【浅谈工业废水的危害及处理方法（论文）7100字】

目录前言随着我国经济的发展，在各个领域都取得了一定的成就，然而，由发展造成的问题也日益突出。而在这些问题中，水环境的污染最为重要。水资源的缺乏，是当今社会各界急需解决的问题，也是全世界共同关注的问题，它对人类的生存和发展至关重要。据统计，我国河流、湖泊、水库等工业废水的工业废水污染率高达81%。在南方地区，镉、铜和砷在工业废水污染的工业废水中最为普遍，主要集中在珠江、长江流域及西南诸河；而在北方的工业废水中所含重金属主要有铬、汞和铅等，主要集中在松花江、黄河流域及西北诸河。工业废水中存在的重金属具有长期积累性、毒性大、难降解等特征，对环境资源的保护和利用、人类及其他生物的生存构成了极大威胁。例如，汞（Hg）侵入人体内主要会对器官和大脑神经组织造成一系列危害。一是损害呼吸系统，阻碍人体正常呼吸，最后导致呼吸衰竭甚至死亡。二是损害肾脏，导致肾功能急性衰竭及肾炎。三是损害大脑皮层的神经中枢和周围神经系统，引起神经功能下降。铅（Pb）在人体内含量过多，会引发铅中毒，还会导致贫血症、神经功能失调及肾脏损伤，且在人体内不易排出。铬（Cr）对环境的也具有一定破坏性，当土壤环境中的铬超量时，将严重影响植物生长，主要表现有植株变矮，茎叶数量降低，最后导致数量下降。砷（As）在自然界广泛分布，矿石、食品、水、土壤等均有一定含量的砷，砷不能以单质形式存在，在自然界中往往以化合物（As3+、As4+、As5+）的形式存在，其污染源主要有冶炼和含砷矿石的开采，砷溶于水后会在水生生物体内富集，使生物体中毒；土壤环境的砷污染会造成土壤肥力丧失、土壤性质改变，严重危害作物生长、成熟和土壤动物的生存[2]。重金属资源本身作为一种宝贵的自然生态资源，又具有很大的利用空间。因此，如何有效、安全地回收工业废水中的重金属，处理被工业废水污染的工业废水，已成为社会各界普遍关注的焦点问题。去除工业废水中重金属的方法中，物理法去除的仅仅是处于稳定形态的重金属，故去除效率不高，往往作为废水处理的前处理工艺；化学法中的吸附法、沉淀法等是向含有工业废水污染物的工业废水中中加入化学药剂，使之被吸附或者形成沉淀物而从工业废水中除去，该种方法具有金属去除率高，但是往往由于在工业废水中添加了化学试剂而与水环境中其他物质发生反应，造成二次污染，故用化学法处理时要考虑生成物的后续处理；生物法则是利用自然界广泛存在的微生物体对重金属的吸收、富集作用等，待其将重金属储存、累积后再用一定的方法除去体内重金属。与物理和化学法相比，由于微生物的种类繁多、广泛分布，以及其能处理的重金属种类更多，所以，生物法在处理工业废水的过程中更高效，环境危害性可降至最低，故目前生物处理重金属的技术工艺得到显著关注，并在未来污水处理中有相当的发展前景。2工业废水特点及危害社会各个行业均会产生一定量的重金属，其中，矿山开采排水、废石场的淋浸用水、选矿厂的尾矿处理排水、金属冶炼、电镀废水等是重金属排放的主要来源[3]。此外，生活用水、农药、医药、油漆等行业也会产生一定的重金属。重金属污水流入地表水或渗入地下工业废水，混合后造成污染，并且对可用的水资源产生了严重的浪费。近几年，由于人类社会的发展与工业化进程速度的加快，大量有毒有害的工业废水被排放到湖泊、河流及海洋中，对地球自然资源的损失、生态系统的破坏无疑是巨大的。2.1工业废水的特点工业废水中存在的重金属主要有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等，由于重金属本身性质的特点，使得重金属对废水的污染与传统污染物有所不同。2.1.1难降解性存在于环境中的重金属具有稳定的结构和形态，因此，一般的处理方法和工艺手段均不能使其有效降解，现有的重金属处理处置技术大多也只是通过各种方法来破坏或改变重金属的价态、化合物结构，以此降低自身毒性或便于从工业废水中分离出来。