重金属工业废水的现状与未来文档格式.docx

1、重金属（如含镉、镍、汞、锌等）废水是对一环境污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一，其水质水量与生产工艺有关。重金属废水污染及其性质重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。如日本的水俣病是由汞污染污染所引起。其危害程度取决于重金属在环境、食品和生物体中存在的浓度和化学形态。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。目前我国由于在重金属的开采、冶炼、加工过程中，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤引起

2、严重的环境污染。如随废 水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝类体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。 水体中金属有利或有害不仅取决于金属的种类、理化性质，而且还取决于金属的浓度及存在的价态和形态，即使有益的金属元素浓度超过某一数值也会有剧烈的毒性，使动植物中毒，甚至死亡。金属有机化合物（如有机汞、有机铅、有机砷、有机锡等）比相应的金属无机化合物毒性要强得多；可溶态的金属又比颗粒态金属的毒性要大；六价铬比三价铬毒性要大等等。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚

3、急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染，等公害病，都是由重金属污染引起的。重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类，有关专家指出，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。酸、碱废水和废液的来源及性质含酸废水和废液主要来自于工厂的材料酸洗车间。废水中含有硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸，还含

4、有大量的金属离子和部分添加剂。含碱废水和废液相对较少，主要来自酸洗之前的碱洗、中和等工序，在通风吸收洗涤塔、洗衣房和零件清洗机等环节也会产生一部分碱性废水。酸性废水和碱性废水中和之后的废水一般都呈酸性。含铅废水的来源和性质含铅废水主要来源于与铅蓄电池相关的生产、维修、回收环节，这部分废水往往还含有大量的硫酸和机油等。此外，电镀车间、电泳涂漆等过程的排水也含有少量铅的成分。电镀废水的来源和性质电镀是利用化学的方法对金属和非金属表面进行装饰、防护及获取某些新的性能的工艺过程。电镀过程产生的污水来源于电镀之前对镀件的清洗和电镀之后镀件表面残留的液体的清洗。机械工业电镀废水的资料表明，电镀废水主要包含

5、含氰废水、含铬废水、含镍废水、含铜废水、含锌废水和磷化废水等。矿山冶炼重金属废水钢铁和有色金属的采矿和冶炼需耗用大量的水。有色金属采选或冶炼排水中含重金属离子的成分比较复杂，大部分有色金属和矿石中有伴生元素存在。这些污染成分排放到环境中去只能改变形态或被转移、稀释、积累，却不能降解，因而危害较大。有色金属的废水中单位体积中的重金属含量不是很高，但废水量大，向环境排放的绝对量大。其他重金属离子的工业废水其他行业虽不是重金属废水的主要来源，但是也有排放重金属废水的可能。如化工行业在生产合成无机盐类时会排放含重金属的废水，其排放废水量虽然不大，但排放的浓度高，品种多，处理过程复杂。使用催化剂的化工工

6、艺也会有重金属甚至稀有金属的废水排放。重金属废水污染现状科技是一把双刃剑，20世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，提高了人民的生活水平，然而，与此同时，人类也付出了惨重的代价。由于工业“三废”机动车尾气的排放、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。据报道，1989年中国有色冶金工业向环境中排放重金属Hg为56 t，Cd为88 t，As为173 t，Pb为226t。美国科学家对一些公路及城市的土壤进行过化学分析，发现其中铅的含量出奇的高，达到最大允许量的几十倍，甚至几百倍。2004年，夏厚林等人根据中国药典2000 版一部附录重金属检查法及对外

7、贸易经济合作部颁布的药用植物及制剂进出口绿色行业标准中有关铅、镉、汞的测定法，测定了元胡止痛片中重金属总量，结果铅、镉、汞含量均有不同程度的超标。孟加拉国的12500万人口中有3500-7700万人在饮用被污染的水。重金属污染目前已相当严重，其对环境和生物的危害极大，同时，其易通过食物链而富集，因此，已经引起了世界各国科学家的高度重视，解决这个问题已迫在眉睫。我国工业废水排放及工业废水处理情况我国工业废水污染现象严重，主要是水体污染，目前全国500多条主要河流中，有80%以上受到不同程度的污染，这主要是由于工业废水的排放造成的。流经全国40多个大城市的河流，有90%以上受到污染，对环境和居民身

