【淺談工業(yè)廢水的危害及處理方法（論文）7100字】

目錄前言隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，在各個領(lǐng)域都取得了一定的成就，然而，由發(fā)展造成的問題也日益突出。而在這些問題中，水環(huán)境的污染最為重要。水資源的缺乏，是當(dāng)今社會各界急需解決的問題，也是全世界共同關(guān)注的問題，它對人類的生存和發(fā)展至關(guān)重要。據(jù)統(tǒng)計，我國河流、湖泊、水庫等工業(yè)廢水的工業(yè)廢水污染率高達(dá)81%。在南方地區(qū)，鎘、銅和砷在工業(yè)廢水污染的工業(yè)廢水中最為普遍，主要集中在珠江、長江流域及西南諸河；而在北方的工業(yè)廢水中所含重金屬主要有鉻、汞和鉛等，主要集中在松花江、黃河流域及西北諸河。工業(yè)廢水中存在的重金屬具有長期積累性、毒性大、難降解等特征，對環(huán)境資源的保護和利用、人類及其他生物的生存構(gòu)成了極大威脅。例如，汞（Hg）侵入人體內(nèi)主要會對器官和大腦神經(jīng)組織造成一系列危害。一是損害呼吸系統(tǒng)，阻礙人體正常呼吸，最后導(dǎo)致呼吸衰竭甚至死亡。二是損害腎臟，導(dǎo)致腎功能急性衰竭及腎炎。三是損害大腦皮層的神經(jīng)中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)，引起神經(jīng)功能下降。鉛（Pb）在人體內(nèi)含量過多，會引發(fā)鉛中毒，還會導(dǎo)致貧血癥、神經(jīng)功能失調(diào)及腎臟損傷，且在人體內(nèi)不易排出。鉻（Cr）對環(huán)境的也具有一定破壞性，當(dāng)土壤環(huán)境中的鉻超量時，將嚴(yán)重影響植物生長，主要表現(xiàn)有植株變矮，莖葉數(shù)量降低，最后導(dǎo)致數(shù)量下降。砷（As）在自然界廣泛分布，礦石、食品、水、土壤等均有一定含量的砷，砷不能以單質(zhì)形式存在，在自然界中往往以化合物（As3+、As4+、As5+）的形式存在，其污染源主要有冶煉和含砷礦石的開采，砷溶于水后會在水生生物體內(nèi)富集，使生物體中毒；土壤環(huán)境的砷污染會造成土壤肥力喪失、土壤性質(zhì)改變，嚴(yán)重危害作物生長、成熟和土壤動物的生存[2]。重金屬資源本身作為一種寶貴的自然生態(tài)資源，又具有很大的利用空間。因此，如何有效、安全地回收工業(yè)廢水中的重金屬，處理被工業(yè)廢水污染的工業(yè)廢水，已成為社會各界普遍關(guān)注的焦點問題。去除工業(yè)廢水中重金屬的方法中，物理法去除的僅僅是處于穩(wěn)定形態(tài)的重金屬，故去除效率不高，往往作為廢水處理的前處理工藝；化學(xué)法中的吸附法、沉淀法等是向含有工業(yè)廢水污染物的工業(yè)廢水中中加入化學(xué)藥劑，使之被吸附或者形成沉淀物而從工業(yè)廢水中除去，該種方法具有金屬去除率高，但是往往由于在工業(yè)廢水中添加了化學(xué)試劑而與水環(huán)境中其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，造成二次污染，故用化學(xué)法處理時要考慮生成物的后續(xù)處理；生物法則是利用自然界廣泛存在的微生物體對重金屬的吸收、富集作用等，待其將重金屬儲存、累積后再用一定的方法除去體內(nèi)重金屬。與物理和化學(xué)法相比，由于微生物的種類繁多、廣泛分布，以及其能處理的重金屬種類更多，所以，生物法在處理工業(yè)廢水的過程中更高效，環(huán)境危害性可降至最低，故目前生物處理重金屬的技術(shù)工藝得到顯著關(guān)注，并在未來污水處理中有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展前景。2工業(yè)廢水特點及危害社會各個行業(yè)均會產(chǎn)生一定量的重金屬，其中，礦山開采排水、廢石場的淋浸用水、選礦廠的尾礦處理排水、金屬冶煉、電鍍廢水等是重金屬排放的主要來源[3]。