塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水污染特征及處理技術研究

文章編號：1674-6139（2025）07-0082-05

中圖分類號：X703.1文獻標志碼：B

Research on Pollution Characteristics and Treatment Technologies of Heavy Metal Wastewater from Plastic Electroplating Industry

Guo Liping

（Xinxiang Ecological Environment Technology Center，Xinxiang 4530O3，China）

Abstract：Whiletheelectroplatingindustrybringsenormousconomicbenefits，italsogeneratesalargeamountofelectroplating wastewater，whichcontainsheavymetalsandposesaserioustreattotheecologicalenvronmentandhumanhalth.Tothisd，study isconductedonthepolutioncharactersticsndtreatmenttechnologyofaymetalwastewaterinteplasticelectroplatingindustryTe studycolecedwastewatersmplesfromaplasticelectroplatingprocessingeterprisendmplementprreatmenttonalyeeavy metalcontentadeactesticsndolocalracteristiisttogdutrodeposioos liminaryprecipiationtrament，andenteultrafilratioetdisusedforcondarytreatment，foingpeipiationulfilati treatment technology.Theresults showed that theremoval rate of heavy metal elements reached over 80% ，and the single pollution index andNemero comprehensivepolution index were greatlyreduced，proving the efectiveness of wastewater treatment.

Keywords：plasticeletroplatigidustr；eayetalwastewaterreprocessing；poltioncharactestics；prcessingteolog

前言

塑料電鍍工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的重金屬廢水污染問題日益凸顯，成為當前環(huán)境保護領域亟待解決的重要課題。塑料電鍍工業(yè)廢水含有多種重金屬離子，如鉻、鎳、銅、鋅等，這些重金屬離子不僅具有高度的毒性和持久性，而且難以被生物降解，一旦進入環(huán)境，將對水體、土壤和生態(tài)系統(tǒng)造成長期且嚴重的危害[1]。針對塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水污染問題，化學法是最常用的方法之一，具有操作簡便、處理效率高等優(yōu)點，但容易產(chǎn)生二次污染和污泥問題。生物法則利用微生物的代謝作用去除廢水中的重金屬離子，具有環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)點，但處理時間較長，且對廢水的水質(zhì)要求較高。物理法則通過吸附、膜分離等技術去除廢水中的重金屬離子，具有操作簡便、無二次污染等優(yōu)點，但成本較高。鑒于化學法、生物法和物理法各自存在的優(yōu)缺點，當前的研究焦點正逐步轉(zhuǎn)向多技術耦合的綜合治理策略。這種策略旨在通過優(yōu)化組合不同處理方法，實現(xiàn)重金屬廢水處理效率與經(jīng)濟效益的雙贏。因此，針對塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水污染問題開展深入研究，探索有效的處理技術和方法，對于保護環(huán)境、維護生態(tài)平衡和保障人類健康具有重要意義，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

研究以某塑料電鍍加工企業(yè)為例，該塑料電鍍加工企業(yè)是一家專注于為塑料制品提供高質(zhì)量金屬鍍層服務的專業(yè)企業(yè)。通過電化學反應將金屬鍍層沉積在塑料制品表面，從而改善塑料制品的外觀、耐磨性和耐腐蝕性，并增加導電性。

塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水樣品在采集后，保存與運輸過程對于確保樣品的準確性和可靠性至關重要。采樣容器為無機物質(zhì)吸附的玻璃材料制成并保存在避光、密封、干燥的環(huán)境中，以防止樣品受到光照、氧化或污染[2]。然后，在 4% 以下進行運輸，以減緩樣品中化學反應的速度，防止生物活動、減少物理揮發(fā)作用和降低化學反應速度，最后盡量縮短樣品的運輸時間，以減少樣品在運輸過程中可能發(fā)生的質(zhì)量變化[3]

