固体废物金属资源循环利用技术与产业发展论坛
时间：1月10日-12日 四川成都
参观考察：乐山亿生环保科技有限公司
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导读
导读：随着工业化进程的迅速推进，重金属和稀贵金属废水的处理和再生回收利用已成为环境保护与资源再利用领域的核心议题。尤其是稀贵金属，因其稀缺和高成本特性，更是再生回收利用处理的重中之重。然而，面对复杂多变的废水成分和处理要求，现有的处理技术仍面临诸多挑战。目前，重金属和稀贵金属废水治理的核心方法包括化学沉淀法、离子交换法、膜分离技术、电解法及吸附法等。然而，现有的处理技术仍存在成本高、效率低等问题，需要进一步的技术创新。湖南新锋科技有限公司（以下简称“新锋科技”），专注解决复杂高难度工业废水治理难题。依托中南大学“气相沉积技术与薄膜材料研究室”，经过25年技术沉淀，5年市场检验，在重金属和稀贵金属废水处理及回收再利用方面开发了极具性价比的技术解决方案，通过产品测试和实际市场应用全面实现了降本增效。
01
重金属和稀贵金属废水概述
重金属和稀贵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。废水中含有镉、镍、铬、铅、铜、锌、金、银、铂、钯、钒、钴等稀贵金属和生物毒性显著的重金属元素，大多对人体健康具有“三致作用”，即致癌、致突变和致畸。其难以被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，重金属和稀贵金属是重要的宝贵的资源，具有很高的回收使用价值。因此如何有效治理水体重金属和稀贵金属污染，保护人类健康和生态环境，同时回收利用重金属和稀贵金属，缓解我国资源和环境的压力，是当前不可忽略的问题。
（补充说明）：
1、重金属和稀贵金属废水对人体健康的危害
常见重金属和稀贵金属废水对人类健康的危害主要包括神经系统损伤、消化系统紊乱、免疫系统异常等。 这些废水中的重金属和稀贵金属元素如铅、汞、镉、铬、铜、金、银等，长期接触和摄入会对人体健康产生严重影响。
具体来说，不同重金属和稀贵金属废水对人体的危害如下：
铅：长期接触含铅水体可能导致神经系统损伤、血液系统损伤、肾脏损伤和骨骼系统损伤等症状。铅进入人体后很难排除，特别是对胎儿和老年人的影响更大，可能导致智力低下、痴呆等。
汞：摄入含汞水体可能导致神经系统损伤、肾脏损伤和皮肤病变等症状。汞的化合物大多具有毒性，长期积累会对中枢神经造成严重损害，表现为神经衰弱、记忆力减退、睡眠质量差等。
镉：长期摄入含镉水体可能导致骨质疏松、肾脏损伤和高血压等症状。镉在人体内潜伏时间较长，会逐步取代骨中的钙元素，导致骨骼严重软化和高血压。
铬：长期接触含铬水体可能导致呼吸系统损伤、肝功能异常和肺癌等症状。铬的超标摄入会损害抗氧化系统，引发糖尿病、高血压和癌症等。
铜：铜元素超标会引发高铜血症，严重者会引发呕血和黑便等症状，对肝脏造成很大影响。
此外，废水中的其他稀贵金属如钒、钴、锑、铊、锰、锡等也可能导致各种健康问题，包括头痛、头晕、失眠、健忘、神经错乱、关节疼痛、癌症等。
图1 重金属和稀贵金属废水对人体健康的危害-图源网络
2、重金属和稀贵金属废水对环境的危害
（1）影响生态平衡：某些重金属和稀贵金属是生物生长所必需的微量元素，但过量的情况下会对生物体产生毒害作用，破坏生态平衡；
（2）造成水体和土壤污染：重金属和稀贵金属污染物进入水体和土壤后，很难被降解或清除，长期积累会导致水体和土壤质量下降，影响农作物生长和水生生物的生存。
（3）形成毒性更大的化合物：一些金属与其他化合物结合后，会形成毒性更大的复合物，如甲基汞等。
