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含镉废水处理方法的比较沈萍朱国伟南京师范大学地理科学学院210024摘要：在概述含镉废水物理化学及生物处理方法的基础上,通过对比说明各种处理方法的利弊，最后得出生物强化技术在含镉废水处理方面具有很大的发展潜力。并在此基础上以奎河镉污染为例作出了进一步阐述。关键词：镉;含镉废水;处理方法ComparewithVariousTreatmentMethodsofCadmiumWastewaterShenPingZhuGuoweiNanjingNormalUniversityGeographyScientificInstituteAbstract:Onthebasisofsummingupphysicalchemistryandabiologicaldisposaluponthemethodtothewastewaterincludcadmium,throughcomparewithvarioustreatmentmethods,finally，producebiologicalstrengthentechnologyhavelargedevelopmentpotentialityinincludingthewastewatertreatmentofcadmium.FurtheronthisbasisexplainwithKuirivercadmiumfortheexample.KeyWords：cadmiumcadmiumwastewatertreatmentmethod1.引言2002年颁布的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定Ⅰ类水中的镉含量必须低于0.001mg/L,Ⅱ～Ⅳ类水中的镉含量必须低于0.005mg/L,Ⅴ类水中的镉含量不超过0.01mg/L。《农田灌溉水质标准》(GB5084-92)规定镉含量必须低于0.005mg/L。《污水综合排放标准》(GB8978-1996)规定污染物总镉的最高允许排放浓度为0.1mg/L。《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999)规定污水排入城市下水道污染物中镉的最高允许排放浓度为0.1mg/L。镉对人体的毒害引起了世界各国的重视,我国国家环保法规定,镉是一类污染物,不得用稀释法代替必要的处理,而一般工厂的含镉废水在处理前镉的浓度都远高于国家制定的标准[1](工业废水中镉的最高容许排放浓度为0.1mg/L),所以含镉废水在排放前必须进行处理,实行达标排放,含隔废物也必须妥善堆放,以免雨水冲刷,造成土壤、水体污染。因此,含镉废水的有效处理刻不容缓,研究、开发高效经济的含镉废水的处理技术,具有重大的社会、经济和环境意义。2.目前含镉废水的主要处理现状及研究进展现有对水环境中镉的去除技术主要有三大类:一是物理化学修复技术;二是植物修复技\n术;三是生物修复技术。2.1物理化学修复技术物理化学修复技术包含了许多具体的处理方法,如沉淀、溶剂萃取、离子交换、膜分离、吸附、中和法、漂白粉氧化法、铁氧化沉淀法和金属还原法、电解法等。2.1.1中和沉淀法在碱性条件下,镉生成难溶、稳定的沉淀物。碱石灰(CaO)、消石灰[Ca(OH)2]、飞灰(石灰粉,CaO)、白云石(CaO·MgO)等石灰类中和剂价格低廉,可除废水中的镉离子,且工艺简单。但此法沉渣量大,出水硬度高。Mg(OH)2经轻烧处理变成MgO后,仍可以处理含镉废水,且可多次使用。中和沉淀法虽能除去废水中大部分镉离子,但反应速度较慢,且堆放的沉渣会造成二次污染,这些问题还有待进一步解决。