(guó)資源和環(huán)境的壓力，是當(dāng)前不可忽略的問題。

目前，重金屬廢水處理方法主要有三種:第一種化學(xué)法，通過化學(xué)反應(yīng)將重金屬離子去除的方法，包括化學(xué)沉淀法、化學(xué)還原法、電化學(xué)和高分子重金屬捕集劑法等。第二種物理法，在不改變重金屬離子化學(xué)形態(tài)的條件下，通過吸附、濃縮而分離的方法，包括吸附法、溶劑萃取法、蒸發(fā)和凝固法、離子交換法和膜分離法等。第三類是生物法，主要是借助微生物或植物的絮凝、吸收、積累、富集等作用去除重金屬的方法，包括生物絮凝、植物修復(fù)和生物吸附。

一、化學(xué)法

1．1化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法是廣泛應(yīng)用于工業(yè)重金屬廢水處理中比較有效的方法，是向水體中投加化學(xué)藥品，通過沉淀反應(yīng)去除重金屬離子的方法，主要包括氫氧化物沉淀、硫化物沉淀和鐵氧體法。

氫氧化物沉淀法處理含重金屬廢水具有技術(shù)成熟、投資少、處理成本低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)。MirbagherzSA等采用堿性試劑，如石灰、氫氧化鈉對(duì)含銅鉻廢水進(jìn)行處理，在pH值分別為12和8．7時(shí)，Cu2+和Cr3+完全沉淀下來，廢水可達(dá)標(biāo)排放。唱鶴鳴等用氫氧化鈉溶液逐漸調(diào)節(jié)電鍍廢水pH值，在多個(gè)pH值點(diǎn)分別沉淀出電鍍廢水中銅、鉻、鋅和鎳，使廢水中的重金屬含量減少到最低。雖然氫氧化物沉淀法可以實(shí)現(xiàn)重金屬離子從廢水中的分離，但氫氧化物沉淀法也存在不足之處:對(duì)于兩性氫氧化物，pH值若控制不當(dāng)，重金屬離子將會(huì)再次溶解;對(duì)稀溶液中重金屬去除效果不好;沉淀體積量大、含水率高、過濾困難。目前此法在重金屬廢水的處理中已很少應(yīng)用。

硫化物沉淀反應(yīng)速度較快，沉淀物溶解度低，可以選擇性處理重金屬離子，通過冶煉，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的回收。在反應(yīng)時(shí)間20min，硫化鈉投加量與鉛離子的物質(zhì)的量比為5∶1，初始pH值為8的條件下，對(duì)廢水中鉛離子的去除率為99．72%，出水達(dá)到了國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。硫化物處理重金屬廢水時(shí)，沉淀劑本身在水中殘留，過量時(shí)易形成水溶性多硫化物，遇酸生成硫化氫氣體，產(chǎn)生二次污染。

目前應(yīng)用較廣的是鐵氧體法，是指向重金屬廢水中投加硫酸亞鐵鹽，通過控制pH值和加熱條件等，使廢水中的重金屬離子與鐵鹽生成穩(wěn)定的鐵氧體共沉淀物。左明等［研究了鐵氧體法處理含鎳、鉻、鋅、銅的廢水，處理后，出水水質(zhì)指標(biāo)符合國(guó)家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。但處理時(shí)間較長(zhǎng)，溫度要求較高，約70℃，因此不適用于處理較大規(guī)模的重金屬廢水，目前常將鐵氧體法同其他廢水處理方法聯(lián)合使用。

1．2電化學(xué)法

電化學(xué)法是近年發(fā)展起來的頗具競(jìng)爭(zhēng)力的水處理方法，它是應(yīng)用電解原理，通過電極反應(yīng)和重金屬離子在溶液中的遷移來實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水凈化。隨著科技發(fā)展，傳統(tǒng)電化學(xué)處理工藝的改進(jìn)以及新型電化學(xué)反應(yīng)器的研制，使電化學(xué)法在重金屬廢水治理領(lǐng)域的應(yīng)用更為有效，更加廣泛。