工业废水中的重金属及其产生的污染物形态、组成十分复杂。[2]重金属大多属于过渡态元素，它们的化学价态千差万别，并且会随着环境及工业废水中PH、工业废水温度等发生变化，会引起配位体有不同状态的变化，加上不同工业废水的氧化还原条件不同，会产生各种形式的化合状态和结合状态，从而表现出不同的迁移规律和生物毒性。2.1.2生物富集性工业废水污染可以通过食物摄入、皮肤接触等方式被生物体吸收、富集，再通过自然生态系统中生物之间形成的食物链而得以放大。随着食物链物种的逐渐演变，使得重金属在更高级物种甚至人体内成千上万倍地富集，最终会使人体健康受到严重的威胁。更由于这种富集作用，处于食物链顶端的人类通过食物获得的重金属浓度比环境中的高得多，随着时间的推移，这些重金属在人体器官组织或血液中持续积累，从而造成不可逆转的伤害。表1常见水生植物对部分重金属的富集系数

2.1.3污染持续性工业废水中的重金属离子不仅可以与等价的阴离子、酸根等形成沉淀物，如与碳酸根生成碳酸盐、与磷酸根生成磷酸盐以及与硫离子生成硫化物等难溶性化合物。而且可与工业废水中的Cl-、SO42-、NH4+、OH-、有机酸等，形成各种无机络合物或者金属螯合物，使工业废水中难溶重金属再次被释放出来，工业废水中的重金属溶解性变大，经过长期积累后形成较为稳定的次生污染源。2.2工业废水的危害2.2.1对人体的危害水乃生命之源。当饮用水、纯净水和其他人类生存所必需的水源被工业废水污染时，它会通过各种方式直接或间接地危害人类健康。主要有两种形式，一种是饮用水源受到污染，当工业废水中的重金属含量超过限值时，会引起细胞的毒性反应，导致人体细胞产生毒性物质而中毒。当体内重金属含量超过正常值时，就会损害人体的神经系统。另一种是工业废水污染灌溉水源，进而对农田、耕地等造成污染，而且重金属物质也可以被其他种类的作物所吸收、富集，最终进入人体中并影响人体健康，对人体的免疫功能造成破坏并最终患上各种疾病。Zn2+和Ca2+等是人体不可或缺的微量元素，适量的Ca2+会参与骨骼的构建、肌肉的收缩，还能促进凝血等，但当人体内Ca2+的含量过高会导致肾功能损害、患结石、影响中枢神经系统等。因此，人体内的重金属应保持在适量范围，否则就会对人体器官、细胞组织等造成不可逆伤害。如上世纪50年代日本发生的"水俣病"事件，其根源就是由于当时的工业废水发生严重的汞污染，工业废水中的汞经食物链传递进入人体内并进行富集作用，极大损伤了人体的中枢神经系统。同时期发生的“痛痛病”也是由过量的镉引起的，含镉废水进入河流并使农作物和鱼虾类富集了大量的镉，经摄食后进入人体，导致人体关节疼痛、骨质疏松以及骨质萎缩等疾病。2.2.2对水生植物的危害含有重金属的废水排放到天然工业废水后与其混合，当混合工业废水流经有植物生长的土壤时，部分重金属物质会被截留下来，不仅干扰植物的光合作用，还严重影响植物体内各种酶的合成。因此会间接妨碍植物的正常代谢及生命活动。例如，当月牙藻和羊角等植物在被含有重金属的工业废水污染时，会导致其光合作用程度下降，植物本身对外界不良环境的抵抗性能降低，最终严重影响其生长发育[5]。采用混酸消解体系，使用氢化物发生-原子荧光光度法分别对美人蕉、千屈菜、水生黄鸢尾和菖蒲四种水生植物根、叶中重金属含量进行测定。结果表明，菖蒲对铅、镉砷的富集能力最强，美人蕉则最弱，其中水生黄鸢尾对铅的富集能力比千屈菜强，但对砷的富集能力则相反。2.2.3对水生动物的危害工业废水中重金属含量超标将会对水生动物的健康造成严重影响，主要表现为生长发育迟缓、代谢能力及酶的活性下降。比如，工业废水中的汞、铅、铜等重金属超标，就会导致鱼类中毒，工业废水中生物的生长异常，甚至会导致生物的基因发生变异，对工业废水生物造成严重危害。发现Cd在淡水鱼中的富集情况如下:血液>肝脏>肾脏>腮丝>肌肉。此外，一些水生生物通过鳃的呼吸使重金属进入体内或者通过体表与水之间的相互接触而渗透交换将其富集。