D. 用半透膜处理重金属废水

高效、节能、无二次污染，并能实现重金属的回收，有广阔的应用前景；但半透膜膜易被堵塞，通量下降快，使用寿命短，投资高，所以该方法还有待进一步的研究。

（2）离子交换法：离子交换法已经被广泛用于去除废水中的重金属，它具有许多优点，比如高处理能力、去除效率和快速动力学等，离子交换法是重金属离子与树脂上的某种离子进行交换，达到去除溶液中重金属离子的方法，具有一定的选择性，最常见的阳离子交换剂是含磺酸基团的强酸性树脂和含有羧基的弱酸性树脂，其离子交换过程反应式如下：

A.针对含镉废水，一般用酸性阳离子交换树脂把废水中的镉离子富集到离子交换树脂上，当吸附达到饱和，用一定浓度配比盐酸或硫酸钠的混合液洗脱树脂， 实现树脂再生和回收金属离子;离子交换工艺可用于含镉废水的深度处理或回收;镉的回收价值估计为0.3~1.25美元/m³，回收镉的浓度为50~250mg/L，离子交换处理的额外投资费可望在半年到两年中收回。

B.离子交换法，处理容量大，出水水质好，无二次污染，但是该法对废水的预处理要求较高，离子交换树脂易被氧化，难再生问题限制了其应用，离子交换法的缺点在于树脂易受污染或氧化失效，再生频繁，操作费用高，且针对络合状态的金属离子吸附交换效果较差，若能改善树脂性能克服上述缺点，则应用前景广阔。

5)物理化学吸附法:是利用多孔性固态物质去除水中重金属离子的一种有效方法。

（1）吸附剂种类较多，原料来源广，制造容易、廉价，且不会造成二次污染。

A.活性炭是一种常见的吸附剂，比表面积大，吸附容量高，制备简单，但活性炭再生效率低，处理水质很难达到回用的要求，应用受到限制。

B.近年来一些新型无机吸附材料相继被报道，膨润土、蒙脱石、海泡石、天然沸石、硅藻土等对Cd²⁺有较好的吸附能力;常用在物理化学吸附法中的吸附剂种类见表2.3.4。

表2.3.4常用吸附剂种类

a.目前无机型吸附剂对镉离子吸附能力强，不产生二次污染，吸附镉后易解附回收，但对部分重金属离子的吸附性能不佳;天然沸石是含水架状结构的铝硅酸盐矿物，由于内部有许多大小不均的通道，比表面积很大(高达300~400m²/g)，使之具有优良的吸附性能。但是天然沸石的形成条件较为复杂，孔道往往较小，吸附量低，吸附速率较慢，使得它在处理含镉废水方面的应用受到限制。

b.为了提高沸石的吸附和离子交换性能，将天然沸石进行盐酸浸泡和热焙烧，以提高其吸附性能;研究结果表明：经改性后的天然沸石对镉有较好的吸附能力，当镉的浓度为100mg/L，沸石用量10g，动态交换24h，吸附效率可达99.8%以上；经450℃焙烧处理的沸石吸附效果最佳。

c.分别用氢氧化钠、氯化钠、硝酸铵、盐酸、磷酸、混合盐和高温对沸石进行改性，研究其吸附效果;结果表明,镉浓度大于10mg/L时，NaOH改性沸石吸附效果最好，吸附率在99.2%以上；沸石对镉的吸附符合Langmuir 方程，属单分子层吸附，最大吸附量Qm=6.456mg/g；改性沸石对Cd²⁺的吸附动力学符合假二级动力学方程，以化学吸附为主，有多个控速步骤。

C.有机型吸附剂壳聚糖、淀粉、β-环糊精等有机高分子对重金属也有很好的吸附效果，但其本身为水溶性粉末，需要合适的载体固化。壳聚糖分子中含有许多氨基和羟基，可与大多数过渡金属离子形成稳定的螯合物，因此壳聚糖对Cd²⁺很强的去除能力;通过评估壳聚糖对Cd²⁺的吸附，最大吸附量为222mg/g。为了提高壳聚糖在废水酸碱介质中的稳定性和对金属离子的选择吸附，近年来对改性壳聚糖的研究大量涌现;例如将球形壳聚糖与戊二醛交联，与磁性元素结合后具有一定的磁性，同时它的表面积比壳聚糖薄片大100倍;研究得出：该壳聚糖对Cd²⁺的最大吸附量为518mg/g。

D.复合型吸附剂是通过嫁接、修饰等方式在无机吸附剂上引入官能团或螯合剂，使其具有某种特性，或是利用一些长链有机聚合物固载具有吸附特性的化学物质，这类的吸附剂结合了无机型和有机型吸附剂的优点，具有广阔的应用前景。

a.将膨润土制成表面积为200m²/g的球状珠粒，在pH为4.5~6.9时，对Cd²⁺进行吸附，最大吸附量分别为23.81mg/g。

b.近年来，使用纳米材料处理含镉废水，也是我们关注的一个热点，20世纪末发现的新型碳材料—碳纳米管(CNTs)，一经问世就受到广大学者的追捧，虽然其比表面积不及活性炭，但基于其特殊的表面结构，其吸附容量远远大于活性炭，现在碳纳米管作为液相吸附剂吸附废水中的镉离子的报道越来越多;如用氧化型的多壁碳纳米管处理含镉废水，在45℃，超声45分钟后，其Qm达到25.7mg/g。

