城市污水处理过程中重金属的检测方法及处理技术浅析
摘要：重金属对人类健康乃至整个生态系统都具有严重威胁。综述了我国城市污水中的重金属概况，介绍了污水中重金属的检测方法，并对一些新型的重金属处理方法进行了阐述，最后展望了我国污水中重金属检测方法和处理技术存在的不足及未来的发展方向。
关键词：城市污水；重金属；检测方法；处理技术
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0161-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.085
Abstract： Heavy metals have a serious threat to human health and ecosystems. This paper summarized the overview of heavy metals in municipal wastewater. In addition the methods of detecting heavy metals in municipal wastewater were introduced and several novel heavy metal treatments were also described. Finally， this paper reviewed the shortcomings and future development of heavy metal detection methods and treatment technologies in China.
Keywords： municipal wastewater； heavy metal； detection method； treatment technologies
相对密度大于5的金属称作重金属。水体中重金属的来源主要分两种，一种是自然源如岩石风化后某些重金属通過雨水浸淋作用进入水体；另一种是来自于人类活动，如尾矿排水、金属加工厂酸洗水、钢铁厂酸洗水等[1-2]。由于重金属具有持久性、不可降解性、毒性强等特点，其对人类乃至整个生态系统都具有巨大危害。汞可以损害人体肝脏及脑组织，镉可以损害人体肾脏，铅会损害人体的心血管系统[3]。近些年由于人们对重金属危害认识的不断加深，重金属的检测和处理方法有了长足的发展。本文分析了污水中重金属的常用检测方法，并对污水中重金属的处理技术进行了阐述，以期加深人们对重金属的了解，对保障我国水环境安全具有重要的现实意义。
1 城市污水中重金属的概况
不同的地域，不同的排放行业所产生的污水中重金属的种类和含量有很大区别。如合肥市及其周边市区，Cd、Cu、Zn、Pb、Cr 5种金属元素总体水平较高[4]，而在黄河上游，枯水期Cr、Ni、Mn金属元素含量较高[5]。一般来讲，Pb、Zn、Cd主要来源于金属开采和冶炼行业，Zn、Al、Ti主要来自纺织行业，Co、Cd、Cr主要来自塑料工业，而Cu、Zn等主要来自电子行业。
2 城市污水中重金属的检测方法
水中重金属的检测方法有多种，主要包括：原子荧光法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、石墨炉原子吸收分光光度法等。
2.1 原子荧光法
在生活污水检测过程中，可以用该种方法来测量汞、铋、锑等元素。测定过程中样品经过预处理后进入原子荧光仪，在酸性的硼氢化钾或硼氢化钠还原作用下，生成相应的氢化物和汞原子，氢化物在氩氢火焰中形成基态原子，基态原子和汞原子受相应的元素灯发射光的激发产生原子荧光，原子荧光强度与试液中待测元素含量在一定范围内呈正比。该种方法的检出限为0.04 ug/L。
2.2 电感耦合等离子体质谱法
电感耦合等离子体质谱法是一种根据元素的质谱图或特征离子进行定性，并通过内标法进行定量的检测方法。测定样品进入雾化系统雾化，而后以气溶胶的形式进入等离子体的轴向通道，气溶胶在高温和惰性气体中被蒸发、解离、原子化和电离进而转化成的带电荷的正离子，正离子通过离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据离子的质荷比进行分离并定性定量分析。该种方法可以测量生活污水中绝大多数的重金属元素，其检出限为0.02ug/L～19.6ug/L。
2.3 电感耦合等离子体发射光谱法
电感耦合等离子体发射光谱法的主要原理是将处理过的水样注入电感耦合等离子体发射光谱仪后，目标元素在等离子体火炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线，该特征谱线在一定范围内的强度和元素浓度成正比。该种方法可以检测生物污水中铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋等绝大多数金属元素，但其检出限为0.009mg/L～0.1mg/L。
2.4 石墨炉原子吸收分光光度法
石墨炉原子吸收分光光度法的原理是将样品处理后注入石墨炉原子化器中，通过干燥、灰化、原子化作用，使其成为基态原子蒸汽，从而对元素空心阴极灯或无极放电灯发射的特征谱线进行选择性吸收，在一定浓度范围内吸光度与元素的质量浓度成正比。在生活污水检测中，通常用此种方法来检测钼、钛和钒，用本方法钼的检出限为0.6 ug/L，钛的检出限为7 ug/L，钒的检出限为3 ug/L。
3 城市污水中重金属的处理技术
