水资源在国民经济发展和社会生产中发挥着重要作用，也是人民生活不可或缺的一部分。 然而，随着工农业的快速发展，大量工业废水的排放，使得水体重金属污染日益严重。 据统计，我国每年产生工业废水约400亿吨。 其中，重金属废水约占60%。 这些废水严重污染地表水和地下水，导致可利用水资源总量急剧下降。 重金属废水一般来源于采矿、金属冶炼及加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术和石油化工等行业[1-2]。 重金属难以生物降解，易被生物体吸收和积累。 它们的毒性是持久的，是一种潜在有害的污染物。 如果不加以处理，将对生态环境和人类健康构成严重威胁[3-4]。 然而，重金属作为一种重要而宝贵的资源，具有很高的利用价值。 因此，如何有效控制水体重金属污染，保护人类健康和生态环境，回收重金属，缓解我国资源环境压力，是当前不可忽视的问题。
目前处理重金属废水的方法主要有三种：一是化学法，通过化学反应去除重金属离子，包括化学沉淀法、化学还原法、电化学法和聚合物重金属捕收剂法。 第二类物理方法是在不改变重金属离子化学形态的情况下，通过吸附浓缩进行分离的方法，包括吸附法、溶剂萃取法、蒸发混凝法、离子交换法和膜分离法等。第三类是生物法，主要利用微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等功能去除重金属，包括生物絮凝、植物修复和生物吸附。 本文介绍了上述方法在重金属废水中的应用及研究进展，以期为水体重金属污染的治理提供一定的理论参考。
1化学法
1.1 化学沉淀法
化学沉淀法是工业重金属废水处理中广泛应用的一种比较有效的方法。 是向水体中添加化学物质，通过沉淀反应去除重金属离子的方法。 主要有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和铁素体法。 。
氢氧化物沉淀法处理含重金属废水具有技术成熟、投资少、处理成本低、管理方便等优点。 [5]采用石灰、氢氧化钠等碱性试剂处理铜铬废水。 当pH值分别为12和8.7时，Cu2+和Cr3+完全沉淀，废水达到排放标准。 张鹤鸣等. 文献[6]采用氢氧化钠溶液逐步调节电镀废水的pH值，在多个pH点沉淀电镀废水中的铜、铬、锌、镍，从而最大限度地降低废水中的重金属含量。 氢氧化物沉淀法虽然可以实现废水中重金属离子的分离，但氢氧化物沉淀法也存在缺点：对于两性氢氧化物，如果pH值控制不当，重金属离子会再次溶解； 对于稀溶液，对中重金属的去除效果不好； 沉降量大，含水量高，过滤困难。 目前该方法很少用于重金属废水的处理。
硫化物沉淀反应快，沉淀物溶解度低。 可以选择性地处理重金属离子，并可以通过熔炼回收重金属离子。 李静文[7]采用硫化钠沉淀法处理模拟含铅废水。 反应时间20分钟，硫化钠投加量与铅离子比例为5:1，初始pH值为8，废水中铅离子去除率为99.72%，出水达到国家污水综合排放标准排放标准。 当使用硫化物处理重金属废水时，沉淀剂本身残留在水中。 过量时易形成水溶性多硫化物，遇酸产生硫化氢气体，造成二次污染[8]。
目前应用最广泛的方法是铁氧体法[9]，是指向重金属废水中添加硫酸亚铁，控制pH值和加热条件，使废水中的重金属离子和铁盐形成稳定的铁氧体。 共沉淀。 左明等. [10]研究了铁氧体法处理含镍、铬、锌、铜废水。 处理后出水水质指标达到国家污水排放标准。 但处理时间长，温度要求高，约70℃。 因此，不适合处理大规模重金属废水。 目前，铁氧体法常与其他废水处理方法结合使用。 陈梦君等. [11]采用铁氧体结合硫化物沉淀处理电镀废水。 Cu、Cr、Ni的去除率分别高达94.51%、97.78%和96.94%，满足电镀污染物排放标准。