图2 太湖边含超标重金属的废渣堆场-图源网络
3、重金属和稀贵金属进入生态的途径
重金属和稀贵金属进入生态的主要途径包括土壤污染、水体污染和大气污染。
（1）重金属和稀贵金属可以通过多种途径进入土壤，包括使用含有重金属的污水进行灌溉、重金属随大气降落进入土壤等。这些重金属一旦进入土壤，由于其不能被微生物分解，去除非常困难，可能会长期存在于土壤中，并通过生物链进入人体；
（2）重金属和稀贵金属也可以通过水体污染进入生态。它们可能通过风和淋溶作用进入水体，进而被鱼类等水生生物富集，最终通过食物链进入人体。此外，工业污染、交通污染和生活垃圾污染也是重金属和稀贵金属进入水体的主要来源；
（3）重金属和稀贵金属还可以通过大气污染进入生态。它们可以通过废气排放、粉尘传播等方式进入大气，然后通过降水等过程沉积在地面或被生物吸收，进而影响整个生态系统。
除了上述主要途径，重金属和稀贵金属还可以通过皮肤接触进入人体，例如通过使用含有重金属的化妆品或接触受污染的环境。此外，母婴渠道也是重金属进入人体的一个途径，母亲体内的重金属可以通过胎盘、血液或乳汁传递给胎儿和婴儿。
4、重金属和稀贵金属污染物常见的存在形式
（1）离子态：重金属和稀贵金属离子是最常见的存在形式。它们在水中溶解并以带电的形式存在，如铜离子（Cu2+）、铅离子（Pb2+）、金离子Au3+、银离子（Ag+）等；
（2）络合物：重金属和稀贵金属离子可以与其他化合物形成络合物。络合物是由金属离子与配位体（如有机分子、无机离子等）结合而成的复合物。络合物的形成可以改变重金属的化学性质和溶解度；
（3）沉淀：在一些条件下，一些重金属和稀贵金属离子可以与其他化合物反应形成不溶性的沉淀物。这些沉淀物可以在水体或土壤中积累；
（4）胶体：金属污染物可以以胶体的形式存在，即它们分散在水体中形成胶体颗粒。胶体颗粒的尺寸较小，通常在纳米到微米级别；
（5）颗粒态：金属污染物可以附着在颗粒物上，如土壤颗粒、灰尘、气溶胶等。这些颗粒态的重金属可以通过大气传输、水体流动或土壤侵蚀等方式进行迁移。
重金属和稀贵金属污染物在环境中的存在形式会受到水体的化学性质、土壤条件、微生物活动等因素的影响。了解重金属的存在形式对于评估其环境风险和选择适当的治理方法至关重要。
02
重金属和稀贵金属废水处理及再生回收利用方法
重金属及稀贵金属废水处理及再生回收利用的主要方法包括化学沉淀法、吸附法、膜分离法、电化学法和生物修复法等。这些方法各有优缺点，适用于不同类型和浓度的废水处理。
然而，废水、废液中的稀贵金属提取是一项十分重要的工艺，主要应用在PCB生产废水、电镀废水、工业废水、污泥或废料中对金、银、铜、镍、锡、钯、铑等稀贵金属的提取。根据金属的化学性质和物理性质的差异提取的过程复杂而多样，可以根据废水废料的类型、有价值金属含量和目标产品要求进行针对性选择。以下为几种常见的处理方法。
（1）化学沉淀法：通过投加化学药剂，使重金属和稀贵金属离子与药剂反应生成沉淀，然后通过沉淀分离去除重金属和稀贵金属。常用的方法包括氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法和钡盐沉淀法。
（补充说明）：
重金属和稀贵金属废水处理设备模块-XFPA物化沉淀处理设备（新锋科技产品）
XFPA物化沉淀设备主要针对高重金属离子浓度的化学污染工业废水，通过PH自动控制仪、电导率自动控制仪、ORP自动控制仪控制添加一定的药剂（铁盐、氢氧化钠、石灰粉、氧化剂和催化剂等），对金属离子破络、沉淀、过滤等工艺，使废水电导率小于500us/cm、COD小于50mg/L、氨氮、总磷和金属离子等达标排放。减少污泥的产生量。
图3 XFPA物化沉淀设备实景图