此外，生活用水、農(nóng)藥、醫(yī)藥、油漆等行業(yè)也會產(chǎn)生一定的重金屬。重金屬污水流入地表水或滲入地下工業(yè)廢水，混合后造成污染，并且對可用的水資源產(chǎn)生了嚴(yán)重的浪費。近幾年，由于人類社會的發(fā)展與工業(yè)化進程速度的加快，大量有毒有害的工業(yè)廢水被排放到湖泊、河流及海洋中，對地球自然資源的損失、生態(tài)系統(tǒng)的破壞無疑是巨大的。2.1工業(yè)廢水的特點工業(yè)廢水中存在的重金屬主要有Cu、Zn、Hg、Ni、Cd、Pb和Cr等，由于重金屬本身性質(zhì)的特點，使得重金屬對廢水的污染與傳統(tǒng)污染物有所不同。2.1.1難降解性存在于環(huán)境中的重金屬具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，因此，一般的處理方法和工藝手段均不能使其有效降解，現(xiàn)有的重金屬處理處置技術(shù)大多也只是通過各種方法來破壞或改變重金屬的價態(tài)、化合物結(jié)構(gòu)，以此降低自身毒性或便于從工業(yè)廢水中分離出來。工業(yè)廢水中的重金屬及其產(chǎn)生的污染物形態(tài)、組成十分復(fù)雜。[2]重金屬大多屬于過渡態(tài)元素，它們的化學(xué)價態(tài)千差萬別，并且會隨著環(huán)境及工業(yè)廢水中PH、工業(yè)廢水溫度等發(fā)生變化，會引起配位體有不同狀態(tài)的變化，加上不同工業(yè)廢水的氧化還原條件不同，會產(chǎn)生各種形式的化合狀態(tài)和結(jié)合狀態(tài)，從而表現(xiàn)出不同的遷移規(guī)律和生物毒性。2.1.2生物富集性工業(yè)廢水污染可以通過食物攝入、皮膚接觸等方式被生物體吸收、富集，再通過自然生態(tài)系統(tǒng)中生物之間形成的食物鏈而得以放大。隨著食物鏈物種的逐漸演變，使得重金屬在更高級物種甚至人體內(nèi)成千上萬倍地富集，最終會使人體健康受到嚴(yán)重的威脅。更由于這種富集作用，處于食物鏈頂端的人類通過食物獲得的重金屬濃度比環(huán)境中的高得多，隨著時間的推移，這些重金屬在人體器官組織或血液中持續(xù)積累，從而造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。表1常見水生植物對部分重金屬的富集系數(shù)

2.1.3污染持續(xù)性工業(yè)廢水中的重金屬離子不僅可以與等價的陰離子、酸根等形成沉淀物，如與碳酸根生成碳酸鹽、與磷酸根生成磷酸鹽以及與硫離子生成硫化物等難溶性化合物。而且可與工業(yè)廢水中的Cl-、SO42-、NH4+、OH-、有機酸等，形成各種無機絡(luò)合物或者金屬螯合物，使工業(yè)廢水中難溶重金屬再次被釋放出來，工業(yè)廢水中的重金屬溶解性變大，經(jīng)過長期積累后形成較為穩(wěn)定的次生污染源。2.2工業(yè)廢水的危害2.2.1對人體的危害水乃生命之源。當(dāng)飲用水、純凈水和其他人類生存所必需的水源被工業(yè)廢水污染時，它會通過各種方式直接或間接地危害人類健康。主要有兩種形式，一種是飲用水源受到污染，當(dāng)工業(yè)廢水中的重金屬含量超過限值時，會引起細(xì)胞的毒性反應(yīng)，導(dǎo)致人體細(xì)胞產(chǎn)生毒性物質(zhì)而中毒。當(dāng)體內(nèi)重金屬含量超過正常值時，就會損害人體的神經(jīng)系統(tǒng)。另一種是工業(yè)廢水污染灌溉水源，進而對農(nóng)田、耕地等造成污染，而且重金屬物質(zhì)也可以被其他種類的作物所吸收、富集，最終進入人體中并影響人體健康，對人體的免疫功能造成破壞并最終患上各種疾病。Zn2+和Ca2+等是人體不可或缺的微量元素，適量的Ca2+會參與骨骼的構(gòu)建、肌肉的收縮，還能促進凝血等，但當(dāng)人體內(nèi)Ca2+的含量過高會導(dǎo)致腎功能損害、患結(jié)石、影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。