有色金屬工業(yè)在采礦、選礦和冶煉過程中產(chǎn)生廢水。根據(jù)其來源，可分為采礦廢水、選礦廢水、冶煉廢水和加工廢水。有色金屬廢水成分復(fù)雜，往往含有多種重金屬如CuCrbPzn、CdAs，具有水質(zhì)水量波動(dòng)大的特點(diǎn)。含重金屬廢水毒性大。如果不進(jìn)行有效處理，其進(jìn)入環(huán)境會(huì)危害人體健康，污染土壤，具有一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，其特點(diǎn)是污染范圍廣，危害程度大。

　　傳統(tǒng)的重金屬廢水處理技術(shù)包括

　　利用細(xì)菌和真菌的生化代謝，可以從水中分離出重金屬元素或降低其毒性，從而達(dá)到廢水處理的目的。特別適用于重金屬含量低、有機(jī)物含量高的污水處理。

　　(a)吸附法

　　富含細(xì)菌細(xì)胞壁的多糖和糖蛋白具有羥基、巰基、羧基、氨基等官能團(tuán)，使其具有良好的金屬離子吸附性能。因此，用細(xì)菌細(xì)胞作為吸附劑效果可以獲得理想的處理效果。Puranik等人通過真菌對Pb2和Zn2的吸附試驗(yàn)，得出了離子當(dāng)量置換的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出離子交換是微生物吸附重金屬的主要機(jī)制。

　　微生物吸附根據(jù)細(xì)胞活性可分為活細(xì)胞吸附和死細(xì)胞吸附，活細(xì)胞吸附過程包括胞外吸附和胞內(nèi)轉(zhuǎn)移;死細(xì)胞的吸附過程只是胞外吸附，這里的吸附方法主要是指死細(xì)胞的胞外吸附。死細(xì)胞吸附法的優(yōu)點(diǎn)是不受離子濃度、營養(yǎng)成分等生長條件的限制，不需要處理代謝產(chǎn)物。發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)生的藻類、海藻和微生物殘?jiān)蔷哂袕V闊應(yīng)用前景的生物吸附劑。死亡細(xì)胞的吸附可分為真菌吸附、藻類吸附、細(xì)菌吸附、植物共生細(xì)菌吸附等。Ozdemir等人從活性污泥中提取Oobactrumanthropi的死細(xì)胞，并用于處理含鉻(VI)、鎘(II)和銅(II)的廢水，取得了較好的處理效果效果。從廢水中回收貴金屬時(shí)，傳統(tǒng)吸附法中使用的微生物難以與水分離，成為其應(yīng)用的瓶頸。趨磁細(xì)菌(MTB)細(xì)胞含有鏈狀鐵磁粒子(即磁小體)，使細(xì)胞具有久磁偶極矩和磁取向。在外磁場的作用下，MTB可以定向運(yùn)動(dòng)，易于通過磁選機(jī)與溶液分離。因此，甲基叔丁基醚作為吸附載體的研究逐漸成為熱點(diǎn)問題。宋慧平等人研究了甲基叔丁基醚在單元體系和三元體系中對Au3、Cu2和Ni2的吸附特性。結(jié)果表明，在三元體系中，甲基叔丁基醚對Au3有很高的吸附選擇性，吸附率很高，在短時(shí)間內(nèi)被完全吸附。MTB對Au3的吸附選擇性及其自身的趨磁特性為從含金廢液中回收金提供了一種新的有效途徑方法。

　　(2)代謝法

　　微生物可以沉淀重金屬離子或通過還原反應(yīng)降低其毒性。對于SO4 ~ (2-)含量較高的重金屬廢水，常采用厭氧微生物，主要是硫酸鹽還原菌(SRB)，在厭氧條件下還原高價(jià)重金屬離子，然后與硫酸鹽還原菌產(chǎn)生的S2-結(jié)合形成金屬硫化物沉淀，從而達(dá)到分離重金屬離子的目的。

