重金属废水的常用处理技术有哪些？

重金属废水的处理技术需结合污染物特性、处理规模及排放标准选择，以下是目前常用的处理技术及原理、特点分析：

物理化学法

1. 化学沉淀法

原理：通过添加化学药剂（如氢氧化物、硫化物、螯合化合物等），与重金属离子反应生成难溶性沉淀，再经固液分离去除。

氢氧化物沉淀法：投加石灰、氢氧化钠等，调节 pH 使重金属生成氢氧化物沉淀（如 Cu (OH)₂、Fe (OH)₃）。

硫化物沉淀法：利用 Na₂S、H₂S 等生成硫化物沉淀，溶解度比氢氧化物更低，适合低浓度重金属废水。

特点：操作简单、成本低，但需控制 pH，易产生大量污泥，可能存在重金属二次释放风险。

2. 吸附法

原理：利用吸附剂的多孔结构和表面官能团，通过物理吸附、化学吸附或离子交换捕获重金属离子。

常用吸附剂：

活性炭：比表面积大，对重金属有广谱吸附性，但成本较高。

矿物材料：如蒙脱石、沸石、凹凸棒土，利用层状结构和离子交换能力吸附重金属。

生物质吸附剂：如树皮、秸秆、藻类，通过羟基、羧基等官能团与金属离子螯合。

特点：去除效率高，可处理低浓度废水，但吸附剂再生或更换成本较高。

3. 离子交换法

原理：利用离子交换树脂上的可交换离子与废水中的重金属离子发生交换反应，如阳离子交换树脂（R-H⁺）与 Pb²⁺、Cu²⁺等交换。

特点：选择性高，出水水质稳定，适用于回收重金属，但树脂易受有机物污染，再生需消耗酸碱。

电化学法

1. 电解法

原理：通过电解槽施加电流，重金属离子在阴极还原为单质沉积，或在阳极氧化为高价态后沉淀。

特点：去除效率高，可回收金属，无二次污染，但能耗大，适合高浓度废水或小规模处理。

2. 电凝聚法

原理：阳极金属（如铁、铝）电解产生金属离子，形成氢氧化物胶体，吸附重金属离子并凝聚沉淀。

特点：兼具电化学和混凝作用，污泥量少，但能耗和电极损耗较高。

膜分离技术

1. 反渗透（RO）

原理：通过半透膜截留重金属离子，利用压力差推动废水透过膜。

特点：去除率达 99% 以上，出水可回用，但膜易污染，运行成本高。

2. 纳滤（NF）

原理：截留分子量为 100-1000 的物质，对二价重金属离子（如 Cu²⁺、Pb²⁺）有较高截留率。

特点：能耗低于 RO，可同时去除有机物和重金属，适用于中低浓度废水。

生物处理法

1. 生物吸附法

原理：利用微生物（如细菌、真菌、藻类）的细胞表面结构或代谢产物吸附重金属。

例：酵母菌通过细胞壁上的多糖和蛋白质与重金属螯合；藻类细胞内的硫基、羧基等官能团结合金属离子。

特点：环保、成本低，可处理低浓度废水，但吸附容量受水质影响大。

2. 生物还原法

原理：利用微生物（如盐还原菌）将重金属离子还原为低毒或无毒形态（如 Cr⁶⁺→Cr³⁺），再通过沉淀去除。

特点：适用于含 Cr、Hg 等重金属的废水，需控制厌氧环境。

氧化还原法

1. 化学氧化法

原理：投加氧化剂（如臭氧、H₂O₂、次），将重金属离子氧化为高价态，使其形成更易沉淀的化合物（如 Cr³⁺→Cr⁶⁺后通过氢氧化物沉淀去除）。

特点：适用于处理具有可变价态的重金属（如 Cr、As），但需控制氧化剂用量。

2. 还原法

原理：投加还原剂（如铁粉、亚盐），将高价重金属离子还原为低价态（如 Hg²⁺→Hg⁰），再通过沉淀或吸附去除。

新型复合技术

1. 催化氧化 - 吸附耦合

例：臭氧催化氧化协同活性炭吸附，先通过臭氧分解有机物，再利用活性炭吸附重金属，适用于复杂工业废水。

2. 纳米材料应用

例：纳米零价铁（nZVI）因其高比表面积和还原性，可高效去除重金属（如 Pb²⁺、Cd²⁺），通过表面氧化还原反应生成稳定化合物。

技术对比与选择

技术类型 适用浓度 去除效率 成本 优势 局限性

化学沉淀法 高浓度 中等 低 操作简单、处理量大 污泥量大、pH 控制严格

吸附法 中低浓度 高 中高 选择性好、可回用 吸附剂需再生或更换

膜分离 低浓度 极高 高 出水水质优、可回用 膜污染、能耗高

生物处理法 低浓度 中等 低 环保、无二次污染 处理周期长、受水质影响大

电化学法 中高浓度 高 高 可回收金属、污泥量少 能耗大、设备成本高

实际应用趋势

组合工艺：如 “化学沉淀 + 吸附”“膜分离 + 生物处理”，兼顾效率和成本。

绿色技术：开发低成本生物吸附剂、纳米材料，减少化学药剂使用。

智能化控制：通过在线监测水质，自动调节处理参数，提升处理效率。

具体技术选择需根据废水中重金属种类（如 Cr、Pb、Cd、Hg 等）、浓度、pH 及排放标准（如《重金属污染综合排放标准》）定制方案。