因此，人體內(nèi)的重金屬應(yīng)保持在適量范圍，否則就會對人體器官、細(xì)胞組織等造成不可逆?zhèn)?。如上世紀(jì)50年代日本發(fā)生的"水俁病"事件，其根源就是由于當(dāng)時的工業(yè)廢水發(fā)生嚴(yán)重的汞污染，工業(yè)廢水中的汞經(jīng)食物鏈傳遞進入人體內(nèi)并進行富集作用，極大損傷了人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。同時期發(fā)生的“痛痛病”也是由過量的鎘引起的，含鎘廢水進入河流并使農(nóng)作物和魚蝦類富集了大量的鎘，經(jīng)攝食后進入人體，導(dǎo)致人體關(guān)節(jié)疼痛、骨質(zhì)疏松以及骨質(zhì)萎縮等疾病。2.2.2對水生植物的危害含有重金屬的廢水排放到天然工業(yè)廢水后與其混合，當(dāng)混合工業(yè)廢水流經(jīng)有植物生長的土壤時，部分重金屬物質(zhì)會被截留下來，不僅干擾植物的光合作用，還嚴(yán)重影響植物體內(nèi)各種酶的合成。因此會間接妨礙植物的正常代謝及生命活動。例如，當(dāng)月牙藻和羊角等植物在被含有重金屬的工業(yè)廢水污染時，會導(dǎo)致其光合作用程度下降，植物本身對外界不良環(huán)境的抵抗性能降低，最終嚴(yán)重影響其生長發(fā)育[5]。采用混酸消解體系，使用氫化物發(fā)生-原子熒光光度法分別對美人蕉、千屈菜、水生黃鳶尾和菖蒲四種水生植物根、葉中重金屬含量進行測定。結(jié)果表明，菖蒲對鉛、鎘砷的富集能力最強，美人蕉則最弱，其中水生黃鳶尾對鉛的富集能力比千屈菜強，但對砷的富集能力則相反。2.2.3對水生動物的危害工業(yè)廢水中重金屬含量超標(biāo)將會對水生動物的健康造成嚴(yán)重影響，主要表現(xiàn)為生長發(fā)育遲緩、代謝能力及酶的活性下降。比如，工業(yè)廢水中的汞、鉛、銅等重金屬超標(biāo)，就會導(dǎo)致魚類中毒，工業(yè)廢水中生物的生長異常，甚至?xí)?dǎo)致生物的基因發(fā)生變異，對工業(yè)廢水生物造成嚴(yán)重危害。發(fā)現(xiàn)Cd在淡水魚中的富集情況如下:血液>肝臟>腎臟>腮絲>肌肉。此外，一些水生生物通過鰓的呼吸使重金屬進入體內(nèi)或者通過體表與水之間的相互接觸而滲透交換將其富集。3工業(yè)廢水處理技術(shù)3.1物理技術(shù)當(dāng)前處理工業(yè)廢水污染工業(yè)廢水的物理方法中，常見的有電離法、氣浮法、離子交換吸附、電解法等。物理法處理廢水基本途徑是通過各種物理過程（沉淀、過濾等），從而將工業(yè)廢水中存在的不溶性懸浮或漂浮態(tài)污染物分離、去除。這種方法大多設(shè)備簡單，操作方便，分離效果好且對環(huán)境危害相對較小。3.1.1膜分離膜分離技術(shù)是將已經(jīng)過預(yù)處理的水轉(zhuǎn)變成具有一定粒度的不溶性顆粒，然后通過特定孔徑的具有半滲透性的濾膜，從而使得重金屬離子得以分離出去、工業(yè)廢水中的溶質(zhì)和溶劑被截留下來，實現(xiàn)污染工業(yè)廢水的凈化。膜分離技術(shù)具有適應(yīng)性好、能耗低、運行效率高、二次污染極少、無需加入化學(xué)藥劑等優(yōu)點，但其使用成本較高，不宜用于處理水量大的工程。根據(jù)孔徑大小可將濾膜分成反滲透膜、微濾膜、超濾膜、納濾膜四種類型。其中，微濾膜的孔徑范圍是3.0×10-1-1.0×10μm，而由于重金屬顆粒的相對粒徑范圍較小，常規(guī)的微濾膜對重金屬離子的去除效果并不理想，通常需要與一定的前處理工藝結(jié)合才能到達(dá)較高的重金屬去除率。使用中和/微濾法處理技術(shù)，以聚四氟乙烯為膜物質(zhì)，處理濃度為132.99mg/L的含F(xiàn)e2+、Zn2+廢水，在一定條件下兩種離子去除率分別為99.96%、99.83%。超濾膜的孔徑一般在1.0×10-2μm以下，比微濾膜具有更高的分離率，常與其他方法聯(lián)合使用，去除金屬離子。