1.2 电化学法
电化学法是近年来发展起来的一种具有竞争力的水处理方法。 它应用电解原理，通过电极反应和溶液中重金属离子的迁移来净化废水。 随着科学技术的发展，传统电化学处理工艺的改进和新型电化学反应器的研发，使得电化学方法在重金属废水处理领域的应用更加有效、更加广泛。
1.2.1电絮凝法
电絮凝作为一种较为成熟的废水处理工艺，已得到广泛应用。 丁春生等. 等[12]研究了初始pH值、电解时间、电流强度、NaCl用量、离子共存和曝气量等因素对电絮凝处理含Cr6+和Cu2+废水的影响。 研究表明，在一定的pH值和电流强度为4A的情况下，可以在短时间内达到相对稳定的去除效果； 同时，金属离子的共存促进了重金属废水的处理，适当的暴露气体会提高重金属的去除率。 冷凝法不宜长时间连续操作，否则电极表面易形成致密粘膜，造成钝化。 近年来，采用脉冲电凝代替直流电凝，可以有效减少浓差极化，防止钝化。 秋媛等人。 文献[13]采用脉冲电絮凝法处理电镀含铬废水，铬离子去除率保持在99.5%以上，满足排放标准。 与直流混凝法相比，能源效率高，处理时间短。 电絮凝法的最新研究方向是周期性反转脉冲信号电絮凝，它不仅具有高压脉冲电絮凝法的优点，而且由于两极都是可溶的，更有利于金属离子与胶体之间的絮凝，防止电极钝化。 。
1.2.2 微电解
微电解是基于电极表面的化学反应。 电解槽中添加一定量的活性填料。 采用重金属废水作为电解液。 活性填料形成原电池。 在填料的表面，电流流过数千个微小的微电池。 在低压直流电作用下发生内部流动、电化学反应和絮凝，从而有效去除水中的重金属离子[14]。
在微电解工艺中，常用的填料是铁屑（铸铁屑或钢屑）加石墨或碳粒。 周杰等. [15]采用铁碳微电解处理含铬废水，研究了废水中Cr(VI)的去除效果。 结果表明，铁碳微电解法处理含铬废水对Cr(Ⅵ)有较好的去除效果，出水Cr(Ⅵ)含量小于0.1 mg/L。 与传统焦亚硫酸钠还原工艺相比，铁碳微电解处理含铬废水可节省成本75%以上。 微电解与其他工艺相结合可以加强废水处理。 黄树杰[16]采用微电解-碱液中和沉淀法处理Cr6+、Cu2+低浓度电镀废水。 处理后废水中Cr6+、Cu2+含量均达到-96《废水综合排放标准》中一级排放标准。 将电解与微电解相结合的复合电解技术是微电解的发展方向之一。 探索复合微电解技术的反应机理和过程动力学是当前该领域的研究热点。
1.2.3 电解还原法
电解还原法也称为阴极还原法。 其原理是水中的重金属离子在静电引力的作用下迁移到阴极，在阴极表面发生还原反应而沉淀。 该方法不仅可以去除水中的重金属离子，而且可以回收高纯度的重金属。 但对于低浓度重金属废水，采用传统二维电极电解时，电流密度小，电解效率低，电耗高。 电化学反应本质上是发生在固液界面的电子转移反应。 因此，固液界面的传质问题成为亟待解决的难题，各类高效传质反应器也成为研究的重点。 三维电极反应器在工程中常用[17]。 该类型反应器传质速度快、运行成本低、占地面积小、去除效率高。 能在几分钟内将重金属浓度从100mg/L降至0。 .1毫克/升。 张少峰等. [18]采用三维电极法处理低浓度酸性含铅工业模拟废水。 在其他条件相同的情况下，以泡沫铜为阴极材料的三维电极对Pb2+的去除率可达85%，明显优于以不锈钢板为阴极的二维电极的34%。 陈武等人。 [19]采用小型双极矩形填充床作为三维电极反应器处理含锌废水。 在最佳条件下，三维电极对对模拟废水中Zn2+的去除率达到95.7%，满足国家污水综合排放要求。 标准 88 II 级要求。
