塑料電鍍工業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

塑料電鍍工業生產過程中產生的重金屬廢水污染問題日益凸顯，成為當前環境保護領域亟待解決的重要課題。塑料電鍍工業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，一旦進入環境，將對水體、土壤和生態系統造成長期且嚴重的危害[1]。針對塑料電鍍工業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、處理效率高等優點，但容易產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，具有環保、節能等優點，但處理時間較長，且對廢水的水質要求較高。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、無二次污染等優點，但成本較高。鑒于化學法、生物法和物理法各自存在的優缺點，當前的研究焦點正逐步轉向多技術耦合的綜合治理策略。這種策略旨在通過優化組合不同處理方法，實現重金屬廢水處理效率與經濟效益的雙贏。因此，針對塑料電鍍工業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，對于保護環境、維護生態平衡和保障人類健康具有重要意義，符合可持續發展的要求。

1 材料和方法

1.1 樣品采集

研究以某塑料電鍍加工企業為例，該塑料電鍍加工企業是一家專注于為塑料制品提供高質量金屬鍍層服務的專業企業。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吸附的玻璃材料制成并保存在避光、密封、干燥的環境中，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生的質量變化[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。它結合了電感耦合等離子體（ICP）的高溫離子源和質譜儀（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系統中，在進樣系統中被霧化并轉化為氣溶膠，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、激發和電離，形成帶電離子。離子被四極桿質量分析器分離，根據離子的質荷比 （m/z） 進行區分。然后，離子被檢測器計數，形成質譜圖。通過對比標準樣品質譜圖，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ICP－MS檢測結果，計算內梅羅綜合污染指數，用于分析水污染等級特征[6]。首先對于每一種重金屬元素，根據其與水質標準（如國家飲用水標準或當地環境質量標準）的比值來計算單項污染指數。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，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 種重金屬的水質標準值。

當 S_i?2.0 時，水質清潔（安全）;

當 2.0i?5.0 時，水質輕度污染；

當 5.0i?10.0 時，水質中度污染；

當 S_igt;10.0 時，水質重度污染。

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

根據計算得到的內梅羅綜合污染指數，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，水質清潔（安全）；

當 1.0

當 2.0

當 Ygt;3.0 時，水質重度污染。

1.3.3重金屬污染形態特征分析方法

了解重金屬的污染形態特征對于評估對環境和生態系統的影響、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及碳酸鹽結合態的重金屬；其次，利用鹽酸羥胺溶液（含硝酸）與殘渣反應，提取可還原態（鐵錳氧化物結合態）的重金屬；隨后，通過加熱過氧化氫溶液并加入醋酸銨溶液，氧化有機質和硫化物并提取可氧化態（有機結合態及硫化物結合態）的重金屬；最后，剩余殘渣即為殘渣態重金屬，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重金屬的分布情況。

經過上述分析，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，內梅羅綜合污染指數在 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分布各異，但整體上可氧化態和殘渣態占據較大比例，表明重金屬以較穩定形態存在，同時可還原態和碳酸鹽態也占有一定份額，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中產生的重金屬廢水，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，可以通過調節電源參數（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。

（6）針對沉淀處理后的廢水，將其引入超濾系統，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。這一處理流程具有高效、環保的優點。

1.6 處理效果評價指標

針對處理后的塑料電鍍工業重金屬廢水，再次利用電感耦合等離子體質譜法檢測重金屬污染含量，結合處理前的數據，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和內梅羅綜合污染指數，與處理前進行對比。

2 結果與分析

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，單項污染指數和內梅羅綜合污染指數均大大降低，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得到了顯著的控制和改善，水的質量得到了提升。

3 結束語

重金屬廢水污染不僅危害環境，還對人類健康構成嚴重威脅。塑料電鍍工業作為重要的制造業分支，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，單項污染指數和內梅羅綜合污染指數均大幅下降，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，為塑料電鍍工業重金屬廢水的處理提供了有力的技術支持。

參考文獻：

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