XFPA物化沉淀处理设备的亮点：
（1）XFPA物化沉淀设备罐体为密闭的锥形罐体，设置曝气系统、加药沉淀处理，根据实际废水的调试确定自动加药量，由于废水得到充分的反应，且反应快，相对敞开的综合沉淀池要环保得多。
（2）通过软件、仪表精准控制药剂的添加量，减少了药剂的添加量，避免由于过量加药导致产生大量淤泥（污泥量不到传统物化处理工艺的25%），节省了药剂成本和污泥的委外成本。
（3）体积小，同样处理量的设备仅为传统沉淀池体积的五十分之一。经XFPA处理后的水中金属含量均可以达到0.1-0.5毫克/升以下。XFPA出水排入中间水池收集，进入下一个程序处置。
（4）XFPA反应罐的锥体部分是快速沉淀淤泥的，其淤泥用压滤机进行泥水分离，压出的泥装袋干燥，压滤出的水水排入中间水池。利用检测仪器对水质进行测定和分析判断，添加适量的对应药剂，通过特殊结构和组成的设备来预处理重污染(污染物浓度高)废水。XFPA采用微机和自主研发的应用软件实现自动运行， XFPA就是一台自动化运行、精密加药、快速反应沉淀分离的高效一体化废水净化机。
表1 传统物化工艺与XFPA物化处理系统对比
（2）离子交换法：利用离子交换树脂对重金属和稀贵金属离子进行吸附和交换，将重金属和稀贵金属离子从废水中去除。这种方法适用于处理低浓度的稀贵金属废水。
（补充说明）：
重金属和稀贵金属废水处理设备模块-含镍废水处理及电解回收镍设备（新锋科技产品）
含镍废水镍收设备是采用离子交换吸附原理针对PCB和电镀企业的电镀镍、沉镍金、化学镀镍等生产线清洗段排放的含镍清洗水或换槽含镍废水进行镍回收，调节PH为4～6，用吸镍螯合树脂有选择性地将镍从漂洗水和废水中吸附出来，含镍的螯合树脂用稀硫酸正冲洗和反冲洗再生循环利用，收集吸镍螯合树脂洗脱液回收镍，洗脱液中含20g/L～40g/L的硫酸镍（可直接返回镀镍槽使用或用电解槽电解成镍块），经济效益非常可观。处理后的水镍含量小于0.02毫克/升，达到国家排放标准，成功的解决了含镍废水难处理到国家排放标准的难题。
图4 树脂吸附回收镍设备实景图
图5 含镍废液PH调节罐
图6 镍回收电解槽
图7 电解镍板
电解回收镍原理：
镍离子的树脂吸附反应方程式：
含镍废水处理及电解回收镍设备的亮点:
（1）针对废水排放标准要求总镍小于0.1mg/L，传统的重金属捕捉剂沉淀法已经不能稳定的达到标准。我司XFKR系统通过KR02树脂吸附处理，能够将总镍处理至上述排放标准要求。
实现对单一金属离子有选择性处理，可以从多种金属离子中选择性吸附处理。
（2）可处理废水的PH范围广，可处理PH1.5-9.0的废水，可以节省大量中和PH需用的液碱（国产树脂吸附需要先调节至PH6.0-7.0）。
推荐的树脂为德国进口，使用寿命长，可使用5年以上。
（3）成套设备配置系统PLC程序控制，树脂吸附、反洗、再生、曝气等功能由电动阀门、电磁阀和PH自动控制仪自动控制，一键启动后全自动运行。操作简单，操作人员劳动强度低。
（4）系统已经有诸多实际案例，受到客户的一致好评。
表2 膜过滤系统与XFKR树脂吸附系统对比
（3）生物处理法：利用微生物的代谢作用将重金属和稀贵金属离子转化为无毒或低毒的物质。例如，一些微生物可以将重金属和稀贵金属离子离子还原为较低的化合价态，或者将其转化为不溶性的物质。
（补充说明）：
重金属和稀贵金属废水处理设备模块-XFBS高效生化设备（新锋科技产品）
经过XFPA物化沉淀处理、XFKR树脂吸附处理后，将金属浓度和盐分降低后（生化系统的进水指标控制在电导率8000μs/cm以下）的废水进入菌种附着填料的生化设备中，在特定菌种的生化作用下，实现废水中的COD、氨氮和总氮等的达标处理，满足出水排放要求。
图8 XFBS高效生化设备实景图
