廢水中重金屬回收技術介紹與應用：材料世界網

吳旻珊、徐樹剛、莊雅茹 / 工研院材化所

工業廢水中常含有許多重金屬，此類事業廢水委外處理費用高昂，若能將其回收，不僅可以節省廢水處理費用，還可回用於製程或轉賣獲利。重金屬廢水去除方法主要分為化學沉澱、混凝/絮凝、電化學技術、離子交換、膜技術和吸附等，回收水中重金屬則採用樹脂與電鍍技術，但因廢水成份複雜，直接電鍍得到的產物常夾雜許多不純物，導致回收金屬純度無法達標，若廢水濃度太低，使用電鍍回收產能不佳，故適當的前處理或搭配樹脂以及調整電鍍參數皆為目前重要的發展方向。

前言

水質污染是影響經濟和生態系統的全球性問題，受重金屬污染的廢水更是人類關注的問題之一。人為活動、城市化和工業化是增加這些污染物濃度的關鍵因素，儘管重金屬對於人類科技的躍進是不可或缺的一環，但重金屬離子被釋放到環境後，其生物毒性與不可降解的特性嚴重威脅到公共健康和自然生態系統，大多數重金屬藉由食物鏈的累積進入到人體中，隨攝取濃度不同而有不同的毒性作用，其症狀可能從輕度(如噁心，疲倦)到嚴重疾病(如癌症)。

金屬加工、表面處理以及電子工業皆為台灣最重要的產業之一，然各產業於製程中皆產生大量重金屬廢水，而這些重金屬廢水大多委外清運或採用傳統的混凝沉澱技術將重金屬轉換成污泥再加以清運或處理，除了處理費用日漸高昂之外，此傳統處理方法，仍對環境造成污染與威脅。近年來，全球開始提倡「循環經濟」的觀點，將廢水/廢棄物中的有價資源回收、純化、再利用，已成為污染防治的新的發展目標，重金屬廢水亦從污染處理轉為資源回收，從廢水中回收重金屬不僅可以有效減輕環境污染，還可以再次提供製程所需的重金屬來源(圖一)，從工程和可持續發展的角度來看都是有益的。

圖一、重金屬廢水回收流程示意圖

重金屬廢水種類與處理困難點

重金屬廢水多為電鍍產業、電子產業、冶煉工業、化工、染整或電池產業等產生的製程廢水；重金屬是原子密度大於4 g/cm³的元素，而廢水中主要的重金屬成份包含Mn²⁺、Pb²⁺、Cr³⁺、Ni²⁺、Cd²⁺、Ag⁺、Hg²⁺、As²⁺、Se²⁺、Zn²⁺和Co²⁺等，表一為水中最大容許濃度與生物毒性劑量之相關整理。

依廢水中重金屬離子型態可分為離子態與螯合態，離子態較為單純也較好處理，而螯合態則是利用某些特定官能基與重金屬形成安定的錯合物，重金屬螯合劑的配位鍵可與廢水中重金屬結合形成化合物，進而生成不溶性物質以達到重金屬不再溶出的作用。

目前重金屬螯合劑的種類很多，如磷酸鹽系、硫化物系、高分子有機螯合劑、鐵酸鹽類、硫尿素系和二硫胺基系等，其中，常用的類型有磷酸鹽系、硫化物系和二硫胺基系；磷酸鹽系螯合劑初期螯合效果不佳，但經過幾個月養護後，處理效果漸好；而硫氫基系則易與重金屬螯合，但其結合僅有單鍵，故較容易斷鍵導致重金屬再次溶出。另，二硫胺基系於鹼性(pH = 12)條件下具有強螯合能力，為目前廣泛使用的螯合劑種類。因螯合重金屬化學鍵結力強，故欲破壞其結構或斷鍵也較難，由於廢水成份複雜，存在於廢水中的重金屬多為螯合態，因此，如何有效地將螯合態重金屬廢水中的有價金屬回收，亦是目前各廢水產業著重研究發展的項目之一。

重金屬處理與回收技術介紹

傳統重金屬廢水去除方法主要分為化學沉澱、混凝/絮凝、電化學技術、離子交換、膜技術和吸附等六大項，以下對各技術進行簡介。

1. 化學沉澱法

化學沉澱(圖二)為目前最常用、也最簡單的方法之一。通過添加沉澱劑與水中陽離子反應形成不溶性物質，而使該物質從溶液中析出；通常添加石灰或液鹼等藥劑來提高廢水pH值，進而產生氫氧化物沉澱，其反應機制如式1所示。亦可添加硫化物，因為金屬硫化物的溶解度低於金屬氫氧化物。惟化學沉澱會產生大量污泥，後續所需處理成本昂貴。此外，此方法處理後之廢水鹽分濃度較高，會產生放流水離子濃度過高的問題。

M²⁺ + 2(OH)⁻ ↔ M(OH)₂ (1)

其中，M²⁺和OH⁻是金屬離子和沉澱劑，M(OH)₂是金屬氫氧化物。