8、体健康产生了较大的影响。我国流域水资源基本分为长江、黄河、海河、松花江、淮河、珠江和辽河七大水系，其沿岸汇集了全国80%以上的城市及乡镇，是全国流域污染治理最重要的区域。我国水资源污染严重， 河流水质方面，西南诸河区、西北诸河区、长江区、珠江区和东南诸河区水质较好，符合和优于类水的河长占95%64%；海河区、黄河区、淮河区、辽河区和松花江区水质较差，符合和优于类水的河长占35%47%。湖泊水质方面，对44个湖泊的水质进行了监测评价，水质符合和优于类水的面积占44.2%，类和类水的面积共占32.5%，劣类水的面积占23.3%。对44个湖泊的营养状态进行评价，其中贫营养湖泊1个，中营养湖泊22个，

9、轻度富营养湖泊10个，中度富营养湖泊11个16。从我国工业废水排放量上看，从2005年到2008年三年一直保持在240亿吨左右的水平，2009年下降到了234.4亿吨。根据我国环保部的统计，近几年我国工业废水达标排放率则一直在提高，除了2006年小幅回落，其他年份都在逐年增高。到2009年末，达标排放率达到94.2%。据环境统计公报的数据，2009年我国工业废水的排放量占全部废水排放量的40%左右，工业废水对水环境污染的比重较大，已成为当今环境工作亟待解决的重大问题之一。从排放的污染物情况来看，在过去几年我国工业经济和固定资产投资都保持增长的情况下，近几年，工业废水排放总量、化学需氧量排放量和

10、氨氮排放量却都呈现出下降趋势。分地区看，2009年，江苏省工业废水排放量最高，为25.6亿吨左右，其次是浙江、广东、山东、广西、福建、河南等省份，排放量最低为西藏、海南、青海、北京、贵州等地。与上年相比，可以看出工业企业开始向内地转移。福建、河南、安徽等地工业废水排放量明显上升。从排放达标率上看，2009年上海、福建、山东等地，西藏最低，为20%左右，其次是青海、新疆、贵州等16。全国平均达标率为88.4%，比上年92.45%有所下降。从工业废水的排放行业领域来看，2009年，国家统计局考察了全国11万个工业废水排放企业，排放总量共209亿吨，比上年217亿吨有所下降，相当于排放总量的90%，

11、其中造纸及纸制品业排放总量最大，为39.3亿吨，占统计排放总量的近1/5，其次是化学原料及化学制品制造业、纺织业、电力热力的生产供天津最高，接近100%，其次是应业等，前16个行业领域排放量。而随着中国工业经济的高速发展，“调结构、保增长”的发展模式更促使工业企业的废水治理越来越受到重视，尤其对于石油化工、钢铁、有色金属、造纸等行业的污染治理尤为迫切。发改委和环保部也不断加大对工业废水行业的投资力度，以进一步加强对工业废水的治理。2001年以来我国工业废水的投资额就保持不断增长的态势，2009年有所回落16。污染来源重金属的污染主要来源工业污染，其次是交通污染和生活垃圾污染。工业污染大多通过废

12、渣、废水、废气排入环境，在人和动物、植物中富集，从而对环境和人的健康造成很大的危害，工业污染的治理可以通过一些技术方法、管理措施来降低它的污染，最终达到国家的污染物排放标准；交通污染主要是汽车尾气的排放，国家制定了一系列的管理办法，例如：使用乙醇汽油、安装汽车尾气净化器等；生活污染主要是一些生活垃圾的污染，废旧电池、破碎的照明灯、没有用完的化妆品、上彩釉的碗碟等，对于重金属的污染只要我们从其来源加以控制，就多多少少可以减少重金属污染。专家分析指出：目前我国塑料生产企业的工艺、设备、技术研发较落后，是造成污染严重的主要原因，而管理不善、地方保护及人们环保意识淡薄，加剧了污染，强化治理迫在眉睫。生

13、产企业应放眼未来，倡导环保，使用环保型助剂才能使PVC行业健康长远发展。铅污染是可在人体和动物组织中积蓄的有毒金属。主要来源于各种油漆、涂料、蓄电池、冶炼、五金、机械、电镀、化妆品、染发剂、釉彩碗碟、餐具、燃煤、膨化食品、自来水管等。它是通过皮肤、消化道、呼吸道进入体内与多种器官亲和，主要毒性效应是贫血症、神经机能失调和肾损伤，易受害的人群有儿童、老人、免疫低下人群。铅对水生生物的安全浓度为0.16mg/L，用含铅0.14.4mg/L的水灌溉水稻和小麦时，作物中铅含量明显增加。人体内正常的铅含量应该在0.1毫克/升，如果含量超标，容易引起贫血，损害神经系统。而幼儿大脑受铅的损害要比成人敏感得多