2.1.2硫化物沉淀法将硫化剂投加到废水中,镉等重金属离子便呈硫化物沉淀析出,常用的硫化剂有Na2S、[2][3]NaHS、H2S等。张玉梅将硫化物沉淀法与聚合硫酸铁沉淀法结合起来处理含镉废水,从而使该法的处理条件易于控制,pH适应范围大,镉的去除率达99.6%以上。硫化法产生的沉渣含水率低,且不易返溶形成二次沉淀。但硫化剂价格高,在酸性废水中易产生H2S而污染周围的环境,所以此法的处理费用较高,易产生二次污染,在工业上难以广泛应用。2.1.3吸附法吸附法是利用多孔性的固体物质,使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而除去的方法。吸附法处理含隔废水的控制条件比较多,如吸附剂的粒度、吸附剂的添加量、废水的成分、废水的含镉浓度、pH值、吸附时间等,这些都会增加实际操作的难度。2.1.4漂白粉氧化法此法适用于处理氰法镀镉工厂中含氰、镉的废水,这种废水的主要成分是2-2+-[Cd(CN)4],Cd和CN,这些离子都有很大毒性,用漂白粉氧化法既可除去Cd2+,同时也可除-2-2+去CN。废水处理中的主要反应过程为:漂白粉首先水解生成Cd(OH)和HOCl,OH与Cd生2-成Cd(OH)2沉淀,同时漂白粉水解生成HOCl具有强氧化性,将CN-氧化生成CO3和N2,促进2-2-2+[Cd(CN)4]的离解,最后CO3与Ca在碱性条件下生成CaCO3沉淀。2.1.5铁氧化法向含镉废水中投加硫酸亚铁,用氢氧化钠调节pH至9—10加热,并通入压缩空气进行氧化,即可形成铁氧体晶体并使镉等金属离子进入铁氧体晶格中,过滤便可分离出含镉铁氧体,水可排放或回用,也可利用铁氧体的强磁性特点,用高梯度磁分离技术使固液分离。有研究表明,铁氧体法去除废水中镉等多种金属离子是可行的。在一定的工艺条件下，出水镉含量小[4]于0.1mg/l。2.1.6电解法电解法是指应用电解的基本原理，使废水中重金属离析电解过程在阳-阴两极上分别发\n生氧化和还原反应使重富集，然后进行处理。陈志荣对比了流化床与非流化床电果，介绍了[5]新型的流化床电极(FBE)技术，利用该法可得到的分离效果，除镉率达98.0%。另外高压脉[6]冲电凝法对混合废水中的镉的去除率可达96～99%。2.2植物修复技术植物修复技术(PhytoreMediation),是利用植物去除水环境中的镉,降低水环境中的镉污染。植物修复技术是一种治理环境污染的新型技术,成本低廉,没有二次污染。已有研究表明,在引起环境污染的几种重金属中,灌木型柳树对镉的吸收积累能力最为突出,利用柳树的速生、生物量高及适应性强等特点,栽培柳树树短轮伐林实施土壤镉污染修复,已成为植物修复[7]技术应用研究的热点剑兰是一种很有潜力的可用于Cd污染水体修复的耐性植物。另外李华,程芳琴等在通过溶液培养,研究了剑兰、台湾水韭、尖叶皇冠等水生植物对Cd污染的修复效果及Cd对这三种水生植物的生长、Cd积累的影响后得出剑兰是一种很有潜力的可用于[7]Cd污染水体修复的耐性植物。剑兰是一种很有潜力的可用于Cd污染水体修复的耐性植物。申华等在实验条件下,研究了斯必兰(Gymnocorovisspilanthoides)、羽毛草(Myriophyllum2+aquaticm)和水芹(Oenanthejavanica)3种观赏水草对不同浓度的镉污染水体(Cd0.5、1.0、5.0、10.0mg/L)的修复效果以及镉对这3种观赏水草生长的影响。研究结果表明:3种观赏水草均对水体镉污染有一定程度的抗性并能不同程度地去除水体中的镉,3种观赏水草对镉的富集能力为斯必兰>水芹>羽毛草。且在3种观赏水草中斯必兰对水体镉污染的耐性[3]最高、修复能力最强。2.3生物强化技术含镉废水成分复杂,处理达标要求又非常严格,传统的物理化学法各有优缺点。