1.2 實驗設備與試劑

實驗所需要的主要設備和試劑見表1。

下述章節(jié)以表1中的設備和試劑為基礎，進行實驗。

1.3 污染特征分析方法

1.3.1重金屬含量特征分析方法

基于預處理后的水樣，可以進行各種重金屬污染特征的分析和測試。在研究中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP－MS）進行檢測，該方法是一種用于痕量元素分析的高靈敏度技術。它結(jié)合了電感耦合等離子體（ICP）的高溫離子源和質(zhì)譜儀（MS）的高選擇性檢測能力，能夠同時檢測多種元素及其同位素[4]。使用標準溶液（如混合標準溶液 100mg/L ）逐級稀釋，配制不同濃度的標準溶液。將預處理后的樣品通過自動進樣器注人ICP－MS系統(tǒng)中，在進樣系統(tǒng)中被霧化并轉(zhuǎn)化為氣溶膠，隨后進入ICP離子源。利用高頻電磁場在氬氣中產(chǎn)生高溫等離子體（ 457000K ）。待測樣品的氣溶膠進入等離子體后，在高溫條件下被原子化、激發(fā)和電離，形成帶電離子。離子被四極桿質(zhì)量分析器分離，根據(jù)離子的質(zhì)荷比 （m/z） 進行區(qū)分。然后，離子被檢測器計數(shù)，形成質(zhì)譜圖。通過對比標準樣品質(zhì)譜圖，可以確定待測樣品中元素的種類和濃度[5]。

1.3.2 重金屬污染等級特征分析方法

根據(jù)ICP－MS檢測結(jié)果，計算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，用于分析水污染等級特征[6]。首先對于每一種重金屬元素，根據(jù)其與水質(zhì)標準（如國家飲用水標準或當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量標準）的比值來計算單項污染指數(shù)。公式如式（1）：

式（1）中， S_i 為第 χ_i 種重金屬的單項污染指數(shù)，a_i 為ICP－MS 檢測得到的第 χ_i 種重金屬的濃度， A_i 為第 χ_i 種重金屬的水質(zhì)標準值。

當 S_i?2.0 時，水質(zhì)清潔（安全）;

當 2.0i?5.0 時，水質(zhì)輕度污染；

當 5.0i?10.0 時，水質(zhì)中度污染；

當 S_igt;10.0 時，水質(zhì)重度污染。

計算所有單項污染指數(shù)的平均值 $（ ＼overrightharpoon { S } ）$ 和最大值（ S_max ），接著計算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù) （Y） ：

根據(jù)計算得到的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，參考污染等級劃分標準來分析水污染等級特征。具體劃分如下：

當 Y?1.0 時，水質(zhì)清潔（安全）；

當 1.0

當 2.0

當 Ygt;3.0 時，水質(zhì)重度污染。

1.3.3重金屬污染形態(tài)特征分析方法

了解重金屬的污染形態(tài)特征對于評估對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響、制定有效的污染控制策略以及保障人類健康具有重要意義。通過加入醋酸溶液提取可交換態(tài)及碳酸鹽結(jié)合態(tài)的重金屬；其次，利用鹽酸羥胺溶液（含硝酸）與殘渣反應，提取可還原態(tài)（鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)）的重金屬；隨后，通過加熱過氧化氫溶液并加入醋酸銨溶液，氧化有機質(zhì)和硫化物并提取可氧化態(tài)（有機結(jié)合態(tài)及硫化物結(jié)合態(tài)）的重金屬；最后，剩余殘渣即為殘渣態(tài)重金屬，通過消解后測定其含量。整個流程旨在全面分析和量化樣品中不同形態(tài)重金屬的分布情況。

經(jīng)過上述分析，完成特征分析方法介紹。

1.4重金屬廢水污染特征

基于上述章節(jié)介紹的分析方法，得出的重金屬廢水污染特征見表2和表3。

如表2所示，塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水樣品中共有11種元素，其中鉻（Cr）是廢水中含量最高的重金屬，其次鎘（Cd）和銻（Sb）是中度污染，其余元素為輕度、清潔等級。另外，綜合所有單項污染，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)在 2.0～3.0 之間，污染程度為中度污染。