c.用阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)包裹在Fe₃O₄磁性纳米颗粒表面，制成一种新型纳米固相萃取吸附剂，研究其吸附水体中的Cd²⁺。该研究通过用SDS对Fe₃O₄表面进行改性，以获得具有较大比表面积、较强吸附能力，且容易回收，性质稳定的Fe₃O₄，结果表明：SDS浓度为300mg/L时，Fe₃O₄/SDS磁性纳米颗粒吸附Cd²⁺的能力最强；在一定浓度范围内，Fe₃O₄/SDS体系对Cd²⁺的吸附平衡数据符合Langmuir吸附等温方程，饱和吸附量为22.42mg/g，Fe₃O₄/SDS磁性纳米颗粒具有较强磁分离能力和较好的吸附效果。

（2）物理化学吸附法处理含镉废水有着广泛的应用前景，开发利用价值较大，尤其是通过改性后的有机或者无机纳米型吸附剂，在中、低浓度含镉废水处理中展现出独特的优势,但就目前应用状况来看，尽管对各种吸附剂的研究非常深入，但在实际工业化应用鲜见报导。由于物理化学吸附法处理含镉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、进水浓度、pH、吸附时间等，所以在用吸附剂处理含镉废水治理方面，应加强含镉废水吸附处理的自动控制研究。

6)生物法:微生物是分布广、种类多、繁殖快、生存能力强的一类生物，因此微生物对污染物有着很强吸附、吸收和转化的能力或潜力;20世纪80年代以来，发达国家的一些生物工程、环境保护和生物冶金技术的研究中心，先后开展了微生物净化回收废水中金属的研究，在环境污染的治理过程中己筛选出一批优良的微生物品种，如己研究了一些细菌、霉菌、酵母、藻类作水溶液中金属离子吸收剂的技术。

（1）生物法是通过生物有机体或其代谢产物与重金属离子之间的相互作用达到净化废水目的;含镉废水生物处理法主要研究对象包括藻类、细菌及真菌去除机理包括吸附、吸收、离子交换及沉淀、络合等。

A.生物吸附法:是通过投加生物吸附剂去除水体重金属的处理方法。生物吸附剂是具有从重金属废水中吸附分离重金属能力的生物体及其衍生物,主要是来自发酵工艺的含菌残、废液，其中有有机物和细菌、霉菌、酵母菌、藻类等对重金属离子有耐受性的微生物，常用的生物吸附剂见表2.2.1

a.生物吸附剂来源广泛、选择性高、吸附速度快、吸附量大、吸附去除率高、易回收、节能、成木低廉，适用于处理低浓度重金属废水。特别是，如果以活体生物为吸附剂，则除了具有生物吸附剂的共同特点外，生物细胞还可吸收重金属并浓缩之，即兼具了生物积累特性。因此对重金属的生物吸附去除研究便成为当今该领域的热点。

b.光合细菌球形红细菌(Rhodobacter sphaeroides)H 菌株在最佳生长条件下对浓度为0~4mg/L的镉离子溶液进行处理其去除率可达85以上。

c.水生植物凤眼莲等被公认为可以治理水污染的植物，它能够迅速、大量的富集 Cd 等高生物毒性的重金属，并且易于养殖，对水环境的适应能力强；干重1kg的凤眼莲在7~10d可吸收镉3.225g；早期使用的单纯生物来源的吸附剂对含镉废水进行了处理也取得了良好的效果，如用干燥的绿藻藻体混入模拟含CdCl₂为200mg/L的废水，处理后上清液中镉的含量为5.6mg/L，去除率达97.2%以上。

d.酵母是单细胞真核微生物，对镉离子具有良好的吸附性能。让含重金属500mg/mL的CdCl2溶液流经用市售面包酵母的干燥菌体制成的处理柱后，流出液中镉的含量小于0.02mg/L，去除率达99.9%。

（2）优势菌种的筛选与应用，也是生物吸附处理含镉废水研究的热点。赵玉清等探索了实验室培养的嗜镉菌对Cd²⁺的吸附条件和机理,结果表明：在一定试验条件下，吸附时间1.5h，吸附趋于平衡，镉离子吸附率可达80%；嗜镉菌对镉的最低吸附量为10mg/g，最高吸附量可达50mg/g；红外表征表明，嗜镉菌表面多糖、蛋白质的羟基峰和羰基峰均有不同程度的紫移，且糖苷峰、羟基峰的峰宽略增，说明菌体吸附主要是表面基团的作用所致；原子力显微镜表征可见，吸附后的菌体略收缩，这进一步说明该吸附是以表面基团作用为主的过程，在一定程度上对菌细胞内部的胁迫吸附有影响。

（3）生物吸附法处理含镉废水具有能耗少，效率高，无二次污染，处理费用低等优点，但重金属废水常含有多种金属，会影响生物的作用机制，所以还需进一步研究以促进其实际应用，所以其处理范围比较局限，一般对高浓度含镉废水不采用生物处理方法。目前中科院成都生物研究所己研制出固定化生物反应器，组装了处理电镀废水中铬、铜、锌、锅的工业化装置,有了这个坚实的开端，相信应用微生物处理重金属废水的技术一定会发展很快，而且利用微生物处理低浓度多组分含镉废水会有很好的应用前景。

(未完、待续)