其缺点表现为处理剂使用量大,反应不易控制,水质差,回收贵金属难等。而生物法因能耗少,成本低,效率高,而且容易操作,最重要的是没有二次污染虽然微生物能够处理水中常规的污染物,但当废水中含有毒、难降解的物质时,由于对该类物质具有专项降解能力的微生物在环境中的种类、数量较少,同时它在种间竞争中处于劣势,因此传统的生物处理技术面临极大挑战。在传统的生物处理体系中投加具有特定功能的微生物或某些基质,增强它对特定污染物的降解能力,从而改善整个污水处理体系的处理效果,这种技术被称为生物强化技术。3.现有处理方法的比较含镉废水是一种对环境污染十分严重和对人类身体健康危害很大的废水。现今含镉废水的处理方法比较多，从表1中可以看出植物法和生物法作为一种很有前途的处理方法,具有耗能少、效率高、无二次污染,而且处理费用较低等优点。但是从自然界得到的菌种耐镉能力相当差,仅能处理含镉浓度低的废水,无法实现工业化,应考虑进行生物强化。目前,生物强化技术在废水处理中的应用范围在逐渐扩大。\n表1：各种处理方法的比较优点缺点比较方法中和沉淀法中和剂价格低廉，工艺简单。沉渣量大,出水硬度高，反应速度较慢,且堆放的沉渣会造成二次污染。硫化物沉淀沉渣含水率低,且不易返溶形成二次费用较高,易产生二次污染法沉淀。吸附法去除率效果良好。控制条件比较多，实际操作难。漂白粉氧化处理效果好适用范围比较窄，仅适用于含氰、镉的电法镀废水，且含镉废渣的处理也是有待研究的问题。铁氧化法工艺过程简单,处理条件温和,治理复合使用面较窄,一般用于处理特定的污效果明显,水,且还有许多技术组合带来的问题.离子交换法净化程度高,可以回收镉,无二次污成本较高。染。膜分离法去除率高,能回收废水中的镉盐,工膜的选择性比较高,不同的废水必须研究艺简单。与之相匹配的膜,废水的成分也必须比较稳定才行,膜组件设计难,投资也比较高。电解法工艺镉去除率高，可回收利用，广泛成本比较高，一般经浓缩后再电解经济效应用于废水的治理。益较好，限制了电解法的应用推广。植物修复技成本低廉,效率高，没有二次污染。耐性植物种类及数量少。术生物修复技成本低,效率高,容易操作,没有二次具有专项降解能力的微生物在环境中的种术污染。类、数量较少,同时在种间竞争中处于劣势。生物强化技具有生物修复技术的优点，发展前景固定化载体成本高、使用寿命短术好。4.以奎河镉污染为例奎河是徐州市市区南部的主要纳污河流，在该市境内长27公里，贯穿铜山县三堡镇，进入安徽省宿州市及其下辖的几个县，在江苏省泗洪县境内流入洪泽湖，是淮河水系中典型的城镇河流。1994年前，徐州市区南部的每日20万吨工业废水和生活污水都直接排入奎河，奎河纳污量占徐州市区排污总量的65%，且有重金属污染，是淮河流域污染最严重的河流之一，成为名副其实的“排污沟”。4.1奎河水环境现状根据郑环2008年对徐州泉山点现场采样调查发现奎河污水颜色为灰褐色,有时呈白色,变化不定,污染区范围内空气中有轻微的臭味。奎河徐州段作为景观用水水体部分指标相差较大,但作为地表Ⅴ类水已比较接近,远远好于2004、2005的检测结果。奎河水质存在重金属污染等,水质仍不太理想,给沿河居民的生活也造成了不同程度的污染。\n4.2奎河水污染原因分析奎河沿线分布着印染厂、造纸厂、制药厂、酿酒厂、热电厂等工厂。这些工厂每天都向河道排放大量工业废水,在市区段下游污染尤其严重。表2沿奎河污染源排放的主要污染物污染源主要污染物造纸厂碱有机物、悬浮物、水温、挥发性酚、硫化物、铅、汞、木质素制药厂酸有机物、悬浮物、石油类、硝基苯类、硝、基酚类印染厂酸、有机物、悬浮物、水温、挥发性酚、硫化物、苯胺类、六价铬酿造厂酸、有机物、悬浮物、水温、氨氮、磷酸盐、大肠杆菌数、含盐量热电厂酸悬浮物、硫化物、挥发性酚、砷、石油类、铅、镉、铜由表2可以看出，奎河的污染物中金属污染基本上来源于热电厂，镉污染也来源于热电厂。