2物理学
2.1 离子交换法
离子交换法[20]是利用离子交换树脂与水体中的重金属离子进行离子交换，使水体中的重金属离子浓度降低，从而净化废水的方法。 驱动力是离子之间的浓度差和交换器上的官能团对离子的亲和力。 离子交换树脂一般包括阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、螯合树脂和腐殖酸树脂。 在工业废水处理中，离子交换树脂主要用于回收重金属、贵金属和稀有金属。 [21]采用IRN77和SKN1阳离子交换树脂去除和回收核电站冷却废水中的Cr3+。 魏健等人。 [22]采用精选离子交换树脂处理含Mn2+废水。 该方法具有交换容量大、出水水质稳定、实现锰的回收利用等优点。 李等人。 [23]使用螯合离子交换树脂置换溶液中的Cu2+和Zn2+。 平衡时，Cu2+的最大交换量分别为0.88 mol/kg和1.10 mol/kg。
离子交换树脂法可以选择性回收水体中的重金属。 出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后的水中，产生的污泥量也较少[24]。 但离子交换树脂存在强度低、耐高温、吸附率低等缺点。 提高交换树脂的吸附容量、吸附选择性、交换速度、再生性能和机械强度是现在和今后一个重要的发展方向。
2.2 膜分离法
膜分离技术作为一种新型的分离技术[25]，不仅可以有效净化废水，还可以回收一些有用的物质。 它还具有节能、无相变、设备简单、操作方便等特点。 因此在废水处理中得到广泛应用。 已得到广泛应用，展现出广阔的发展前景。 其原理是通过半透膜的选择性透过，在外界能量的驱动下，将溶液中的溶质和溶剂分离，从而达到分离纯化的目的。 处理重金属废水常用的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等。
由于重金属离子粒径较小，单一膜分离工艺不能很好地去除重金属离子，因此通常采用组合膜工艺。 万金宝等. [26]采用中和/微滤工艺处理含Zn2+和Pb2+的废水。 研究结果表明，Zn2+和Pb2+的去除率分别为90.92%和76.55%。 添加絮凝剂后去除率分别为99.92%和99.77%。 邱云仁等. 文献[27]采用络合-超滤耦合工艺，以聚丙烯酸钠为络合剂，采用芳香族聚酰胺超滤膜处理Cu2+废水。 研究表明，当pH值为6、P/M为22时，Cu2+保留率在97%以上。 与微滤和超滤相比，纳滤是一种颗粒截留精度更高的膜工艺，对二价和多价金属离子有更高的截留率。 [28]研究了利用纳滤技术分离废水中的Cu2+和Cd2+，发现当溶液中添加HNO3时，Cd2+的截留率为35.2%，Cu2+的截留率为76.5%，可以实现铜离子和镉。 有效分离离子。 但纳滤过程中的浓差极化会导致水通量和脱盐率显着降低，还会导致一些不溶性盐如CaSO4在膜上沉淀。 因此，在实际应用中，应注重集成工艺的开发和工艺的优化。 。
膜分离技术具有高效、节能、无二次污染等优点，在废水处理领域具有巨大的发展潜力。 但工业废水成分复杂、处理条件苛刻，因此膜材料必须具有良好的分离性能和较长的使用寿命。 从这个角度来看，开发具有优异抗污染性能的高性能膜具有重大的战略意义。
2.3 吸附法
