中國(guó)有色金屬工業(yè)廢水污染特征分析

鄭曉明，張守偉

(1. 吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130021； 2. 山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

中國(guó)有色金屬工業(yè)廢水污染特征分析

鄭曉明1,2，張守偉2

(1. 吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130021； 2. 山東正元地球物理信息技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

結(jié)合當(dāng)前有色金屬工業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，首先闡述了有色金屬工業(yè)廢水的排放來(lái)源和危害，緊接著重點(diǎn)分析了有色金屬工業(yè)廢水污染的特征，然后再分析了有色金屬冶煉廢水排放的特征，最后就如何處理有色金屬工業(yè)廢水提出了幾點(diǎn)處理建議。

有色金屬；工業(yè)廢水；污染特征

重金屬污染物的隨意排放對(duì)土壤、農(nóng)作物以及人體而言具有極大危害，會(huì)給社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)巨大損失，所以有關(guān)部門(mén)必須提高重視程度。為了給相關(guān)管理部門(mén)提供更加科學(xué)的決策依據(jù)，本文對(duì)有色金屬工業(yè)廢物污染的特征進(jìn)行探究，這種探究是有必要的，也是非常具有實(shí)際價(jià)值的。

1 我國(guó)有色金屬工業(yè)廢水的排放來(lái)源和危害

有色金屬工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，幾乎每一道生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生廢水。結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)情況來(lái)看，有色金屬工業(yè)廢水產(chǎn)生主要源自礦山、冶煉以及加工等方面，這幾項(xiàng)是產(chǎn)生廢水最嚴(yán)重的環(huán)節(jié)[1]。如果將廢水中污染物的成分視為劃分標(biāo)準(zhǔn)，則又可以分為酸性廢水、堿性廢水、含氟廢水、各種重金屬?gòu)U水等。有色金屬工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水情況非常復(fù)雜， 該廢水類(lèi)型無(wú)法被生物降解，重金屬會(huì)在生物體內(nèi)聚集，若在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中不經(jīng)處理直接排放，造成的影響可想而知。以重金屬?gòu)U水對(duì)人體的危害為例，如果人體內(nèi)的鋅元素超標(biāo)，人體將會(huì)出現(xiàn)胃痙攣、嘔吐、過(guò)敏等現(xiàn)象；如果銅元素超標(biāo)，將會(huì)引起嘔吐、抽搐等現(xiàn)象；如果汞元素超標(biāo)，又將引起肺功能和腎臟功能的衰竭，甚至死亡。2013年的有色金屬工業(yè)重金屬排放數(shù)據(jù)顯示，有色金屬冶煉和壓延加工工業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)排放的重金屬污染物達(dá)到138 t，占到了當(dāng)年全國(guó)工業(yè)生產(chǎn)重金屬排放的32%。

2 我國(guó)有色金屬工業(yè)廢水的污染特征

2.1 廢水污染呈現(xiàn)出的地理特征

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈現(xiàn)出東、中、西不平衡的特征，這種經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的特征主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。正是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在差異，因此生產(chǎn)水平和廢水處理水平也表現(xiàn)出很大的差異，大體上由東向西逐漸下降，雖然近些年來(lái)中西部地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有了很大的提升，但是這種梯度差異仍然表現(xiàn)得非常明顯[2]。其中，有一點(diǎn)的特殊情況，有色金屬工業(yè)生產(chǎn)中，水重復(fù)利用率、回用率和零排放率呈現(xiàn)出一種自西向東逐漸遞減的趨勢(shì)，而有色金屬采選的用水率卻和工業(yè)生產(chǎn)水平和廢水處理水平表現(xiàn)出的趨勢(shì)一致，自東向西逐漸遞減。

此外，在有色金屬冶煉的用水消耗系數(shù)、廢水和COD排放系數(shù)方面，由于生產(chǎn)水平的差距，呈現(xiàn)出東部—中部—西部依次升高的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)2015年的有色金屬采選幾項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)的觀察，中西部地區(qū)多數(shù)都偏高，而東部地區(qū)相對(duì)較低。究其原因，在有色金屬礦產(chǎn)選中的銅、錫等耗水量較大的幾種金屬主要集中在中西部地區(qū)。在運(yùn)行處理費(fèi)用方面，東部費(fèi)用最高，緊隨其后的是西部地區(qū)，最低的則是中部地區(qū)，并且中部地區(qū)的治理投資系數(shù)也要明顯低于東西部地區(qū)。