如表3所示，不同重金屬元素在樣品中的污染形態(tài)分布各異，但整體上可氧化態(tài)和殘渣態(tài)占據(jù)較大比例，表明重金屬以較穩(wěn)定形態(tài)存在，同時可還原態(tài)和碳酸鹽態(tài)也占有一定份額，顯示出一定的潛在遷移性。

1.5 重金屬廢水污染處理技術

針對塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水污染，先采用電沉積法進行處理，再采用超濾法進行二次處理，二者構(gòu)成沉淀－超濾法。電沉積法是一種有效處理重金屬廢水的技術，特別適用于處理塑料電鍍工業(yè)中產(chǎn)生的重金屬廢水，基本原理是利用電流在電解液中的傳導性，將金屬離子從溶液中運送至電極表面，并以原子形式沉積在電極表面上[]。通過二次處理，可以有效地去除廢水中的重金屬離子和有機物，提高廢水處理效果[8]

該方法的具體過程如下：

（1）準備所需的設備和材料，包括電解槽、電源、陽極、陰極（通常選用鋁板）以及電解液（硫酸銅溶液）（2）對陰極進行清洗和拋光處理，以去除可能存在的污染物和氧化物，確保電沉積層與基板之間的結(jié)合強度。

（3）將處理好的陰極放入電解槽中，并連接好電源和陽極。

（4）倒入準備好的電解液，并開啟電源，開始電沉積過程。

（5）在電沉積過程中，可以通過調(diào)節(jié)電源參數(shù)（如電流密度、電位、沉積時間等）來控制沉積速率和沉積層的性質(zhì)。

（6）針對沉淀處理后的廢水，將其引入超濾系統(tǒng)，廢水在壓力的作用下通過孔徑0.5微米的無機超濾膜去除電鍍廢水中的金屬離子。

（7）廢水中的金屬離子被截留在膜表面，形成濾餅。

（8）清水則通過超濾膜流出，成為處理后的水。

利用超濾法進一步去除廢水中的重金屬污染物，提高出水水質(zhì)。這一處理流程具有高效、環(huán)保的優(yōu)點。

1.6 處理效果評價指標

針對處理后的塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水，再次利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測重金屬污染含量，結(jié)合處理前的數(shù)據(jù)，計算重金屬去除率，即：

式（3）中， H 代表去除率； X₀ 代表處理前廢水中重金屬污染物含量； X₁ 代表處理后廢水中重金屬污染物含量。

另一個指標是廢水處理后的單項污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，與處理前進行對比。

2 結(jié)果與分析

重金屬廢水污染處理效果見表4。

由表4可見，塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水中各個重金屬元素的去除率均達到了 80% 以上，單項污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均大大降低，由此說明大部分的重金屬污染已被有效去除，廢水中的重金屬污染已經(jīng)得到了顯著的控制和改善，水的質(zhì)量得到了提升。

3 結(jié)束語

重金屬廢水污染不僅危害環(huán)境，還對人類健康構(gòu)成嚴重威脅。塑料電鍍工業(yè)作為重要的制造業(yè)分支，其廢水中的重金屬含量較高，處理難度較大。為此，進行了塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水污染特征及處理技術研究，該研究中分析了廢水中重金屬污染類型含量、等級。這一認識為后續(xù)的處理技術研究提供了重要的理論基礎。在處理技術方面，研究了沉淀 + 過濾的處理方法。實驗結(jié)果顯示，各重金屬元素的去除率均超過 80% ，顯著降低了廢水中的重金屬含量，單項污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均大幅下降，表明該處理技術對重金屬廢水具有顯著的凈化效果。驗證了這些技術的有效性和可行性，為塑料電鍍工業(yè)重金屬廢水的處理提供了有力的技術支持。

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