吸附法是利用一些多孔材料作为吸附剂去除废水中重金属离子的方法。 活性炭是最早、应用最广泛的吸附剂。 比表面积大，处理率高。 但其价格昂贵且解吸困难，限制了其在废水处理领域的发展。 因此，寻找吸附性能好、价格低廉的吸附剂成为近年来的研究热点。 目前多采用矿物材料、工业废料、农林废料等廉价材料作为吸附剂。 沸石是最早用于重金属废水的多孔矿物。 其骨架结构赋予其巨大的比表面积和极强的吸附能力。 [29]利用Fe(II)改性沸石处理含Cr(VI)废水。 改性后，Cr(VI)在沸石上的附着量可达0.3 mmol/g，吸附容量显着提高。 近年来，一些工农林废弃物由于来源丰富、价格低廉，被广泛用于处理重金属废水。 [30]采用水热法预处理粉煤灰并研究改性粉煤灰的吸附能力。 结果表明，Cu2+和Mn2+的去除率分别为99%和85%。 [31]利用未经处理的西番莲壳作为吸附剂处理水溶液中的Cr3+和Pb2+，最大吸附容量分别达到85.1mg/g和151.6mg/g。 [32]使用处理过的蟹壳和槟榔壳来吸附含有Pb2+和Cu2+的水溶液。 平衡时槟榔壳对Pb2+和Cu2+的最大吸附量分别为18.33 mg/g±0.44 mg/g和17. 64mg/g±0.31mg/g。
目前吸附法主要是非选择性吸附，因此在去除重金属污染物上没有选择性，无法去除特殊废水中的特定重金属离子。 在许多实际废水中，往往一种或两种主要重金属污染物占主导地位。 因此，从环境保护和资源回收的角度来看，利用吸附剂选择性吸附处理重金属废水具有重要意义。
3生物法
生物法是利用生物材料的化学结构和组成特征吸附水中重金属离子的方法，包括植物修复、生物絮凝和生物吸附等。 生物法作为一种重要的净化方法，具有设备简单、无二次污染、原料来源广泛廉价、成本效益高等优点，是一种极具发展潜力的重金属废水处理方法，具有广阔的应用前景。
3.1 植物修复
植物修复是指利用植物的吸收、沉淀、富集作用来达到处理重金属废水的目的。 植物修复技术常用的植物是大型水生高等植物，如高等藻类、水葫芦等水生维管束植物。 拉伊等人。 [33-34]发现春药是一种良好的重金属积累植物。 植物可积累的铜、钼、铬、镉和砷分别最多分别为 62、5、13、11 和 0.05 微克。 /G。 等[35]研究了凤眼莲对含有Pb2+、Zn2+、Cu2+等重金属离子的废水的吸附效果，机理分析表明凤眼莲植物细胞中氨基酸上的羧基和羟基对重金属离子。
植物修复技术不仅消除二次污染，还有利于改善生态环境。 在控制污染的同时还可以获得一定的经济效益。 但废水浓度、pH值等因素对植物修复的影响还需要深入研究。
3.2 生物絮凝法
生物絮凝是利用微生物或微生物代谢产物絮凝沉淀重金属的方法[36]。 微生物对重金属的吸附取决于两个方面：一是微生物吸附剂本身的特性，二是金属与生物体的亲和力。 已开发出细菌、霉菌、放线菌、酵母菌等17种具有絮凝作用的微生物。 微生物絮凝剂作为一种新型水处理技术，已广泛应用于重金属废水的处理。 [37]利用芽孢杆菌处理含Cr3+、Co2+、Cu2+的模拟废水，去除率分别为80.8%、79.71%、57.14%。 黄等人。 [38]利用木耳子实体作为吸附剂处理模拟废水。 在最佳实验条件下，Pb2+、Cu2+、Cd2+的最大吸附量分别为221、73.7、63.3 mg/g。
微生物絮凝剂在处理重金属废水方面比传统絮凝剂具有高效、无毒、易生物降解、絮凝对象广泛、使用后无二次污染等独特优势。 但目前存在活性絮凝剂保存困难、生产成本高、难以工业化生产等问题。 未来应深入研究絮凝机理和絮凝动力学，以指导新型超级絮凝剂的开发。 利用基因工程和发酵工程选择性选育高效絮凝剂产生菌，提高絮凝活性，降低絮凝剂用量和生产成本。