14、。镉污染镉不是人体的必要元素。镉的毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化；镉主要来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水；废旧电池中镉含量较高、也存在于水果和蔬菜中，尤其是蘑菇，在奶制品和谷物中也有少量存在，镉能够取代骨中钙，使骨骼严重软化，骨头寸断，会引起胃脏功能失调，干扰人体和生物体内锌的酶系统，导致高血压症上升。易受害的人群是矿业工作者、免疫力低下人群。水中含镉0.1mg/L时，可轻度抑制地面水的自净作用，镉对白鲢鱼的安全浓度为0.014mg/L,用含镉0.04Mg/L的水进行灌溉时，土壤和稻米受到明显污染，农灌水中含镉0.007mg/L时，即可

15、造成污染。正常人血液中的镉浓度小于5微克/升，尿中小于1微克/升。如果长期摄入微量镉容易引起骨痛病。汞污染汞及其化合物属于剧毒物质，可在人体内蓄积。主要来源于仪表厂、食盐电解、贵金属冶炼、化妆品、照明用灯、齿科材料、燃煤、水生生物等。血液中的金属汞进入脑组织后，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量时就会对脑组织造成损害，另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；易受害的人群有女性，尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士；天然水中含汞极少，一般不超过0.1g/L。 正常人血液中的汞小于5-10微克/升，尿液中的汞浓度小于20微克/升。如果急性汞

16、中毒，会诱发肝炎和血尿。 1 砷污染是人体的非必需元素，元素砷的毒性极低，而砷的化合物均有剧毒，三价砷化合物比其它砷化合物毒性更强。砷通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体，如摄入量超过排泄量，砷就会在人体的肝、肾、肺、子宫、胎盘、骨骼、肌肉等部位蓄积，与细胞中的酶系统结合，使酶的生物作用受到抑制失去活性，特别是在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性砷中毒，潜伏期可达几年甚至几十年，慢性中毒有消化系统症状、神经系统症状和皮肤病变等。砷还有致癌作用，能引起皮肤癌，在一般情况下，土壤、水、空气、植物和人体都含有微量的砷，对人体不会构成危害。主要来源于采矿、冶金、化化学制药、玻璃工业中的脱色剂、各种杀虫剂、

17、杀鼠剂、砷酸盐药物、化肥、硬质合金、皮革、农药等；危害的人群有农民、家庭主妇、特殊职业工人群体。地面水中含砷量因水源和地理条件不同而有很大差异，淡水为0.2230m/L，平均为0.5m/L，海水为3.7m/L。 如果24小时内尿液中的砷含量大于100微克/升就使中枢神经系统发生紊乱，并有致癌的可能。而且如果孕妇体内砷超标还会诱发畸胎。铬污染主要来源于劣质化妆品原料、皮革制剂、金属部件镀铬部分，工业颜料以及鞣革、橡胶和陶瓷原料等；如误食饮用，可致腹部不适及腹泻等中毒症状，引起过敏性皮炎或湿疹，呼吸进入，对呼吸道有刺激和腐蚀作用，引起咽炎、支气管炎等。水污染严重地区居民，经常接触或过量摄入者，易得

18、鼻炎、结核病、腹泻、支气管炎、皮炎等。铜污染指铜（Cu）及其化合物在环境中所造成的污染。 主要污染来源是铜锌矿的开采和冶炼、金属加工、机械制造、钢铁生产等。 冶炼排放的烟尘是大气铜污染的主要来源。镍污染是由镍及其化合物所引起的环境污染。冶炼镍矿石及冶炼钢铁时，部分矿粉会随气流进入大气。在焙烧过程中也有镍及其化合物排出，主要为不溶于水的硫化镍（N iS），氧化镍（N iO）、金属镍粉尘等，成为大气中的颗粒物。燃烧生成的镍粉尘遇到热的一氧化碳，会生成易挥发的、剧毒的致癌物羰基镍N i（CO）4。精炼镍的作业工人，患鼻腔癌和肺癌的发病率较高。镀镍工业、机器制造业、金属加工业的废水中常含有镍，常用碱法