　　隨著研究的深入，越來越多的菌株可以被發(fā)現(xiàn)用于重金屬處理。比如硅酸鹽細(xì)菌可以明顯的處理COD和BOD以及銅和鉻效果。對硅酸鹽細(xì)菌處理重金屬廢水的機(jī)理進(jìn)行了研究，并對其機(jī)理提出了三點(diǎn)設(shè)想：(1)微生物細(xì)胞表面的生物吸附;胞外聚合物的絮凝;絡(luò)合的有機(jī)酸和氨基酸重金屬離子降低了它們的毒性。

　　Sadettin等人研究了麗珠藻的生物累積效應(yīng)。合成活性染料和Cr6。結(jié)果表明，在pH 8.5、溫度45條件下，該菌株對Cr6的初始耐受濃度為5.8 ~ 19.9毫克/升，當(dāng)染料濃度為12.5毫克/升時(shí)，Cr6的生物累積量高.Cr6的去除過程可分為三個(gè)階段：價(jià)鍵結(jié)合到微生物細(xì)胞表面，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)部，細(xì)胞內(nèi)Cr6還原為Cr3，從而降低毒性。細(xì)胞內(nèi)還原是毒性降低機(jī)制的主要過程。利用該菌可同時(shí)去除抗傳統(tǒng)生物處理的重金屬離子和活性染料方法，且效果效果顯著，在印染等化工廢水處理中具有良好的應(yīng)用前景。

　　(3)絮凝法

　　生物絮凝是一種去污方法，利用微生物或微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的代謝產(chǎn)物進(jìn)行絮凝沉淀。生物絮凝劑又稱第三代絮凝劑，是帶電的生物大分子，主要包括蛋白質(zhì)、粘多糖、纖維素和核糖。

　　目前普遍接受的絮凝機(jī)理是離子鍵和氫鍵理論。

　　期刊文獻(xiàn)的分類查詢可以在期刊庫中找到。硅酸鹽細(xì)菌處理重金屬廢水的可能機(jī)理之一是生物絮凝。目前，硅酸鹽細(xì)菌絮凝的應(yīng)用研究已有很多[10-11]，有些取得了顯著的成果。利用基因工程技術(shù)，分離細(xì)菌中表達(dá)的金屬結(jié)合蛋白，并將其固定在一些惰性載體表面，可以獲得高富集能力的絮凝劑。Masaaki Terashima等人利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使大腸桿菌表達(dá)麥芽糖結(jié)合蛋白(pmal)和人金屬硫蛋白(MT)的融合蛋白，并將純化的pmal-MT固定在殼聚糖樹脂上，研究其對Ca2和Ga2的吸附特性。用融合蛋白固定的樹脂穩(wěn)定性強(qiáng)，其吸附容量比純樹脂高十倍以上。

　　二、基因工程技術(shù)在重金屬廢水微生物處理中的應(yīng)用

　　利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高降解能力的菌株是目前的研究熱點(diǎn)。國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，主要集中在應(yīng)用基因工程技術(shù)在微生物表面表達(dá)特定的金屬結(jié)合蛋白或金屬結(jié)合肽以提高富集能力，或者在細(xì)胞中表達(dá)金屬結(jié)合蛋白或金屬結(jié)合肽的同時(shí)在微生物的細(xì)胞膜上表達(dá)特定的金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，從而獲得高富集能力和高選擇性的高效菌株。構(gòu)建的菌株處理能力顯著提高，高選擇性重組菌的構(gòu)建使廢水中重金屬的回收成為可能。

　　由于人們對大腸桿菌的認(rèn)識比較深，且其具有致病性弱、對生長環(huán)境要求低、易于檢驗(yàn)培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此適用于污水處理菌。目前以大腸桿菌為受體菌，通過基因重組技術(shù)構(gòu)建了許多高效菌株。鄧等人構(gòu)建的重組菌株JM10在含鎳廢水的處理實(shí)驗(yàn)中，對Ni2的富集能力是原始菌株的6倍以上。根據(jù)趙等人的研究，基因工程菌株大腸桿菌JM109比宿主菌株具有更強(qiáng)的耐受性和更高的Hg2富集率，去除率達(dá)到96%以上。

