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重金属废水是对环境污染最重最大的工业废水之一，也是对人类危害最大的工业废水之一，具有持久性、高生物毒性等特点，并且废水中的重金属很难被分解破坏，只能转变其物化形态和转移其存在位置[9]。在生态系统中，由于食物链的关系，重金属离子经常在动植物体内富集，而导致该植物毒性被成倍放大并且严重影响了水生生态系统[10]。水中的重金属对水生生物的危害有很多，例如：改变植物细胞的结构，抑制呼吸作用、光合作用、代谢过程以及酶的活性，影响植物的生长发育，严重可导致植物枯萎和死亡；导致仍处于胚胎期等发育阶段的鱼类发生死亡或变异[11]等等。同样由于食物链的关系，重金属在动植物体内的富集，最终将危害到人类自身。重金属对人体的危害很大，主要有肾脏功能失调、神经衰弱、代谢紊乱、皮肤坏死、骨骼软化变形、血红蛋白变性等等[12, 13]。在世界“八大公害事件”中就包含了两件和重金属有关的事件，一件是1953年日本熊本县水俣镇的“水俣病事件”，另一件是1955年日本富山县神通川流域的“骨痛病事件”[14]。目前仍有报道显示重金属污染对人体的危害在一直不断的升级[15, 16]。
1.1.2 重金属废水的污染现状
我国的重金属污染问题非常严重，湖泊水库等水的底质污染程度超过了80%。2003年黄河、松花江、辽河、淮河等十大流域中，重金属超标断面的污染程度以达到了超V类[12]。2004年太湖底泥中总镉、总铅、总铜的含量都处在轻度污染水平。黄浦江干流表层沉积物中，总铅超背景值1倍、总汞含量明显增加、总镉超背景值2倍；苏州河中总镉为超标75%、总汞超标62.5%、总铅超标。城市河流中有35.11% 的河段发现总汞超过地表水III类水标准，18.46% 的河段面发现总镉超过III类水标准，25% 的河段出现总铅的超标样本[9, 17, 18]。根据统计，2009年，工业废水重金属排放量已经达到了2.43万吨；2010年上半年，江苏、山西、河北、浙江、天津、云南、陕西等10个省份的国控断面出现了重金属的超标现象，其中，天津和云南最为严重，汞污染和铅污染[19, 20]最严重的污染。近几年，我国重金属污染事件不断发生。从2008年开始，我国连续发生重大的砷污染、镉污染、铅污染事件等。因此高效治理重金属废水必须尽快实施[21, 22]。
1.1.3 重金属废水常规处理技术分析
目前，一般处理水中重金属的方法有：电化学法、化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法等[23]。
1.1.3.1 化学沉淀法
化学沉淀法是向废水中投加某些化学物质，使它和废水中欲去除的污染物发生直接的化学反应，生成难溶于水的沉淀物而使污染物分离除去的方法[1, 13]，常见的化学沉淀法有氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、碳酸盐沉淀法、钡盐沉淀法、卤化物沉淀法等。
化学沉淀法可以既快速又高效的去除水中的高浓度重金属离子，但是由于处理的深度有限，对于实现水中重金属的深度处理(如ppb级)十分困难，因此化学沉淀法不适合直接处理低浓度的微污染水；由于化学法要加入大量的化学药剂，并以沉淀物的形式分离出来。这就导致了化学法处理后会残留大量的二次污染物，比如大量废渣，对于这些废渣的处理目前还没有较好的处理方法，因此对它们在工程上的应用和可持续发展都有很大的负面影响[23]。
1.1.3.2 电化学法
电化学法是在极板间对含有重金属的废水施以电压，在阴极使水中重金属阳离子得到电子被还原，且以单质的形式沉淀在反应槽底部或极板表面，从而达到水中重金属离子的去除[23-26]。电化学法处理重金属污水时不用添加化学药品，且占地面积小，具有沉淀重金属可回收利用、不产生二次污染、去除效率高等优点；但是电化学法耗电量比较大，成本也较高，一般只适合处理高浓度和单一种类重金属离子。