3工业废水处理技术3.1物理技术当前处理工业废水污染工业废水的物理方法中，常见的有电离法、气浮法、离子交换吸附、电解法等。物理法处理废水基本途径是通过各种物理过程（沉淀、过滤等），从而将工业废水中存在的不溶性悬浮或漂浮态污染物分离、去除。这种方法大多设备简单，操作方便，分离效果好且对环境危害相对较小。3.1.1膜分离膜分离技术是将已经过预处理的水转变成具有一定粒度的不溶性颗粒，然后通过特定孔径的具有半渗透性的滤膜，从而使得重金属离子得以分离出去、工业废水中的溶质和溶剂被截留下来，实现污染工业废水的净化。膜分离技术具有适应性好、能耗低、运行效率高、二次污染极少、无需加入化学药剂等优点，但其使用成本较高，不宜用于处理水量大的工程。根据孔径大小可将滤膜分成反渗透膜、微滤膜、超滤膜、纳滤膜四种类型。其中，微滤膜的孔径范围是3.0×10-1-1.0×10μm，而由于重金属颗粒的相对粒径范围较小，常规的微滤膜对重金属离子的去除效果并不理想，通常需要与一定的前处理工艺结合才能到达较高的重金属去除率。使用中和/微滤法处理技术，以聚四氟乙烯为膜物质，处理浓度为132.99mg/L的含Fe2+、Zn2+废水，在一定条件下两种离子去除率分别为99.96%、99.83%。超滤膜的孔径一般在1.0×10-2μm以下，比微滤膜具有更高的分离率，常与其他方法联合使用，去除金属离子。采用络合-超滤耦合技术进行工业废水污染工业废水的处理，当络合剂为聚丙烯酸时，该技术对Cu2+、Zn2+有高截留率，可达95%以上。纳滤膜的孔径范围大致为1.0×10-3-1.0×10-2μm，对重金属截留精度很高，但是由于纳滤膜的微孔尺寸较小，易堵塞，若长时间使用，会降低膜的分离效率，影响分离效果。反渗透膜的分离范围为1.0×10-4μm，其微孔尺寸极小，因此对重金属的分离率最高。在反渗透膜存在时，通过对溶液加压，从而实现溶质和溶剂的分离。图1膜分离技术3.1.2吸附吸附法是指在特定的吸附剂参与下，从液体组分或气体组分中有选择性地分离出一种或几种不同的组分，然后在吸附剂表面将被吸附组分进行富集作用，使其与溶液相分离。在污水处理其中，由于活性炭独特的孔隙结构，具有比表面积大、吸附容量多、材料来源广泛、再生性能好等优点而得到了广泛的应用[8]。3.2化学技术化学技术处理工业废水污染工业废水，普遍采用的原理是把化学剂加入工业废水中，使其与重金属离子产生一系列化学反应，从而实现工业废水中重金属的去除。化学处理技术包括沉淀、中和及电解。使用化学法来处理工业废水，通常具有很高的效率，能达到很好的处理效果，但是也存在着残留剂与环境中的物质发生反应，容易再次产生污染。3.2.1沉淀化学沉淀是指向工业废水中加入某种能与重金属离子发生反应的沉淀剂，生成难溶或不溶于水的沉淀物，最后通过沉淀、过滤等方法，将重金属从工业废水中分离出来。根据沉淀类型的差异，化学沉淀法可以初步分为中和沉淀法、难溶性盐沉淀法和铁氧体法等。图2化学沉淀法中和沉积法也叫氢氧化物沉淀法，是向重金属污然工业废水中加入碱性溶液，以产生氢氧化物或无机盐类的沉淀，从而去除重金属离子。这种方法的优点是投资成本低，操作简单，自动化程度高等，但是也会产生一定量的含重金属污泥，形成二次危害，且对废水的pH值要求较高。[9]采用氢氧化物/Fenton法进行电镀废水的处理，结果表明，处理Zn2+、Cu2+、Ni2+的最佳PH为10，此时，去除率可达96%以上。当Fe2+与H2O2两种物质的物质的量比为1:1时，该法对Ni2+、Zn2+、Cu2+去除率极高，均可达到98%以上。采用中和沉淀/树脂吸附法对重金属去除率进行研究，发现当处于最佳条件下时，铁的去除率高，可达99.94%，但相同条件下铜的去除率则较低，仅为21.11%。