传统的重金属处理方法包括化学沉淀法、吸附法、膜分离法、微生物吸附法等。近些年来，污水中重金属去除技术迅猛发展，超滤、氢氧化钠沉淀、螯合沉淀、离子交换、活性炭吸附、反渗透、电凝法等一些新型的物理、化学处理技术层出不穷，下文介绍了两种新型的污水处理技术。
3.1 磁性纳米复合材料吸附
美国田纳西大学教授郭占虎等[6]研究了磁性碳纳米复合材料去除污水中重金属的相关技术，研究结果表明磁性碳纳米复合材料比表面积较大，能够提高污水中重金属去除率，该材料比活性炭等吸附剂去处重金属效果好，并且便于回收。利用制备的两种磁性碳纳米复合材料MC-O和MC-N去除Cr（VI）的研究中发现，两种材料在10min内对Cr（VI）的去除率分别达到了100%和98%，而普通的Fe3O4纳米颗粒和纤维素的处理效率则远低于以上两者，分别为25%和27%，这说明利用此种吸附剂去除污水中的重金属具有很好的应用前景。
3.2 复合处理技术
近些年来一些复合处理技术成为重金属处理新的发展热点。周午阳研究了Fenton/絮凝耦合同步去除污水中的重金属离子和有机化合物的可行性，以期减少污水的处理环节，降低处理成本。朱艺也考虑使用生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中的重金属，使用该方法后污泥中Cu、Zn、Cd、Pb的含量均可满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》（CJ/T 309-2009）以及《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284-84）的相关要求。因此复合法也是去除污水中重金属的有效途径之一。
4 结语
随着人们对重金属研究的深入，越来越先进的重金属检测技术得到开发利用，同时一些新型的重金属污水处理技术也不断的被研发出来，这对治理污水重金属污染具有重要意义。在未来的研究中，应该进一步对重金属的检测方法进行完善，以确保检测结果的准确性和稳定性，同时关于重金属的处理技术也应该更加注意实用性和经济性。
参考文献
[1]胡海祥.重金属废水治理技术概况及发展方向[J].中国资源综合利用，2008，26（2）：22-25.
[2]郑乐平，刘玉梅，钱显文等.水体中重金属的地球化学行为[J].安徽农业科学，2008，36（26）：11512-11513.
[3]唐玉东.浅谈水体中重金属危害及检测方法[J].资源环境，2016，27（23）：64-65.
[4]张蓉，谢贻兵，花日茂等.合肥及周边城市污水污泥重金属含量和农用潜在生态风险评价[J].安徽农业大学学报，2011，39（2）：280-285.
[5]左航，马小玲，陈艺贞等.黄河上游水体中重金属分布特征及重金属污染指数研究[J].光谱学与光谱分析，2016，36（9）：3047-3052.
[6]郭占虎，闫星如，关杰.磁性纳米复合材料新型吸附剂处理污水重金属技术及展望[J].上海第二大工业大学学报，2016，33（2）：81-87.
收稿日期：2017-04-20
作者简介：陈伟峰（1989-），男，本科，水质检测助理工程师，研究方向为水质检测。
关键词：城市污水；重金属；检测方法；处理技术
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0161-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.085
Abstract： Heavy metals have a serious threat to human health and ecosystems. This paper summarized the overview of heavy metals in municipal wastewater. In addition the methods of detecting heavy metals in municipal wastewater were introduced and several novel heavy metal treatments were also described. Finally， this paper reviewed the shortcomings and future development of heavy metal detection methods and treatment technologies in China.
Keywords： municipal wastewater； heavy metal； detection method； treatment technologies
相对密度大于5的金属称作重金属。水体中重金属的来源主要分两种，一种是自然源如岩石风化后某些重金属通過雨水浸淋作用进入水体；另一种是来自于人类活动，如尾矿排水、金属加工厂酸洗水、钢铁厂酸洗水等[1-2]。由于重金属具有持久性、不可降解性、毒性强等特点，其对人类乃至整个生态系统都具有巨大危害。汞可以损害人体肝脏及脑组织，镉可以损害人体肾脏，铅会损害人体的心血管系统[3]。近些年由于人们对重金属危害认识的不断加深，重金属的检测和处理方法有了长足的发展。本文分析了污水中重金属的常用检测方法，并对污水中重金属的处理技术进行了阐述，以期加深人们对重金属的了解，对保障我国水环境安全具有重要的现实意义。
1 城市污水中重金属的概况