1．2．1電絮凝法

電凝聚法作為一項(xiàng)比較成熟的廢水處理工藝，得到了廣泛應(yīng)用。在一定的pH值下，電流強(qiáng)度為4A時(shí)，在很短的時(shí)間內(nèi)，即可達(dá)到較穩(wěn)定的去除效果;同時(shí)金屬離子的共存對(duì)重金屬廢水的處理起促進(jìn)作用，并且適當(dāng)?shù)钠貧鈺?huì)提高重金屬的去除率。凝聚法不宜長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)操作，否則電極表面易產(chǎn)生致密的黏膜，形成鈍化。近年來采用脈沖電凝聚替代直流電凝聚可有效降低濃差極化，防止鈍化。電凝聚法的最新研究方向是周期換向的脈沖信號(hào)電凝聚，既具備高壓脈沖電凝聚法的優(yōu)點(diǎn)，又由于兩極均可溶，更有利于金屬離子與膠體間的絮凝作用，防止電極鈍化。

1．2．2微電解

微電解是基于電極表面的化學(xué)反應(yīng)，在電解槽中加入一定量的活性填料，重金屬廢水為電解質(zhì)，活性填料就形成了原電池，在填料的表面，電流在成千上萬個(gè)細(xì)小的微電池內(nèi)流動(dòng)，在低壓直流的作用下發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)和絮凝作用，進(jìn)而將水體重金屬離子有效地去除。

在微電解工藝中，常用填充填料為鐵屑(鑄鐵屑或鋼鐵屑)加入石墨或炭粒。采用鐵碳微電解法處理含鉻廢水對(duì)Cr(Ⅵ)的去除效果較好，出水Cr(Ⅵ)含量低于0．1mg/L，與常規(guī)的焦亞硫酸鈉還原工藝相比，鐵碳微電解處理含鉻廢水可節(jié)省75%以上的成本。微電解與其他工藝結(jié)合可增強(qiáng)廢水的處理效果。電解—微電解相結(jié)合的復(fù)合電解技術(shù)是微電解發(fā)展的方向之一，探討復(fù)合微電解技術(shù)的反應(yīng)機(jī)理、過程動(dòng)力學(xué)是目前該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

1．2．3電還原法

電還原法又稱陰極還原法，其原理為水體中的重金屬離子在靜電引力的作用下向陰極遷移，在陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)而析出。該法既能去除水體中的重金屬離子，又能回收高純度重金屬。但對(duì)于低濃度的重金屬廢水，采用傳統(tǒng)二維電極電解時(shí)，電流密度小，電解效率低，電耗大。電化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上是一種在固液相界面上發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，因此，固液相界面?zhèn)髻|(zhì)問題成為要解決的難點(diǎn)，各類高效傳質(zhì)的反應(yīng)器也成為研究重點(diǎn)。在工程中常用為三維電極反應(yīng)器，這類反應(yīng)器傳質(zhì)速度快，運(yùn)行費(fèi)用低，占地面積小，去除效率高，在幾分鐘內(nèi)可使重金屬濃度從100mg/L降至0．1mg/L。

二、物理法

2．1離子交換法

離子交換法是通過離子交換樹脂與水體中重金屬離子發(fā)生離子交換，使得水體中重金屬離子濃度降低，從而使廢水得以凈化的方法。動(dòng)力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對(duì)離子的親和能力。離子交換樹脂一般有陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂，螯合樹脂和腐植酸樹脂等。在工業(yè)廢水處理中，離子交換樹脂主要用于回收重金屬、貴金屬和稀有金屬等。