采用絡(luò)合-超濾耦合技術(shù)進行工業(yè)廢水污染工業(yè)廢水的處理，當(dāng)絡(luò)合劑為聚丙烯酸時，該技術(shù)對Cu2+、Zn2+有高截留率，可達(dá)95%以上。納濾膜的孔徑范圍大致為1.0×10-3-1.0×10-2μm，對重金屬截留精度很高，但是由于納濾膜的微孔尺寸較小，易堵塞，若長時間使用，會降低膜的分離效率，影響分離效果。反滲透膜的分離范圍為1.0×10-4μm，其微孔尺寸極小，因此對重金屬的分離率最高。在反滲透膜存在時，通過對溶液加壓，從而實現(xiàn)溶質(zhì)和溶劑的分離。圖1膜分離技術(shù)3.1.2吸附吸附法是指在特定的吸附劑參與下，從液體組分或氣體組分中有選擇性地分離出一種或幾種不同的組分，然后在吸附劑表面將被吸附組分進行富集作用，使其與溶液相分離。在污水處理其中，由于活性炭獨特的孔隙結(jié)構(gòu)，具有比表面積大、吸附容量多、材料來源廣泛、再生性能好等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用[8]。3.2化學(xué)技術(shù)化學(xué)技術(shù)處理工業(yè)廢水污染工業(yè)廢水，普遍采用的原理是把化學(xué)劑加入工業(yè)廢水中，使其與重金屬離子產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，從而實現(xiàn)工業(yè)廢水中重金屬的去除。化學(xué)處理技術(shù)包括沉淀、中和及電解。使用化學(xué)法來處理工業(yè)廢水，通常具有很高的效率，能達(dá)到很好的處理效果，但是也存在著殘留劑與環(huán)境中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，容易再次產(chǎn)生污染。3.2.1沉淀化學(xué)沉淀是指向工業(yè)廢水中加入某種能與重金屬離子發(fā)生反應(yīng)的沉淀劑，生成難溶或不溶于水的沉淀物，最后通過沉淀、過濾等方法，將重金屬從工業(yè)廢水中分離出來。根據(jù)沉淀類型的差異，化學(xué)沉淀法可以初步分為中和沉淀法、難溶性鹽沉淀法和鐵氧體法等。圖2化學(xué)沉淀法中和沉積法也叫氫氧化物沉淀法，是向重金屬污然工業(yè)廢水中加入堿性溶液，以產(chǎn)生氫氧化物或無機鹽類的沉淀，從而去除重金屬離子。這種方法的優(yōu)點是投資成本低，操作簡單，自動化程度高等，但是也會產(chǎn)生一定量的含重金屬污泥，形成二次危害，且對廢水的pH值要求較高。[9]采用氫氧化物/Fenton法進行電鍍廢水的處理，結(jié)果表明，處理Zn2+、Cu2+、Ni2+的最佳PH為10，此時，去除率可達(dá)96%以上。當(dāng)Fe2+與H2O2兩種物質(zhì)的物質(zhì)的量比為1:1時，該法對Ni2+、Zn2+、Cu2+去除率極高，均可達(dá)到98%以上。采用中和沉淀/樹脂吸附法對重金屬去除率進行研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)處于最佳條件下時，鐵的去除率高，可達(dá)99.94%，但相同條件下銅的去除率則較低，僅為21.11%。另外，研究還發(fā)現(xiàn)，在CN27螯合樹脂存在時，以硫酸(8wt%)作為解吸劑，當(dāng)吸附/解吸流速達(dá)到3BV/h、吸附時間為9h的情況下，該法對Cu2+的最大吸附量為23.47mg/mL，銅的總回收率可達(dá)78.42%。難溶鹽沉淀法也稱硫化物沉淀法，是指在特定的堿度條件下，向被重金屬的污染的工業(yè)廢水中加入硫化物沉淀劑，從而使硫離子與重金屬離子形成難溶的螯合物，以去除工業(yè)廢水中的重金屬。鐵氧體法則是向工業(yè)廢水中添加鐵鹽，形成鐵氧體復(fù)合物，從而使重金屬分離。3.2.2電解目前，電解法廣泛應(yīng)用于工廠電鍍廢水的處理，通常采用低壓直流電源，具有不消耗化學(xué)試劑，操作過程簡單，運行和管理方便的優(yōu)點。該工藝較為成熟，具有良好的發(fā)展前景。利用離子膜電解槽從PCB廢料中回收金屬銅，由實驗得出，在最佳工藝條件即溫度為35℃、電流密度為200A/m2、攪拌速度100r/min、電解時間為2h時，對銅的回收效率最高，與傳統(tǒng)方法相比，利用電解銅回收PCB廢料具有低污染、廢水處理和資源回收利用等優(yōu)勢。