　　Sousa 等構(gòu)建了表達(dá)酵母金屬硫蛋白(CUP1)、哺乳動(dòng)物金屬硫蛋白(HMT21A)和外膜蛋LamB 的融合蛋白的基因工程菌E.coli，該菌種的Cd2+富集能力比原始宿主菌提高15 倍~20 倍。鄧旭等研究了轉(zhuǎn)MT-like 基因衣藻對不同重金屬離子的抗性和對Cd2+的富集行為，結(jié)果表明，轉(zhuǎn)基因衣藻對Pb2+、Zn2+和Cd2+三種重金屬離子的抗性得到明顯增強(qiáng)，其中以對Zn2+的抗性增強(qiáng)顯著。轉(zhuǎn)基因藻對Cd2+的富集能力經(jīng)MT-like 蛋白表達(dá)后較野生藻細(xì)胞有較大增加，達(dá)到144.48μmol/g，為野生藻的8.3 倍。

　　曾文爐等以轉(zhuǎn)mMT-Ⅰ聚球藻7002 為對象，研究了其在含Cd2+、Pb2+和Hg2+的培養(yǎng)基中的生長特性及其對重金屬的凈化性能，結(jié)果表明，無論從生長速率還是對重金屬的耐受特性來看，轉(zhuǎn)mMT-Ⅰ聚球藻7002 均明顯優(yōu)于野生藻。

　　三、工藝流程的改造

　　為了便于管理和減少改建的投資，鉛冶煉廠對原有的污酸和酸性污水處理工藝進(jìn)行了技術(shù)改造，污酸和酸性污水分類收集儲(chǔ)存后進(jìn)行化學(xué)中和處理系統(tǒng)、電絮凝處理系統(tǒng)(電化學(xué)反應(yīng)器)、化學(xué)沉淀微濾系統(tǒng)(高效氣浮池、碳濾池和錳砂濾池)、深度處理系統(tǒng)(膜處理系統(tǒng)包括納濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、高壓反滲透系統(tǒng))集中處理，中和系統(tǒng)產(chǎn)生的廢渣集中存放在綜合渣庫(鈣渣危廢處置庫)。

　　工藝當(dāng)中采用的電化學(xué)處理技術(shù)能較好的實(shí)現(xiàn)廢水的凈化以及重金屬的回收，采用催化復(fù)合碳板和鐵板作為極板。當(dāng)含重金屬廢水流經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)區(qū)時(shí)，在外加電流作用下，重金屬在陽極和陰極分別發(fā)生氧化、還原反應(yīng)，將自由態(tài)或是結(jié)合態(tài)的重金屬在陰極析出，回收重金屬元素。

　　膜處理技術(shù)是一種新型分離技術(shù)。深度處理系統(tǒng)部分的工藝為納濾+ 反滲透，目的是進(jìn)一步去除重金屬和分離出溶解固體鹽的有效方法。納濾膜應(yīng)用于本項(xiàng)目處理含低濃度重金屬廢水具有操作壓力低、水通量大等優(yōu)勢，不僅可以使90% 以上的廢水純化，而且可同時(shí)使重金屬離子含量濃縮10倍，濃縮后的重金屬具有回收利用價(jià)值。反滲透膜可確保廢水中的鹽度被去除，處理后的水質(zhì)優(yōu)良，能確保完全達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，使出水能完全循環(huán)再利用。針對本工程中的各個(gè)膜處理部分分別設(shè)置了清洗系統(tǒng)，以保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

　　總結(jié)

　　有色金屬工業(yè)含重金屬廢水的深化處理是“ 十二五” 節(jié)能減排的要求，也是未來重金屬廢水處理的發(fā)展趨勢。采用合適的深度處理工藝對含重金屬廢水的處理，能夠在回收重金屬、削減重金屬排放量，減少新鮮用水量上取得較好的環(huán)境效益。有色金屬工業(yè)含重金屬廢水的深化處理仍存在造價(jià)較為高昂，管理技術(shù)要求高等瓶頸，未來的研究應(yīng)開發(fā)較為成熟低廉的深化處理工藝，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的需求，以便進(jìn)一步推廣。