離子交換樹脂法可選擇性地回收水體中的重金屬，出水水質(zhì)含重金屬離子濃度遠(yuǎn)低于化學(xué)沉淀法處理后的水中重金屬離子的濃度，產(chǎn)生的污泥量較少。但是離子交換樹脂存在強(qiáng)度低、不耐高溫、吸附率低等缺點(diǎn)。提高交換樹脂的吸附容量、吸附選擇性、交換速度以及再生利用性能及機(jī)械強(qiáng)度是現(xiàn)在乃至今后的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2．2膜分離法

作為一種新型的分離技術(shù)，膜分離技術(shù)既能對(duì)廢水進(jìn)行有效的凈化又能回收一些有用物質(zhì)，同時(shí)具有節(jié)能、無相變、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，因此在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用并顯示了廣闊的發(fā)展前景。其原理是通過半透膜選擇透過作用，在外界能量的推動(dòng)下，對(duì)溶液中溶質(zhì)和溶劑進(jìn)行分離，從而達(dá)到分離、提純的目的。重金屬廢水的處理中常用的膜分離技術(shù)有微濾、超濾，納濾、反滲透及電滲析等。

由于重金屬離子的粒徑較小、單一的膜分離工藝無法對(duì)其較好的去除，通常采取膜組合工藝。與微濾，超濾相比，納濾是一種截留粒子精度較高的膜工藝，并且對(duì)于二價(jià)及多價(jià)金屬離子有較高的截留率。但納濾過程中的濃差極化會(huì)導(dǎo)致水通量和脫鹽率顯著降低，也會(huì)引起一些難溶鹽如CaSO4等在膜上沉淀，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注重集成工藝的開發(fā)和過程的優(yōu)化。

膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿Α５枪I(yè)廢水成分復(fù)雜，處理?xiàng)l件較為苛刻，使得膜材料必須具有良好的分離性能和較長(zhǎng)的使用壽命，從這方面來看，開發(fā)抗污染性能優(yōu)良的高性能膜具有重要的戰(zhàn)略意義。

2．3吸附法

吸附法是利用一些多孔性物質(zhì)為吸附劑去除廢水中重金屬離子的方法。活性炭是使用最早、運(yùn)用最廣泛的吸附劑，比表面積大、處理率高，但價(jià)格較貴且難脫附，限制了其在廢水處理中的發(fā)展。因此，尋找吸附性好，價(jià)格低廉的吸附劑成為近些年的研究熱點(diǎn)。目前，常采用礦物材料、工業(yè)廢棄物以及農(nóng)林廢棄物等廉價(jià)材料為吸附劑。沸石是最早應(yīng)用于重金屬廢水的多孔礦物質(zhì)，其骨架結(jié)構(gòu)使之具有巨大的比表面積和較強(qiáng)的吸附性。

目前，吸附法主要是非選擇性吸附，從而對(duì)重金屬污染物的去除不具備選擇性，無法針對(duì)特殊的廢水去除特定的重金屬離子。而在很多實(shí)際廢水中，往往是以一種或者兩種主要的重金屬污染物為主。因此從環(huán)境保護(hù)和資源回收的角度，使用吸附劑進(jìn)行選擇性吸附處理重金屬廢水具有重要意義。

三、生物法

生物法是利用生物材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附水體中的重金屬離子的方法，包括植物修復(fù)法、生物絮凝及生物吸附。生物法作為一種重要的凈化手段具有設(shè)備簡(jiǎn)單、無二次污染、材料來源廣泛廉價(jià)、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ闹亟饘購U水處理方法，有著廣闊的應(yīng)用前景。

3．1植物修復(fù)

植物修復(fù)法是指利用植物的吸收、沉淀和富集等作用，以達(dá)到治理重金屬廢水的目的。在植物修復(fù)技術(shù)中通常利用的植物是大型水生高等植物，如高等藻類、鳳眼蓮等水生維管束植物。

植物修復(fù)技術(shù)不僅杜絕了二次污染，還有利于生態(tài)環(huán)境的改善，在治理污染的同時(shí)還可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，但是廢水的濃度、pH值等因素對(duì)植物修復(fù)的影響有待深入的研究。