4.3最近几年奎河镉污染情况根据王晓等人根据15个样本的实测奎河底泥镉元素含量范围[8]，见表3，表3奎河底泥镉元素含量(单位:mg/kg)表4金属镉污染程度分级标准(mg/kg)最大值25·60污染等级镉奎河镉无污染0.16最小值<0·3元素含轻度污染0.302量均值2·63中度污染1.00重度污染3.00结合表4中金属镉污染程度分级标准可以得出，奎河中Cd污染达到轻度以上污染程度，平均值已达到中度污染。4.4近年来奎河水环境的改造—废水处理对于工厂排出的含有镉等各种重金属的废水，多数工厂都采取物理化学修复技术和生物修复技术对废水经行处理，基本达标才排出。物理化学技术处理后产生了二次污染，而生物法作为一种很有前途的处理方法,具有耗能少、效率高、无二次污染,而且处理费用较低等优点。因此建议在今后的处理过程中尽量采用此方法。\n5.结语现今含镉废水的处理方法比较多，虽然各种镉离子处理方法均有缺陷，但都处在不断发展中，将现有方法进行改进是重金属离子废水处理的一个方向，生物强化制剂对于处理含镉等重金属废水有其独特的优势，随着生物技术的不断发展,生物法在处理含镉废水等环保领域中的应用前景将会越来越宽广。目前，奎河的水质在一定程度上有了改善，但是在2010年奎河铜山段水质离保护目标地表水Ⅴ类还相差甚远，水质仍呈重污染。面对徐州市面临着资源性缺水(水量不能满足经济社会发展的需要)和水质性缺水(由于污染造成有水而不能用)的双重压力,水资源可持续利用应得到充分地重视。因此,较好的利用各种物理化学及生物技术处理排进奎河的各种汗镉污废水意义重大，充分利用奎河水资源对于缓解徐州市用水紧张状况具有一定的现实意义。参考文献:[1]Pulford,ID,WatsonC.Phytoremediationofheavymetal-contaminatedlandbytrees-areview[J].EnvironmentInternationa,l2003,29:529-540.[2]张荣良.处理硫酸生产含镉、砷废水的试验研究.硫酸工业,1997,(5):18.[3]申华,黄鹤忠,张皓,吴小松.3种观赏水草对水体镉污染修复效果的比较研究.水生态学杂志2008，01(1):52-55.[4]张玉梅.含镉废水处理的试验研究.环境工程,1995,(2):15.[5]陈志荣．流化床电极技术及在治理含金属废水中的应用[J]．工业水处理，1996，16(6)：3-5．[6]魏先勋．环境工程设计手册[M]．长沙：湖南科技出版社，1992，83-85．[7]李华.程芳琴.王爱英.杜红梅.三种水生植物对Cd污染水体的修复研究[J].山西大学学报(自然科学版)2005，28(3):325-327.[8]王晓,韩宝平,冯启言,刘汉胡﹒徐州市地表水体底泥重金属污染特征研究[J]．中国环境监测．2004,20（6）45-48．\n作者简介：姓名：沈萍籍贯:江苏盐城滨海县出生年月：1987年04月22日。性别：女。南京师范大学地科院环境地理学在读硕士联系地址：南京师范大学仙林校区09310信箱。邮编：210024。电话：15951862868邮箱：494096287@qq.com导师简介（通讯作者）：朱国伟男1970.6副教授研究方向：环境教育、环境经济联系地址：南京师范大学环境科学研究所邮政编码：210097电话：13851465959\n含镉废水处理方法的比较作者：沈萍，朱国伟作者单位：南京师范大学地理科学学院210024本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7486029.aspx