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水资源在国民经济发展和社会生产中发挥着重要的作用,同时也是人们生活中不可缺少的一部分。但是随着工农业的迅速发展,工业废水大量排放,使得水体重金属污染日益严重。
据中金企信国际咨询公布的《2020-2026年中国重金属污染处理行业市场分析及投资前景研究预测报告》统计数据显示:中国每年产生400 亿t 左右的工业废水。其中重金属废水约占60%。这些废水严重污染地表水与地下水,造成可利用水资源总量急剧下降。重金属废水一般来源于矿山开采、金属冶炼与加工、电镀、制革、农药、造纸、油漆、印染、核技术及石油化工等行业。重金属难以生物降解且易被生物吸收富集,毒性具有持续性,是一类极具潜在危害的污染物,如不治理必将对生态环境及人体健康造成严重的威胁。然而,重金属作为一类重要的宝贵的资源,又具有很高的使用价值。因此如何有效治理水体重金属污染,保护人类健康和生态环境,同时回收利用重金属,缓解我国资源和环境的压力,是当前不可忽略的问题。
处理工艺及劣势:目前,重金属废水处理方法主要有三种: 第一种化学法,通过化学反应将重金属离子去除的方法,包括化学沉淀法、化学还原法、电化学和高分子重金属捕集剂法等。第二种物理法,在不改变重金属离子化学形态的条件下,通过吸附、浓缩而分离的方法,包括吸附法、溶剂萃取法、蒸发和凝固法、离子交换法和膜分离法等。第三类是生物法,主要是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除重金属的方法,包括生物絮凝、植物修复和生物吸附。在重金属污泥处理方面,国内技术水平还有待提高。早前,国内重金属污泥多采取深度填埋的方式,导致二次污染。
相对于国家越来越迫切的重金属废水处理需求,国内重金属废水处理技术则发展较慢,远无法满足国内重金属废水处理的技术、成本要求。国内绝大多数的单种重金属废水处理技术无法独立实现废水循环利用甚至达标,且成本居高不下。目前国内应用最广的重金属废水处理技术为化学沉淀法,其次是螯合剂螯合法。化学沉淀法相对成本较低,吨水处理成本在6元左右,但远无法实现达标,需要进一步深度处理。
重金属污泥处理成本较高,受技术限制,不能实现废物利用,或者废物利用成本过高。随着国家治理力度不断加大,重金属污泥处理开始步入正轨,但污泥处理费用依然较高。尤其是上海、江浙等经济发达区域,在通过提高重金属污染处理成本的同时,也在挤压相关产业向二三线城市转移。
政策问题:中国重金属污水治理产业在政策的驱动下不断完善,但国内重金属污水治理在政策和生产上还有一定的罅隙,需要技术进步来磨合。排放标准方面,国内重金属污染治理政策较多,各主要污染行业都有具体的排放标准,其中,以电镀业、有色金属业重金属污染治理力度最大,目前,这些行业内规模企业重金属污染治理装置已经十分成熟。由于重金属污水出水水质波动较大,实际上的重金属污水处理综合成本会高于理论值,而且污水处理装置运营过程中会遇到一系列的突发状况,导致部分企业为保证生产而牺牲环境。
市场规模:重金属废水处理市场规模包括重金属工业水污染治理相关的设备、产品以及运营服务。在国家大力治理重金属污染的形势下,环境保护力度不断趋严,重金属废水处理市场规模近年来不断增长的趋势。根据统计数据:2017年中国重金属污水治理市场规模突破145亿元,2018年达到147.3亿元。重金属污水排放总量变化不大,约为80亿立方,主要原因是由于经济发展过程中,国家在重金属相关产业环节鼓励使用减少重金属产生的技术工艺,以及提高工业水循环利用率等。
技术工艺前景:不同产业、不同企业生成的废水在浓度、排水量、重金属种类、PH值等各方面都有不同,甚至差别很大,因此单种重金属处理模式(技术、参数)难以具备普适性。如浓度较高、废水排放量较大的工厂适宜采用化学沉淀法进行处理,见效快、成本较低,而如果采用电解法的话,耗电量极大,成本无法控制,得不偿失。重金属废水处理必须因地制宜,选择最适合的工宜,而非最先进的工艺。国内领先的技术为“化学沉淀法+离子交换法/膜分离法”,该技术工艺通过三级甚至四级处理工艺最终实现水质达标,但吨水处理成本相对较高,且处理过程中的重金属污泥残渣较大难以处理,易造成二次污染。
化学沉淀法是国内目前使用最为普遍的重金属废水处理工艺。化学沉淀法使用的药剂众多,有NaOH、CaO、聚合硫酸铁等,这些药剂价格通常便宜,对于企业的成本压力较小。由于化学沉淀法单种工艺无法实现废水达标,因此通常仅作为一级或二级处理工艺用于降低废水重金属含量。
螯合剂螯合法相对于化学沉淀法,在废水处理效果方面更胜一筹,具有使用量少、重金属处理效果好、沉渣等二次污染少的特点,但其使用的螯合剂价格较高,因此整体普及率低于化学沉淀法。
吸附剂吸附法使用的药剂分活性炭吸附剂、矿物类吸附剂和高分子吸附剂三类,不同吸附剂价格和效果都有不同,其中应用最广的是活性炭吸附剂和矿物类吸附剂,但这两种吸附剂通常只作为辅助性药剂用于废水治理的特定工序,并不作为主技术工艺使用。
总之,重金属污水处理成本较高,因此,多数企业为保证经济效益而进行偷排漏拍。但近年来,中国重金属污水治理力度在不断加大。同时,国家和政府也通过各种措施进行产业引导,如电镀园区集中化处理、鼓励使用绿色技术工艺等。