19、处理工业废水，使其生成氢氧化镍N i（OH）2沉淀而清除掉。镍可在土壤中富集，含镍的大气颗粒物沉降、含镍废水灌溉、动植物残体腐烂、岩石风化等都是土壤中镍的来源。植物生长会吸收土壤中的镍。镍含量最高的植物是绿色蔬菜和烟草，可达1.5-3ppm。镍对水稻产生毒性的临界浓度是20ppm。我国规定车间空气中羰基镍的最高容许浓度为0.001mg/m3，地面水中镍的最高容许浓度为0.5mg/L。锌污染是指锌及化合物所引起的环境污染。主要污染源有锌矿开采、冶炼加工、机械制造以及镀锌、仪器仪表、有机会合成和造纸等工业的排放。汽车轮胎磨损以及煤燃烧产生的粉尘、烟尘中均含有锌及化合物，工业废水中锌常以锌的羟基络合

20、物存在。主要危害环境污染从环境污染方面，重金属是指汞、镉、铅以及“类金属”-砷等生物毒性显著的重金属。对人体毒害最大的有5种：铅、汞、砷、镉。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物。土壤污染，可以用耐重金属的植物修复，可以用来做游乐园等，非农业耕地，美国有这样的例子，安徽铜陵铜尾矿与澳大利亚合作，进行植物修复，效果已初见端倪 。重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。1 人体伤害以各种化学状态或化学形态存在的重金属

21、，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍，损害了人体健康。重金属对人体的伤害极大。重金属废水的处理技术处理标准1、改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属。2、采用合理的工艺流程、科学的管理和操作，减少重金属用量

22、和随废水流失量，尽量减少外排废水量。重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合，以免使处理复杂化。更不应当不经处理直接排入城市下水道，以免扩大重金属污染。3、废水中呈溶解状态的重金属转变成不溶的金属化合物或元素，经沉淀和上浮从废水中去除。可应用方法如中和沉淀法、硫化物沉淀法、上浮分离法、电解沉淀（或上浮）法、隔膜电解法等。4、将废水中的重金属在不改变其化学形态的条件下进行浓缩和分离，可应用方法有反渗透法、电渗析法、蒸发法和离子交换法等。这些方法应根据废水水质、水量等情况单独或组合使用。处理特点和基本原则废水中的重金属是各种常用方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理

23、和化学形态。例如,经化学沉淀处理后,废水中的重金属从溶解的离子状态转变成难溶性化合物而沉淀下来,从水中转移到污泥中；经离子交换处理后,废水中的金属离子转移到离子交换树脂上；经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中。总之，重金属废水经处理后形成两种产物，一是基本上脱除了重金属的处理水，一是重金属的浓缩产物。重金属浓度低于排放标准的处理水可以排放；如果符合生产工艺用水要求，最好回用。浓缩产物中的重金属大都有使用价值，应尽量回收利用；没有回收价值的，要加以无害化处理。重金属废水的治理,必须采用综合措施。首先,最根本的是改革生产工艺，不用或少用毒性大的重金属；其次是在使用重金属的生产过程中采用合理的

24、工艺流程和完善的生产设备，实行科学的生产管理和运行操作，减少重金属的耗用量和随废水的流失量；在此基础上对数量少、浓度低的废水进行有效的处理。更不应当不经处理直接排入城市下水道，同城市污水混合进入污水处理厂。如果用含有重金属的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成重金属在农作物中积蓄。在农作物中富集系数最高的重金属是镉、镍和锌，而在水生生物中富集系数最高的重金属是汞、锌等。化学沉淀法在工业废水中投加某种化学物质,使其与废水中某些溶解性物质发生反应,生成难溶盐而沉淀下来,这种方法称为化学沉淀法3。传统的化学沉淀法包括中和沉淀法 硫化物沉淀法和钡盐沉淀法目前中和沉淀法应用比较广泛。中和沉

25、淀法是将废水 pH 调节至碱性，废水中的金属离子与沉淀剂反应，转化为不溶的固体沉淀，一般，金属以氢氧化物的形式从溶液中沉淀出来。常用的沉淀剂有石灰、氢氧化钠等。石灰沉淀法能有效地去除废水中浓度高于 1000mg/L 的重金属离子，由于设备价格低，操作简单，安全方便，这使得石灰沉淀法在重金属废水处理中广为应用。重金属离子与 OH-离子是否生成难溶的氢氧化物沉淀,取决于溶液中重金属离子的浓度和OH-的浓度，利用各种金属氢氧化物在不同 pH 值条件下沉淀析出的特性，可以回收各种金属氢氧化物化学沉淀法处理重金属废水具有流程简单，处理效果好，操作管理便利，处理成本低廉的特点，是目前应用最为广泛的一种处理