2.2 廢水污染呈現(xiàn)出的規(guī)模特征

縱觀我國(guó)當(dāng)前的有色金屬工業(yè)廢水排放的情況來(lái)看，由于大型企業(yè)的生產(chǎn)水平要明顯高于中小型企業(yè)的生產(chǎn)水平，所以在廢水處理的規(guī)模上也要明顯大于中小型企業(yè)。這種情況的存在，非常明顯地體現(xiàn)了一個(gè)關(guān)系類(lèi)型：重復(fù)用水率、排放達(dá)標(biāo)率等廢水處理水平指標(biāo)以及污染物排放強(qiáng)度和企業(yè)的規(guī)模呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系[3]。我們必須考慮的是，雖然其廢水的排放規(guī)模要遠(yuǎn)大于中小型有色金屬企業(yè)，但是很多特大型有色金屬企業(yè)憑借著技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)能夠很好地對(duì)廢水污染進(jìn)行治理，只是在治理成本上耗費(fèi)的更大。

2.3 廢水污染呈現(xiàn)出的企業(yè)所有制特征

在企業(yè)所有制方面，廢水污染也呈現(xiàn)出很大的不同。根據(jù)經(jīng)濟(jì)類(lèi)型進(jìn)行劃分，國(guó)有冶煉企業(yè)的綜合治理水平最高，然后是股份制和集體制企業(yè)，最低的私營(yíng)企業(yè)廢水處理綜合指數(shù)要遠(yuǎn)低于國(guó)有企業(yè)[4]。根據(jù)相互之間的隸屬關(guān)系劃分，級(jí)別越高，廢水綜合治理水平也越高；級(jí)別越低，廢水綜合治理水平也就越低。同時(shí)，采選企業(yè)也同樣呈現(xiàn)出上述特點(diǎn)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在廢水和主要污染物排放量方面，國(guó)有有色金屬企業(yè)、中央直管的冶煉金屬企業(yè)占據(jù)著主導(dǎo)地位，廢水排放量占到總量的80%左右，其中以重金屬、COD、懸浮物為代表的污染物又占到了重量的90%。在采選企業(yè)廢水和污染物排放中，國(guó)有企業(yè)和股份制企業(yè)的“貢獻(xiàn)”最突出，特別是股份制企業(yè)占到了28.6%。而中央直管企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)相比，雖然在廢水的排放重量方面中央直管企業(yè)將近占了一半，但是二者在COD排放量上卻沒(méi)有多大區(qū)別，在懸浮物和重金屬的排放量上，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)甚至還要高于中央直管企業(yè)，這顯示出二者的污染物排放量和廢水排放量在比例上的失調(diào)。所以，綜合來(lái)看，有色金屬的廢水處理保持在相對(duì)較高的水平，但是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)采選企業(yè)在今后的生產(chǎn)過(guò)程中還需在處理廢水方面多下功夫。

3 我國(guó)有色金屬冶煉廢水排放的特征

3.1 水重復(fù)利用率、回用率方面的特征

有色金屬冶煉廢水的重復(fù)利用率、回用率以及零排放率幾項(xiàng)指標(biāo)上，要比全國(guó)的平均水平高，但是和鋼鐵冶煉以及軋鋼工業(yè)相比，在水的重復(fù)利用率、回用率以及零排放等指標(biāo)上卻明顯更低。通過(guò)對(duì)其原因的分析發(fā)現(xiàn)，有色金屬在冶煉的過(guò)程中，重金屬的濃度非常高，在處理的時(shí)候情況較為復(fù)雜，需要依靠高技術(shù)工藝才能回用。