圖3電解法3.3生物技術(shù)許多重金屬在微生物的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著十分重要的作用，但是當(dāng)其在微生物細(xì)胞中濃度過高時，會對微生物體產(chǎn)生毒性。微生物可以通過細(xì)胞表面的富集或改變細(xì)胞膜的組成來減少毒性損傷。研究表明，在工業(yè)廢水的生物處理中，主要涉及兩種類型的生物化學(xué)過程——生物吸附、生物轉(zhuǎn)化。圖4重金屬與微生物的作用機制3.3.1生物吸附微生物對重金屬的吸附性能與微生物細(xì)胞壁、細(xì)胞膜等的結(jié)構(gòu)和組成密切相關(guān)。同時重金屬的價態(tài)、穩(wěn)定性等也影響著生物處理效果。生物吸附主要是通過各種物理和化學(xué)作用，使重金屬與細(xì)胞外聚合物相結(jié)合，從而降低工業(yè)廢水中所含重金屬離子的濃度。由于微生物對重金屬的親和力和吸附力都極強，有毒的重金屬離子可以進入細(xì)胞并在其中積累，當(dāng)濃度達(dá)到一定值后再進行后續(xù)處理，也可通過螯合作用被吸附在可溶性或不溶性生物多聚體上。某些微生物，例如藍(lán)細(xì)菌、硫酸鹽還原菌和藻類，會產(chǎn)生細(xì)胞外聚合物(多糖、糖蛋白等)并和其他重金屬離子結(jié)合形成絡(luò)合物或螯合物。表2幾種重金屬生物吸附劑3.3.2生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化是微生物細(xì)胞進行主動代謝的過程，涉及能量的產(chǎn)生和消耗。工業(yè)廢水中部分重金屬先被微生物細(xì)胞所吸收，然后通過其體內(nèi)的生化過程，包括氧化還原反應(yīng)、甲基化和去甲基化來降低自身毒性，該過程即為微生物對重金屬的解毒作用[10]。將對重金屬汞、鉻和銅呈現(xiàn)出耐受性的微生物從活性污泥中分離出來，其中大多是微球菌屬和假單胞菌屬，利用上述菌類所制備的活性污泥，對含鉻、銅的廢水具有良好的處理效果。利用硫酸鹽還原菌處理Zn2+的最佳運行工藝，結(jié)果表明，當(dāng)進工業(yè)廢水中COD、Zn2+濃度分別為320mg/L、100mg/L時，該工藝能有效運行，Zn2+去除率高達(dá)99.6%。3.3.3生物絮凝生物絮凝法是指在微生物參與下，重金屬離子與其反應(yīng)并生成沉淀物，從而處理被重金屬所污染的工業(yè)廢水的方法。其中，微生物充當(dāng)著絮凝劑，起著聚集和沉淀重金屬的作用。目前，對金屬有累積作用的生物種類約有12種，生物絮凝劑中的氨基和羥基可以與重金屬離子Cu2+、Hg2+、Ag+和Au2+等形成穩(wěn)定的螯合物并穩(wěn)定下來。在活性污泥中發(fā)現(xiàn)一種對工業(yè)廢水中的Na+、Ca2+、Fe3+等金屬離子具有較高絮凝活性的MY-88絮凝性菌株，在pH值為6.5，溫度為25℃時，該菌株對Ca2+絮凝作用最強，絮凝率可達(dá)99.6%。4總結(jié)與展望隨著各領(lǐng)域的發(fā)展，各種各樣的工業(yè)廢水處理技術(shù)受到的關(guān)注也越來越高。工業(yè)廢水的成分非常復(fù)雜，各種污水處理技術(shù)各有優(yōu)缺點和不同的使用條件，必須通過工業(yè)廢水處理技術(shù)的不斷改進來完善處理效果。人類面臨著環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，而應(yīng)用某些技術(shù)來回收含有重金屬的廢水，不僅有可觀的經(jīng)濟效益，而且對環(huán)境和社會也有積極的影響。與物理和化學(xué)方法相比，用生物法處理含重金屬離子的污水，可使重金屬濃度大大降低，從而實現(xiàn)污廢水凈化和重金屬的回收利用。該法對低濃度工業(yè)廢水的去除效果更為顯著，雖然生物法也有一定的局限性，如生物對環(huán)境的適應(yīng)性和生活條件要求高等