26、重金属废水的方法。电解法应用电解的基本原理，使废水中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应，使重金属富集，从而使废水中重金属得以去除，并可回收重金属。电解法处理重金属废水具有运行可靠、重金属去除率高，可回收利用等特点。闫雷等4以泡沫镍作阴极、Ti基RuO2 涂层电极作阳极，用电解法处理电镀厂含镍废水，取得了良好效果，去除率高达97%以上。回收镍的纯度在88.5%以上。由于重金属浓度低时电耗大、投资成本高，电解法只适合处理高浓度的重金属废水。人们为了克服电解法在重金属废水浓度上的限制，提出了电解法与其它污水处理方法相结合的工艺，如离子交换-电解、吸附-电解、络合超滤-电解、共沉淀-电解法联

27、合使用以回重金属离子5。水口山有色金属集团有限公司第四冶炼厂采用化学沉淀-电解法联合使用处理重金属废水，自 2008 年 11 月正式投入运行以来，一直运行稳定，处理效果好、经处理后的外排水中Pb、Cd、Zn、As等污染因子浓度低于污水综合排放标准（GB8978 1996）一级标准，外排水水质接近饮用水标准6。吸附法吸附法是利用吸附剂吸附废水中重金属的一种方法, 传统的吸附剂有活性炭、沸石、粘土矿物等天然物质。活性炭的吸附能力强，对重金属去除率高，但价格昂贵，使用寿命短。近些年来发现矿物材料具有很强的吸附能力，其中天然沸石吸附能力最强，也是最早用于重金属废水处理的矿物材料7。为了提高处理效果，

28、降低处理费用，国内外研究者利用改性技术处理各种材料，增加材料表面的有效功能团的数量，从而提高材料的吸附能力。经过多年的研究和实验，发现其效果明显，对重金属废水处理做出了突出的贡献8。膜分离法膜分离法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，不改变溶液的化学形态使溶质和溶剂进行分离和浓缩的方法。膜分离技术在反应过程中不发生相变化、分离效率高、操作及维护方便、分离和浓缩同时进行，可回收有价值的重金属。常见的膜技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、液膜等。目前，反渗透和超滤在电镀废水处理中已得到广泛应用。国内外采用液膜法处理含重金属离子废水的报道很多。蒋柏泉9等用 CHCl3 作膜溶剂，Span

29、-80 作表面活性剂， P507作流动载体,H2SO4 作内相制得的液膜体系，处理含镍废水时,其膜稳定性和迁移率都比较高，在确定的最佳液膜配比及操作条件下,Ni2+的迁移率可高达 97.32%。膜分离技术作为一种新型和高效的水处理技术受到各国水处理研究者的普遍重视，并取得了许多成功经验。将膜技术与其他工艺组合起来处理重金属废水将是今后的发展趋势。离子交换法离子交换法处理重金属废水是利用离子交换树脂上的可交换离子与重金属离子发生交换反应，从而去除废水中重金属离子的方法。离子交换技术去除废水中的重金属, 净化后出水中重金属离子浓度远低于化学沉淀法处理后出水中重金属离子的浓度, 通过再生,回收再生后

30、溶液,可以实现重金属的回收。离子交换树脂性能对重金属离子的去除有较大影响。树脂对废水中重金属离子的分离具有选择性, 可以更好地实现废水中重金属离子的处理和重金属离子的回收。因此研制和选择对重金属离子具有选择性高、交换容量大、吸附-解吸过程可逆性好的离子交换树脂,对于离子交换树脂在重金属废水处理的应用有着重要的意义11。生物法生物法是通过生物体及其衍生物对水中重金属离子的吸附作用，达到去除重金属的目的。 能够吸附重金属及其它污染物的生物体及其衍生物称为生物吸附剂，主要包括细菌、真菌、藻类及一些细胞提取物。与传统的吸附剂相比，生物吸附剂具有以下主要特征:（1）适应性广，能在不同 pH 温度及加工过程下操作；（2）选择性高，能从溶液中吸附重金属离子而不受碱金属离子的干扰；（3）金属离子浓度影响小，在低浓度（ 10mg/L）和高浓度（ 100mg/L）下都有良好的金属吸附