3．2生物絮凝法

生物絮凝法是利用微生物或微生物的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀重金屬的方法［36］。微生物對(duì)重金屬的吸附作用取決于兩方面:一是微生物吸附劑本身的特性，二是金屬對(duì)生物體的親和性。目前開發(fā)出具有絮凝作用的微生物有細(xì)菌、霉菌、放線菌、酵母菌等共17種。作為一種新型的水處理技術(shù)，微生物絮凝劑已廣泛應(yīng)用于重金屬廢水的處理中。

微生物絮凝劑在處理重金屬廢水方面較傳統(tǒng)絮凝劑具有高效、無毒、易于生物降解、絮凝對(duì)象廣泛、使用后無二次污染等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)前也存在著活體絮凝劑保存困難、生產(chǎn)成本較高、難以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的問題。今后應(yīng)深入研究絮凝作用機(jī)理、絮凝動(dòng)力學(xué)，以指導(dǎo)研制新型的超級(jí)絮凝劑。利用基因工程和發(fā)酵工程，針對(duì)性地選育高效絮凝劑產(chǎn)生菌，提高絮凝活性，以降低絮凝劑用量和降低生產(chǎn)成本。

3．3生物吸附法

生物吸附法是一種較為新穎的處理水體重金屬污染的方法，，因具有高效、廉價(jià)的潛在優(yōu)勢(shì)逐漸引起了人們的研究興趣。生物吸附法就是利用某些生物體本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附水體中的重金屬離子，再通過固液兩相分離來去除重金屬離子的方法，適宜處理大體積、低濃度重金屬廢水。吸附機(jī)理主要有絡(luò)合、螯合、離子交換、靜電引力等。

目前，人們研究了各類生物材料用于重金屬吸附，包括細(xì)菌、真菌、酵母、藻類、農(nóng)林生物廢棄物等，這些材料可以不同程度地吸附各類重金屬，表現(xiàn)出了較好的吸附性能。除了細(xì)菌、真菌和藻類等微生物外，從經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性角度考慮，低成本的農(nóng)林廢棄物較易引起人們的興趣。農(nóng)林廢棄物由于其孔隙度較高、比表面積較大的原因，可以物理吸附金屬離子，同時(shí)，農(nóng)林廢棄物中含有較多的活性物質(zhì)，這些物質(zhì)有利于重金屬的吸附。

目前，生物吸附處理重金屬廢水處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，對(duì)吸附機(jī)理的研究尚不透徹。針對(duì)生物吸附法研究和應(yīng)用的中存在的問題，在今后的研究中，應(yīng)充分了解植物材料的吸附機(jī)理及生產(chǎn)上所需的最適吸附條件;掌握解吸附及重金屬回收技術(shù);研究出適合植物材料吸附重金屬離子的機(jī)械設(shè)備及經(jīng)濟(jì)、高效的治理工藝，以便植物吸附劑被大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)廢水處理中。
 

化學(xué)沉淀法是目前應(yīng)用較廣，技術(shù)成熟的水處理方法，但它適用于高濃度重金屬廢水的處理，且易產(chǎn)生大量污泥;膜分離作為一種高效的水處理技術(shù)受到普遍重視，但成本高，操作復(fù)雜;離子交換法選擇性高，可去除多種重金屬，但樹脂價(jià)格偏高，再生費(fèi)用高;生物法具有經(jīng)濟(jì)高效、易管理，無二次污染等特點(diǎn)，具有更加廣闊的發(fā)展前景。

綜上所述，處理重金屬廢水的方法有很多，均有優(yōu)缺點(diǎn)。因此要結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的方法或者將幾種方法聯(lián)用，以取得較好的處理效果。另外，重金屬也是一類寶貴的資源，具有較高的使用價(jià)值，研究者應(yīng)多注重重金屬資源化回收利用技術(shù)的研究。