另外，研究还发现，在CN27螯合树脂存在时，以硫酸(8wt%)作为解吸剂，当吸附/解吸流速达到3BV/h、吸附时间为9h的情况下，该法对Cu2+的最大吸附量为23.47mg/mL，铜的总回收率可达78.42%。难溶盐沉淀法也称硫化物沉淀法，是指在特定的碱度条件下，向被重金属的污染的工业废水中加入硫化物沉淀剂，从而使硫离子与重金属离子形成难溶的螯合物，以去除工业废水中的重金属。铁氧体法则是向工业废水中添加铁盐，形成铁氧体复合物，从而使重金属分离。3.2.2电解目前，电解法广泛应用于工厂电镀废水的处理，通常采用低压直流电源，具有不消耗化学试剂，操作过程简单，运行和管理方便的优点。该工艺较为成熟，具有良好的发展前景。利用离子膜电解槽从PCB废料中回收金属铜，由实验得出，在最佳工艺条件即温度为35℃、电流密度为200A/m2、搅拌速度100r/min、电解时间为2h时，对铜的回收效率最高，与传统方法相比，利用电解铜回收PCB废料具有低污染、废水处理和资源回收利用等优势。图3电解法3.3生物技术许多重金属在微生物的生长发育过程中发挥着十分重要的作用，但是当其在微生物细胞中浓度过高时，会对微生物体产生毒性。微生物可以通过细胞表面的富集或改变细胞膜的组成来减少毒性损伤。研究表明，在工业废水的生物处理中，主要涉及两种类型的生物化学过程——生物吸附、生物转化。图4重金属与微生物的作用机制3.3.1生物吸附微生物对重金属的吸附性能与微生物细胞壁、细胞膜等的结构和组成密切相关。同时重金属的价态、稳定性等也影响着生物处理效果。生物吸附主要是通过各种物理和化学作用，使重金属与细胞外聚合物相结合，从而降低工业废水中所含重金属离子的浓度。由于微生物对重金属的亲和力和吸附力都极强，有毒的重金属离子可以进入细胞并在其中积累，当浓度达到一定值后再进行后续处理，也可通过螯合作用被吸附在可溶性或不溶性生物多聚体上。某些微生物，例如蓝细菌、硫酸盐还原菌和藻类，会产生细胞外聚合物(多糖、糖蛋白等)并和其他重金属离子结合形成络合物或螯合物。表2几种重金属生物吸附剂3.3.2生物转化生物转化是微生物细胞进行主动代谢的过程，涉及能量的产生和消耗。工业废水中部分重金属先被微生物细胞所吸收，然后通过其体内的生化过程，包括氧化还原反应、甲基化和去甲基化来降低自身毒性，该过程即为微生物对重金属的解毒作用[10]。将对重金属汞、铬和铜呈现出耐受性的微生物从活性污泥中分离出来，其中大多是微球菌属和假单胞菌属，利用上述菌类所制备的活性污泥，对含铬、铜的废水具有良好的处理效果。利用硫酸盐还原菌处理Zn2+的最佳运行工艺，结果表明，当进工业废水中COD、Zn2+浓度分别为320mg/L、100mg/L时，该工艺能有效运行，Zn2+去除率高达99.6%。3.3.3生物絮凝生物絮凝法是指在微生物参与下，重金属离子与其反应并生成沉淀物，从而处理被重金属所污染的工业废水的方法。其中，微生物充当着絮凝剂，起着聚集和沉淀重金属的作用。目前，对金属有累积作用的生物种类约有12种，生物絮凝剂中的氨基和羟基可以与重金属离子Cu2+、Hg2+、Ag+和Au2+等形成稳定的螯合物并稳定下来。在活性污泥中发现一种对工业废水中的Na+、Ca2+、Fe3+等金属离子具有较高絮凝活性的MY-88絮凝性菌株，在pH值为6.5，温度为25℃时，该菌株对Ca2+絮凝作用最强，絮凝率可达99.6%。4总结与展望随着各领域的发展，各种各样的工业废水处理技术受到的关注也越来越高。工业废水的成分非常复杂，各种污水处理技术各有优缺点和不同的使用条件，必须通过工业废水处理技术的不断改进来完善处理效果。人类面临着环境污染的挑战，而应用某些技术来回收含有重金属的废水，不仅有可观的经济效益，而且对环境和社会也有积极的影响。与物理和化学方法相比，用生物法处理含重金属离子的污水，可使重金属浓度大大降低，从而实现污废水净化和重金属的回收利用。该法对低浓度工业废水的去除效果更为显著，虽然生物法也有一定的局限性，如生物对环境的适应性和生活条件要求高等