不同的地域，不同的排放行业所产生的污水中重金属的种类和含量有很大区别。如合肥市及其周边市区，Cd、Cu、Zn、Pb、Cr 5种金属元素总体水平较高[4]，而在黄河上游，枯水期Cr、Ni、Mn金属元素含量较高[5]。一般来讲，Pb、Zn、Cd主要来源于金属开采和冶炼行业，Zn、Al、Ti主要来自纺织行业，Co、Cd、Cr主要来自塑料工业，而Cu、Zn等主要来自电子行业。
2 城市污水中重金属的检测方法
水中重金属的检测方法有多种，主要包括：原子荧光法、电感耦合等离子体发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、石墨炉原子吸收分光光度法等。
2.1 原子荧光法
在生活污水检测过程中，可以用该种方法来测量汞、铋、锑等元素。测定过程中样品经过预处理后进入原子荧光仪，在酸性的硼氢化钾或硼氢化钠还原作用下，生成相应的氢化物和汞原子，氢化物在氩氢火焰中形成基态原子，基态原子和汞原子受相应的元素灯发射光的激发产生原子荧光，原子荧光强度与试液中待测元素含量在一定范围内呈正比。该种方法的检出限为0.04 ug/L。
2.2 电感耦合等离子体质谱法
电感耦合等离子体质谱法是一种根据元素的质谱图或特征离子进行定性，并通过内标法进行定量的检测方法。测定样品进入雾化系统雾化，而后以气溶胶的形式进入等离子体的轴向通道，气溶胶在高温和惰性气体中被蒸发、解离、原子化和电离进而转化成的带电荷的正离子，正离子通过离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据离子的质荷比进行分离并定性定量分析。该种方法可以测量生活污水中绝大多数的重金属元素，其检出限为0.02ug/L～19.6ug/L。
2.3 电感耦合等离子体发射光谱法
电感耦合等离子体发射光谱法的主要原理是将处理过的水样注入电感耦合等离子体发射光谱仪后，目标元素在等离子体火炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线，该特征谱线在一定范围内的强度和元素浓度成正比。该种方法可以检测生物污水中铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋等绝大多数金属元素，但其检出限为0.009mg/L～0.1mg/L。
2.4 石墨炉原子吸收分光光度法
石墨炉原子吸收分光光度法的原理是将样品处理后注入石墨炉原子化器中，通过干燥、灰化、原子化作用，使其成为基态原子蒸汽，从而对元素空心阴极灯或无极放电灯发射的特征谱线进行选择性吸收，在一定浓度范围内吸光度与元素的质量浓度成正比。在生活污水检测中，通常用此种方法来检测钼、钛和钒，用本方法钼的检出限为0.6 ug/L，钛的检出限为7 ug/L，钒的检出限为3 ug/L。
3 城市污水中重金属的处理技术
传统的重金属处理方法包括化学沉淀法、吸附法、膜分离法、微生物吸附法等。近些年来，污水中重金属去除技术迅猛发展，超滤、氢氧化钠沉淀、螯合沉淀、离子交换、活性炭吸附、反渗透、电凝法等一些新型的物理、化学处理技术层出不穷，下文介绍了两种新型的污水处理技术。
3.1 磁性纳米复合材料吸附
美国田纳西大学教授郭占虎等[6]研究了磁性碳纳米复合材料去除污水中重金属的相关技术，研究结果表明磁性碳纳米复合材料比表面积较大，能够提高污水中重金属去除率，该材料比活性炭等吸附剂去处重金属效果好，并且便于回收。利用制备的两种磁性碳纳米复合材料MC-O和MC-N去除Cr（VI）的研究中发现，两种材料在10min内对Cr（VI）的去除率分别达到了100%和98%，而普通的Fe3O4纳米颗粒和纤维素的处理效率则远低于以上两者，分别为25%和27%，这说明利用此种吸附剂去除污水中的重金属具有很好的应用前景。
3.2 复合处理技术
近些年来一些复合处理技术成为重金属处理新的发展热点。周午阳研究了Fenton/絮凝耦合同步去除污水中的重金属离子和有机化合物的可行性，以期减少污水的处理环节，降低处理成本。朱艺也考虑使用生物淋滤联合类Fenton反应去除污泥中的重金属，使用该方法后污泥中Cu、Zn、Cd、Pb的含量均可满足《城镇污水处理厂污泥处置农用泥质》（CJ/T 309-2009）以及《农用污泥中污染物控制标准》（GB 4284-84）的相关要求。因此复合法也是去除污水中重金属的有效途径之一。
4 结语
随着人们对重金属研究的深入，越来越先进的重金属检测技术得到开发利用，同时一些新型的重金属污水处理技术也不断的被研发出来，这对治理污水重金属污染具有重要意义。在未来的研究中，应该进一步对重金属的检测方法进行完善，以确保检测结果的准确性和稳定性，同时关于重金属的处理技术也应该更加注意实用性和经济性。
参考文献
[1]胡海祥.重金属废水治理技术概况及发展方向[J].中国资源综合利用，2008，26（2）：22-25.
[2]郑乐平，刘玉梅，钱显文等.水体中重金属的地球化学行为[J].安徽农业科学，2008，36（26）：11512-11513.
[3]唐玉东.浅谈水体中重金属危害及检测方法[J].资源环境，2016，27（23）：64-65.
[4]张蓉，谢贻兵，花日茂等.合肥及周边城市污水污泥重金属含量和农用潜在生态风险评价[J].安徽农业大学学报，2011，39（2）：280-285.
[5]左航，马小玲，陈艺贞等.黄河上游水体中重金属分布特征及重金属污染指数研究[J].光谱学与光谱分析，2016，36（9）：3047-3052.
[6]郭占虎，闫星如，关杰.磁性纳米复合材料新型吸附剂处理污水重金属技术及展望[J].上海第二大工业大学学报，2016，33（2）：81-87.
收稿日期：2017-04-20
作者简介：陈伟峰（1989-），男，本科，水质检测助理工程师，研究方向为水质检测。
