文章編號(hào)：1674-6139（2025）07-0082-05

中圖分類號(hào)：X703.1文獻(xiàn)標(biāo)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?gòu)U水污染問題日益凸顯，成為當(dāng)前環(huán)境保護(hù)領(lǐng)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(jìn)入環(huán)境，將對(duì)水體、土壤和生態(tài)系統(tǒng)造成長(zhǎng)期且嚴(yán)重的危害[1]。針對(duì)塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水污染問題，化學(xué)法是最常用的方法之一，具有操作簡(jiǎn)便、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)，但處理時(shí)間較長(zhǎng)，且對(duì)廢水的水質(zhì)要求較高。物理法則通過吸附、膜分離等技術(shù)去除廢水中的重金屬離子，具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。鑒于化學(xué)法、生物法和物理法各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)前的研究焦點(diǎn)正逐步轉(zhuǎn)向多技術(shù)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(shí)現(xiàn)重金屬?gòu)U水處理效率與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。因此，針對(duì)塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水污染問題開展深入研究，探索有效的處理技術(shù)和方法，對(duì)于保護(hù)環(huán)境、維護(hù)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(wù)的專業(yè)企業(yè)。通過電化學(xué)反應(yīng)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(dǎo)電性。

塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水樣品在采集后，保存與運(yùn)輸過程對(duì)于確保樣品的準(zhǔn)確性和可靠性至關(guān)重要。采樣容器為無(wú)機(jī)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(jìn)行運(yùn)輸，以減緩樣品中化學(xué)反應(yīng)的速度，防止生物活動(dòng)、減少物理?yè)]發(fā)作用和降低化學(xué)反應(yīng)速度，最后盡量縮短樣品的運(yùn)輸時(shí)間，以減少樣品在運(yùn)輸過程中可能發(fā)生的質(zhì)量變化[3]

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試劑

實(shí)驗(yàn)所需要的主要設(shè)備和試劑見表1。

下述章節(jié)以表1中的設(shè)備和試劑為基礎(chǔ)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

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(yù)處理后的水樣，可以進(jìn)行各種重金屬污染特征的分析和測(cè)試。在研究中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP－MS）進(jìn)行檢測(cè)，該方法是一種用于痕量元素分析的高靈敏度技術(shù)。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(cè)能力，能夠同時(shí)檢測(cè)多種元素及其同位素[4]。使用標(biāo)準(zhǔn)溶液（如混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 100mg/L ）逐級(jí)稀釋，配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。將預(yù)處理后的樣品通過自動(dòng)進(jìn)樣器注人ICP－MS系統(tǒng)中，在進(jìn)樣系統(tǒng)中被霧化并轉(zhuǎn)化為氣溶膠，隨后進(jìn)入ICP離子源。利用高頻電磁場(chǎng)在氬氣中產(chǎn)生高溫等離子體（ 457000K ）。待測(cè)樣品的氣溶膠進(jìn)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(jìn)行區(qū)分。然后，離子被檢測(cè)器計(jì)數(shù)，形成質(zhì)譜圖。通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)譜圖，可以確定待測(cè)樣品中元素的種類和濃度[5]。

1.3.2 重金屬污染等級(jí)特征分析方法

根據(jù)ICP－MS檢測(cè)結(jié)果，計(jì)算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，用于分析水污染等級(jí)特征[6]。首先對(duì)于每一種重金屬元素，根據(jù)其與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（如國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)或當(dāng)?shù)丨h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）的比值來(lái)計(jì)算單項(xiàng)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(xiàng)污染指數(shù)，a_i 為ICP－MS 檢測(cè)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(biāo)準(zhǔn)值。

當(dāng) S_i?2.0 時(shí)，水質(zhì)清潔（安全）;

當(dāng) 2.0i?5.0 時(shí)，水質(zhì)輕度污染；

當(dāng) 5.0i?10.0 時(shí)，水質(zhì)中度污染；

當(dāng) S_igt;10.0 時(shí)，水質(zhì)重度污染。

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

根據(jù)計(jì)算得到的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，參考污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分析水污染等級(jí)特征。具體劃分如下：

當(dāng) Y?1.0 時(shí)，水質(zhì)清潔（安全）；

當(dāng) 1.0

當(dāng) 2.0

當(dāng) Ygt;3.0 時(shí)，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(duì)于評(píng)估對(duì)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?jiān)磻?yīng)，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(jī)質(zhì)和硫化物并提取可氧化態(tài)（有機(jī)結(jié)合態(tài)及硫化物結(jié)合態(tài)）的重金屬；最后，剩余殘?jiān)礊闅堅(jiān)鼞B(tài)重金屬，通過消解后測(cè)定其含量。整個(gè)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?gòu)U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?gòu)U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?gòu)U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(jí)。另外，綜合所有單項(xiàng)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?jiān)鼞B(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(shí)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?gòu)U水污染處理技術(shù)

針對(duì)塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水污染，先采用電沉積法進(jìn)行處理，再采用超濾法進(jìn)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?gòu)U水的技術(shù)，特別適用于處理塑料電鍍工業(yè)中產(chǎn)生的重金屬?gòu)U水，基本原理是利用電流在電解液中的傳導(dǎo)性，將金屬離子從溶液中運(yùn)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(jī)物，提高廢水處理效果[8]

該方法的具體過程如下：

（1）準(zhǔn)備所需的設(shè)備和材料，包括電解槽、電源、陽(yáng)極、陰極（通常選用鋁板）以及電解液（硫酸銅溶液）（2）對(duì)陰極進(jìn)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(qiáng)度。

（3）將處理好的陰極放入電解槽中，并連接好電源和陽(yáng)極。

（4）倒入準(zhǔn)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(shí)間等）來(lái)控制沉積速率和沉積層的性質(zhì)。

（6）針對(duì)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(wú)機(jī)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(jìn)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(diǎn)。

1.6 處理效果評(píng)價(jià)指標(biāo)

針對(duì)處理后的塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水，再次利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測(cè)重金屬污染含量，結(jié)合處理前的數(shù)據(jù)，計(jì)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(gè)指標(biāo)是廢水處理后的單項(xiàng)污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，與處理前進(jìn)行對(duì)比。

2 結(jié)果與分析

重金屬?gòu)U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?gòu)U水中各個(gè)重金屬元素的去除率均達(dá)到了 80% 以上，單項(xiàng)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(shuō)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(yǔ)

重金屬?gòu)U水污染不僅危害環(huán)境，還對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)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(jìn)行了塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水污染特征及處理技術(shù)研究，該研究中分析了廢水中重金屬污染類型含量、等級(jí)。這一認(rèn)識(shí)為后續(xù)的處理技術(shù)研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。在處理技術(shù)方面，研究了沉淀 + 過濾的處理方法。實(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(shù)對(duì)重金屬?gòu)U水具有顯著的凈化效果。驗(yàn)證了這些技術(shù)的有效性和可行性，為塑料電鍍工業(yè)重金屬?gòu)U水的處理提供了有力的技術(shù)支持。

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