由于把NH4+/ NH3 / NO2-/ NO3-转化成空气中的氮气、CO2和水，因此完全根据设计降低水体中的总氮、COD和磷、磷化物先进行物化净化处理，再进行生物处理继续降解。
XFBS生化净水槽是湖南新锋科技有限公司根据公司特有菌种（产地：德国）精心设计的净水设备。生化净水槽包括槽体、精密爆气系统、填料承载系统及导流口、泄料口等。模块化设计、全明管结构，安装方便，可适合不同地域场合。采用优质进口PP板材或碳钢防腐，适合水处理项目长期使用。
XFBS高效生化设备的亮点：
（1）生化菌种为德国进口，是好氧兼厌氧型菌种，不需要专门的厌氧池，菌种的生命力顽强，有氧和无氧的条件都能生存，生物菌群存活周期长，不容易死。
（2）根据废水中的具体物质选用适合的生物菌并分阶段逐渐将脏物去除到一定的标准，新繁衍的菌种可以吃掉死亡菌种的尸体，由此在整生物净水工艺中几乎没有淤泥
（3）通过调整废水生化的停留时间来控制生化降解效率，可以有效处理水体中的COD、氨氮、总氮和总磷的原液至达到比国家标准更严的地方标准排放。生物系统要放在地下离地面3米深或室内，否则天太冷会影响生物菌工作，特别在东北地区。
（4）XFBS工艺与最新的纳米技术相结合，工艺构造简单、成本低廉、电耗量小。
（5）设备占地小，设备适应外界温度范围（-10至45度的温度）。
表3 传统生物处理与XFBS高效生物系统对比
（4）电化学处理法：利用电解的原理，在废水中加入电极，通过电流作用使重金属和稀贵金属离子在电极上沉积或还原。这种方法可以同时去除多种重金属和稀贵金属离子，相较于其他方法具有高效、自动可控、灵活和复合工艺等特性，且不会产生二次污染。
典型案例—— 新疆某新能源企业
【项目类别】稀贵金属催化剂废水处理及铜回收
【处理目标】
该工程案例主要针对生产过程中的催化剂废液（硫酸铜、氯化铜、硫酸和盐酸的混合溶液）进行电解法处理，将铜离子浓度降低至20g/L以下，实现废液再生并循环利用，同时进行铜回收。
【技术指标】
图9 进水、回用水及出水指标
图10 硫酸铜-硫酸-盐酸体系催化剂电解回收铜设备
图11 电解铜片回收
图12 工艺流程图
【设备优势】
①硫酸铜-硫酸-盐酸体系催化剂废液通过电解降低铜离子浓度后，可以回用至生产线继续使用，节省硫酸、催化添加剂等原料成本。
②减少了废液排放量95%以上，减少了废液的委外处置成本。
③利用精心研发的针对性阳极框电解法，将硫酸铜-硫酸-盐酸体系废液中的铜离子进行回收，还原成优质高纯度的电解铜板，铜回收率98%以上，经济效益显著。
④对电解产生的硫酸、盐酸挥发性气体和少量氯气进行喷淋吸收和碱反应中和的工艺，避免废气外溢，保证系统的安全性。
⑤采用电解铜催化性涂层阳极钛板，在硫酸、盐酸混合酸体系下使用可保质运行18个月以上，使用寿命长。
⑥自动化程度高，系统操作维护简单，在安装调试中不影响生产。
（5）吸附法：利用活性炭、树脂等材料吸附废水中的重金属和有机物。活性炭是最常用的吸附剂，具有高效、可再生的特点。此外，生物吸附剂如藻类、真菌等也被用于处理低浓度的重金属废水，具有环保优势。
（补充说明）：
重金属和稀贵金属废水处理设备模块-含金废水回收金设备（新锋科技产品）
针对电镀含金清洗水及电镀金废液进行金回收，采用吸金树脂、活性碳有选择性地将金从清洗水和废液中吸附回来，处理后的水含金量≤0.00002g/L。含金废水树脂吸附回收金设备，用吸金树脂吸附低浓度含金废水中的金，收集吸金饱和的树脂，用高温喷枪火烧法或者电解法即可得金纯度在99%以上的金属金。含金树脂用高温焚烧冶金法回收金，经济效益非常可观。处理后的水，金90%回收，设备运行采用自动化控制。
图13 含金废水树脂吸附设备实景图
图14 一体化旋流电解回收金设备