3.2 企業(yè)類(lèi)型方面的特征

首先，從所有制方面來(lái)看，就私營(yíng)企業(yè)和國(guó)營(yíng)企業(yè)而言，在廢水和COD排放系數(shù)上，二者要明顯高于企業(yè)。其次，從隸屬類(lèi)型來(lái)看，就鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)而言，廢水排放系數(shù)比較高，綜合治理水平較低，污染物的排放濃度較高，然而在絕對(duì)排放量方面雖然鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)要低于中央直屬企業(yè)，但是它的污染物排放強(qiáng)度要明顯大于中央直屬企業(yè)，并且廢水的排放系數(shù)處在較高的水平。最后，從企業(yè)規(guī)模來(lái)看，小型企業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)具有非常大的相似點(diǎn)，在絕對(duì)排放量方面遠(yuǎn)低于大型企業(yè)，但是在污染排放強(qiáng)度和廢水排放系數(shù)方面要遠(yuǎn)高于大型企業(yè)。

3.3 地域分布方面的特征

西部地區(qū)的廢水治理水平比較高，但是治理的回報(bào)率也相對(duì)較低，這是由西部地區(qū)的治理水平低導(dǎo)致的。東部地區(qū)的回用率較低，并且以北上廣為代表的廢水排放系數(shù)高，而在中西部地區(qū)有色金屬行業(yè)較高的幾個(gè)省份廢水的排放發(fā)表率和處理率都在全國(guó)平均水平上下徘徊。特別是以湖南、廣西、貴州、云南為代表的幾個(gè)省份廢水和COD排放系數(shù)要遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平，但是廢水治理投資系數(shù)卻遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。

4 我國(guó)有色金屬工業(yè)廢水處理措施

4.1 中和沉淀法

中和沉淀法在礦山酸性廢水處理中較為常見(jiàn)，該方法同樣適用于處理廢水中的重金屬。中和沉淀法的主要機(jī)理是：將廢水中的氫離子中和并將廢水中的金屬陽(yáng)離子以氫氧化物的形式沉淀出來(lái)，從而中和酸性廢水并去除重金屬污染物。中和沉淀法技術(shù)需要應(yīng)用到中和劑，中和劑的主要成分是石灰石，通過(guò)石灰石將金屬陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化為沉淀，經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理使得沉淀物分離。通常而言，中和沉淀法用于重金屬離子的去除，如銅、鉛、鋅等[5]。中和沉淀法操作起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，也不需要耗費(fèi)太大的成本，控制pH也比較簡(jiǎn)單，但是該方法最大局限性在于容易對(duì)后續(xù)的脫水處理造成影響。

4.2 硫化物沉淀法

硫化物沉淀法主要是通過(guò)使用硫化劑，將廢水中的重金屬轉(zhuǎn)化成不溶或難溶的硫化物沉淀，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行分離。硫化劑有很多，常用作硫化物沉淀法的有硫化鈉、硫化氫、硫化鈣等。硫化物沉淀法分離出來(lái)的沉淀物去除的難度很大，一般情況下需要使用氣浮法使沉淀上浮，以此實(shí)現(xiàn)分離沉淀物并回收利用沉淀物的目的。硫化物沉淀法的優(yōu)點(diǎn)在于需要占用的土地面積比較小，在處理重金屬?gòu)U水的pH方面以及去除沉淀物效果方面要相對(duì)優(yōu)于中和沉淀法，并且出水率好，泥漿含水率低。但硫化物沉淀法的主要缺點(diǎn)在于處理成本較高，處理不容易造成二次污染。

4.3 離子交換法

離子交換法作為一種常見(jiàn)的有色金屬工業(yè)廢水處理方法，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于重金屬?gòu)U水的處理中，該方法具有處理能力大、去除效率高以及反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。離子交換法的工作機(jī)理是：通過(guò)使用天然的或者人工合成的固態(tài)離子交換樹(shù)脂，使其能夠和廢水中的金屬陽(yáng)離子進(jìn)行交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)去除重金屬的目的。作為一種較為普遍的有色金屬工業(yè)廢水處理方法，離子交換法的陽(yáng)離子交換劑也有很多，最為常見(jiàn)的當(dāng)屬含磺酸基的強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。在應(yīng)用離子交換法的時(shí)候需要注意的是，離子交換樹(shù)脂在對(duì)重金屬離子吸收時(shí)，吸收效果容易受到pH、溫度、接觸時(shí)間等因素的影響。

