工業廢水中重金屬去除技術：方法與創新應用

來源：凡清

時間：2025-6-7

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工業重金屬廢水來源于電鍍、冶金、電子及化工等行業，含鉻（Cr）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、銅（Cu）等毒性強、難降解的金屬離子。若直接排放，將引發水體生態鏈污染，并通過生物富集威脅人類健康。各國對此類廢水設定了嚴苛排放標準（如 Cd<0.1 mg/L、Cr<0.5 mg/L），推動多種深度處理技術的發展與應用。

一、化學沉淀法：經典高效的主流工藝

通過化學藥劑使溶解態重金屬轉化為不溶性沉淀物分離，兼具成本低與操作簡易性：

1. 氫氧化物沉淀：投加石灰（Ca(OH)?）或NaOH，生成金屬氫氧化物沉淀。需精準控制pH（如Cr3?沉淀pH=8~10，Zn2?在pH=9~10易返溶），并添加PAC等絮凝劑加速沉降。

2. 硫化物沉淀：加入Na?S或H?S，形成溶度積更小的金屬硫化物（如CdS、HgS）。沉渣量減少40%，金屬回收純度提升，但硫化物顆粒細微難沉降，需耦合絮凝技術。

3. 還原沉淀（針對高價態金屬）：用硫酸亞鐵或NaHSO?將Cr??還原為Cr3?，再沉淀去除，是電鍍含鉻廢水處理的核心工藝。

局限性：沉淀法常殘留5~20 mg/L重金屬，需后續深度處理，且污泥處置不當易造成二次污染。

二、物理化學法：深度凈化的關鍵手段

吸附法  

活性炭/樹脂吸附：活性炭憑借高比表面積物理吸附低濃度重金屬；離子交換樹脂（如陽離子樹脂Tulsimer CH-90）通過羧基、氨基螯合金屬離子，可將Cu2?、Ni2?降至0.1 ppm以下，但再生成本高。  

生物吸附創新：改性農業廢棄物（如棕櫚殼炭）或微生物制劑成為新興低成本吸附劑。殼聚糖包覆棕櫚殼炭對Cr吸附容量達154 mg/g，且可生物降解。

膜分離技術  

反滲透（RO）、電滲析（ED）能實現重金屬濃縮液回收與凈水回用。RO處理電鍍鎳廢水回收率＞95%，但需預處理防止膜堵塞，適用于小水量高價值場景。

三、電化學法：高效回收金屬資源

1. 電解沉積：直接通電還原陰極重金屬（如Cu2?→Cu），適合高濃度電鍍液再生，但對＜100 mg/L廢水效率低。

2. 電絮凝：以鐵/鋁陽極電解產生絮凝劑，同步實現氧化還原與絮凝，對As、Cd去除率超90%，能耗較高是其瓶頸。

四、生物化學法：綠色技術的突破

利用微生物代謝或植物富集實現重金屬固定：

1. 生物硫化：厭氧條件下硫酸鹽還原菌生成H?S，與重金屬形成硫化物沉淀。處理含Cr?? 40 mg/L廢水時，去除率高達99.97%。

2. 微生物絮凝：菌膠團分泌物（如多糖、蛋白質）絡合重金屬離子，形成可沉降絮體，對Hg2?、Ag?特異性強，無二次污染。

3. 植物修復：鳳眼蓮、蜈蚣草等富集植物吸收水中Cd、As，適用于低濃度廢水生態修復。

五、組合工藝：應對復雜廢水的趨勢

單一技術難以滿足嚴苛標準，工程中常采用多級聯用：

1. 沉淀+吸附：石灰初步沉淀后，用活性炭或樹脂深度吸附，確保重金屬＜0.1 ppm。

2. Fenton-硫化物耦合：通過Fenton氧化破絡，再結合硫化物深度沉淀，可將劇毒鉈（Tl）降至＜1 μg/L，同步去除多種伴生金屬。

3. 生物+膜集成：生物處理去除可降解有機物后，RO膜截留殘余重金屬離子，實現近零排放。

未來方向與挑戰

隨著資源回收需求增長，污泥中重金屬提取（如從電鍍污泥回收鎳）及生物吸附劑規模化成為研發熱點。實踐選擇需遵循“以廢治廢”原則：高濃度廢水（＞100 mg/L）首選化學沉淀；低濃度或回用水需求場景適用吸附/膜技術；而生化法則在低碳要求下凸顯潛力。通過智能監控與工藝優化，重金屬廢水治理正邁向“達標排放-資源回收-能源節約”的三維目標。