图15 阴极滚筒电解回收金实景图
（6）膜分离技术：包括超滤、纳滤和反渗透，通过物理分离手段去除重金属和有毒物质。这种方法效率高，但运行成本较高，适用于处理高浓度的重金属废水。
03
治理重金属和稀有金属废水污染的成本和效益
首先，治理重金属和稀有金属废水污染的成本和效益主要体现在以下几个方面：
（1）设备投资：需要购买和安装专业的废水处理设备，如反渗透膜设备、离子交换树脂等，这些设备的成本较高。
（2）运行成本：包括设备的维护、能耗、药剂费用等。例如，反渗透膜技术虽然能有效净化水质，但需要定期维护和更换膜组件，同时能耗也相对较高。
（3）人工成本：需要专业的操作人员来运行和维护设备，人工成本也是不可忽视的一部分。
其次，治理重金属和稀有金属废水污染的效益也非常显著，主要包括：
（1）环境效益：通过有效的废水处理技术，如反渗透膜技术和离子交换技术，可以大幅度降低废水中的重金属和稀有金属含量，减少对环境的污染，保护生态环境。
（2）经济效益：通过废水处理和资源回收，可以节约大量的水资源，同时回收的稀贵金属等可以再次利用，在保护稀缺自然资源的同时大大降低了原材料成本，提高企业的经济效益。
（3）社会效益：改善当地居民的生活环境，提高公众健康水平，增强企业的社会责任感和形象。
04
未来展望
未来，新锋科技将继续坚持研发和创新，不断拓展业务领域，提高核心竞争力。公司将以成熟的重金属和稀贵金属污染物治理技术为基础，开发出更多具有竞争力的新产品，为环境保护和可持续发展做出更大的贡献。同时，新锋科技也将加强与各方的合作与交流，共同推动行业的发展和进步！
关于新锋
湖南新锋科技有限公司成立于2019年3月，总部位于湖南长沙，技术源起为中南大学气相沉积技术与薄膜材料研究室（1999年成立，致力于光电声热力新型功能材料开发20余年），以掺硼金刚石半导体功能材料研发和生产为起点，主要通过气相沉积技术从事半导体材料、生态健康材料、光电声热力功能材料的研发、生产和应用，是国内创新突破大尺寸、大面积金刚石电极制造的科技型企业。“金刚石电极制备关键技术与成套装备”科技成果通过省级第三方鉴定，并获得材料、环境、矿物等学科领域7位权威人士（含3位院士）“国际领先”的高度评价。
新锋荣誉
国家高新技术企业、湖南省专精特新中小企业、湖南省新型研发机构、湖南未来之星TOP100企业、湖南省重点工业新产品推荐企业、湖南省知名商标品牌、长沙市高性能金刚石电极技术创新中心、科技型中小企业、创新型中小企业、创新型新材料企业、中南大学研究生联合培养基地、湖南省“三高四新”战略发展扶持企业-卡脖子科研攻关项目、首届长沙“优秀发明人”、2022-2023湖南环境治理行业水处理领跑企业、湖南省企业创新达人、湖南省商标品牌协会会员单位、长沙市高层次人才创新创业促进会理事单位、湖南省工程师学会理事单位、湖南省环境治理行业协会会员单位、湖南省退役军人就业创业服务促进会会员单位、长沙市创业服务协会常务理事单位、长沙市企事业科协联合会理事单位、长沙市企事业科协联合会双碳经济与环保产业专业委员会第一届轮值会长单位及湖南省博士创新站等。
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本次论坛将面向全行业征集当前固体废物金属资源循环利用亟待解决的疑难问题和关心的热点、焦点、难点，并在会议现场设置专家问诊台，邀请资深专家和业内精英现场与参会代表面对面交流，为企业答疑解惑。
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三
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