3.3 生物吸附法
生物吸附是处理水中重金属污染的一种较新的方法。 它以其高效率、低成本的潜在优势逐渐引起了人们的研究兴趣。 生物吸附法是利用某些生物体的化学结构和组成特征来吸附水中重金属离子，然后通过固液相分离去除重金属离子的方法。 适用于处理大量低浓度重金属废水。 吸附机理主要有络合、螯合、离子交换、静电吸引等。
目前，人们研究了多种用于重金属吸附的生物材料，包括细菌、真菌、酵母、藻类、农林生物废弃物等，这些材料可以不同程度地吸附各种重金属，并表现出良好的吸附性能。 范瑞梅等. [39]发现克劳氏芽孢杆菌能有效吸附水溶液中的Zn2+。 当pH值为4.5时，吸附容量为57.5 mg/g，吸附平衡时间约为30 min。 等人。 [40]研究表明，大孢蘑菇可以有效吸附水溶液中的Zn2+、Cu2+、Hg2+、Cd2+和Pb2+。 15分钟即可达到吸附平衡。 Zn2+、Cu2+、Hg2+、Cd2+和Pb2+的最大去除率分别为84%和84%。 96%、85%、84% 和 89%。 研究发现藻类可以吸附一种或多种金属离子。 Wang等[41]研究了6种不同藻类对水溶液中Cd2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+和Pb2+的吸附性能。 结果表明，当藻类浓度为0.5g/L时，对重金属离子的吸附效果最好，吸附顺序为：Pb>Cd≥Cu>Zn>Ni。 除了细菌、真菌、藻类等微生物外，低成本的农林废弃物从经济性和实用性角度更容易引起人们的兴趣。 农林废弃物由于其孔隙率高、比表面积大，可以物理吸附金属离子。 同时，农林废弃物中含有较多的活性物质，有利于重金属的吸附。 王国辉[42]利用板栗壳处理含Cr(VI)废水。 当pH值为2、温度为30℃、板栗壳用量为0.4g时，Cr(VI)去除率可达99%以上。 在较宽的初始浓度范围内，板栗壳对Cr(Ⅵ)有明显的去除效果。 蒋晓丽等[43] 以改性玉米秸秆为吸附剂处理模拟含Cu2+废水。 结果表明，玉米秸秆对Cu2+的去除率最高可达90%以上。 Wang等[44]将橙汁渣磷酸化后制备了负载Fe(Ⅲ)的吸附材料，并研究了其对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附性能。 其对砷的吸附容量为1. /g。
目前，生物吸附处理重金属废水尚处于实验室研究阶段，吸附机理研究尚不深入。 针对生物吸附方法研究和应用中存在的问题，在今后的研究中，应充分了解植物材料的吸附机理以及生产所需的最佳吸附条件； 掌握解吸和重金属回收技术； 开发适合植物材料的方法。 重金属离子材料吸附的机械设备和经济高效的处理工艺，使植物吸附剂能够在实际工业废水处理中大规模应用。
4。结论
化学沉淀是目前应用广泛、技术成熟的水处理方法，但适用于高浓度重金属废水的处理，且容易产生大量污泥。 膜分离作为一种高效的水处理技术被普遍看重，但成本高且操作复杂； 离子交换法选择性高，可去除多种重金属，但树脂价格高，再生成本高； 生物法成本低、易于管理、无二次污染，具有更广阔的发展前景。 。 综上所述，处理重金属废水的方法很多，各有优缺点。 因此，需要根据实际情况选择合适的方法或者将多种方法结合起来才能达到更好的治疗效果。 此外，重金属也是一种具有很高利用价值的珍贵资源。 研究人员应更加重视重金属资源回收技术的研究。