4.4 吸附法

吸附法也是一種常見(jiàn)的有色金屬工業(yè)廢水處理方法，該方法最大的特點(diǎn)就是經(jīng)濟(jì)實(shí)用，只要借助活性炭這一吸附材料便可實(shí)現(xiàn)處理的目標(biāo)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，新的吸附材料也不斷涌現(xiàn)，碳納米管是目前比較新的吸附材料，能夠有效地去除有色金屬離子中的鉛、鎘、銅等金屬元素?；钚蕴颗c碳納米管相比，主要優(yōu)勢(shì)在于成本更好，廢水處理成本也相對(duì)更好。此外，生物吸附也是一種新工藝，同樣也可以作為吸附法的材料。

4.5 生物法

生物法指的是微生物在其正常的新陳代謝過(guò)程中將廢水中的化合物或者重金屬吸附，最終隨著生物膜的脫落除去污染物的方法?，F(xiàn)階段，在處理重金屬?gòu)U水過(guò)程中，生物法的應(yīng)用主要表現(xiàn)在生物吸附、生物絮凝法兩個(gè)方面。生物吸附法所需的吸附材料主要有3種：非生物材料、藻類(lèi)生物、微生物。非生物材料如樹(shù)皮、蝦、蟹殼等，微生物如細(xì)菌、真菌、酵母等。生物絮凝法指的是微生物在新陳代謝期間產(chǎn)生的一種由微生物本身組成的高分子絮凝劑，將污水中的重金屬絮凝沉淀去除的方法。隨著生物法在有色金屬工業(yè)廢水處理中的逐漸應(yīng)用，其前景非常廣泛。

5 結(jié) 語(yǔ)

基于有色金屬工業(yè)廢水污染特征的認(rèn)識(shí)，有必要采取有效的措施來(lái)處理工業(yè)廢水，有色金屬工業(yè)廢水的處理方法有中和沉淀法、硫化物沉淀法、離子交換法、吸附法、生物法、膜分離技術(shù)等，有色金屬企業(yè)在廢水處理過(guò)程中要具體情況具體分析，根據(jù)自身的實(shí)際情況選取廢水處理方法，進(jìn)而控制工業(yè)廢水污染，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，最終促進(jìn)有色金屬工業(yè)的快速發(fā)展。

[1] 李剛. 我國(guó)有色金屬工業(yè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)研究[D]. 北京：北京工業(yè)大學(xué), 2012.

[2] 孫家樂(lè). 有色金屬工業(yè)的重金屬?gòu)U水處理[C]//中國(guó)水污染防治技術(shù)裝備論文集(第四期), 1998.

[3] 汪啟年, 王璠, 高小娟. 我國(guó)電解金屬錳廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2016, 34(2): 10-14.

[4] 黃遠(yuǎn)東, 劉澤宇, 許璇. 中國(guó)有色金屬行業(yè)的環(huán)境污染及其處理技術(shù)[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2015, 33(3): 67-72.

[5] 顏瑜光. 有色金屬冶煉廢水的相關(guān)問(wèn)題分析[J]. 化工管理, 2016(17): 273-275.

Pollution Characteristics of Wastewater from Nonferrous Metals Industry in China

ZHENG Xiaoming1,2, ZHANG Shouwei2

(1.JilinUniversity,Changchun,Jilin130021,China; 2.ShandongZhengyuanGeophysicalInformationTechnologyCo.Ltd.,Jinan,Shandong250101,China)

In this paper, the author combines the current situation of the development of nonferrous metals industry to elaborate the emission sources and hazards of nonferrous metal industrial wastewater. He analyzes the characteristics of nonferrous metal industry wastewater pollution with the characteristics of nonferrous metal smelting wastewater. At last, this paper puts forward some suggestions on how to deal with non-ferrous metal processing industrial wastewater.

Nonferrous Metals; Industrial wastewater; Pollution characteristics

2017-04-07

鄭曉明(1975-)，男，山東濟(jì)南人，注冊(cè)測(cè)繪師，環(huán)境監(jiān)理工程師，研究方向：城市地下管線污染源調(diào)查方法與處理技術(shù)，手機(jī)：13943036197，E-mail：13608928620@163.com.

X758

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.040