综述：电池工业废水中重金属的去除：净零战略与目标的最新进展与未来展望

　　本综述系统阐述了电池工业废水中重金属（HMs）去除技术（如吸附、电絮凝（EC））的最新进展，强调了将废水处理厂（WWTPs）与资源回收策略相结合，对于实现净零排放、循环经济及支持可持续发展目标（SDGs）（如SDG 3、6、13）的重要性，为推进碳中和目标下的可持续水处理提供了理论与实践视角。

　　

电池工业废水中重金属的去除：净零战略与目标的最新进展与未来展望

摘要

环境污染物以及水质的下降已成为全球性挑战，快速工业化是其主要原因之一。电池制造业尤其如此，其所有生产阶段均消耗大量水资源，产生的废水中含有高浓度的有毒重金属（HMs），例如铅（Pb）、镉（Cd）、锂（Li）、钴（Co）、汞（Hg）和镍（Ni）。这些金属具有高毒性、持久性且难以生物降解，对生态系统和人类健康构成严重威胁。因此，从工业废水中有效去除重金属至关重要。先进的处理技术，包括吸附、膜过滤、电絮凝（EC）和植物修复，已在去除这些污染物方面展现出良好效果。例如，具有大比表面积和高电荷密度的金属-有机框架（MOFs）显示出作为吸附剂的强大潜力。电絮凝（EC）的去除率超过90%，且适用于工业规模应用。本综述旨在整合理论知识与实际应用，推动电池工业废水处理向环境友好、成本效益高的方向发展。生物吸附、低成本吸附剂和金属回收等方法进一步促进了可持续性。将废水处理厂（WWTPs）与回收策略联系起来，为净零排放提供了一条途径，即对废水进行处理以最大限度减少环境影响。这与更广泛的可持续发展目标相一致，包括减少温室气体（GHG）排放、提高水回用率以及促进循环经济实践。同时，这也支持了可持续发展目标（SDGs）：SDG 3（良好健康与福祉）、SDG 6（清洁饮水和卫生设施）以及SDG 13（气候行动）。通过采用创新的处理策略，废水处理厂可以在减少污染、保护生态系统和推进全球碳中和方面发挥关键作用，尽管全面实施仍需进一步努力。

缩略语

本文涉及的部分缩略语包括：人工智能（AI）、砷（As）、二维（2D）、交流电（AC）、镉（Cd）、电流密度（CD）、钴（Co）、共价有机框架（COFs）、铜（Cu）、人工湿地（CWs）、直流电（DC）、新型流化床均相造粒（FBHo-G）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、温室气体（GHG）、氧化石墨烯（GO）、汞（Hg）、重金属（HMs）、物联网（IoT）、生命周期评估（LCA）、层状双氢氧化物（LDHs）、锂（Li）、锰（Mn）、金属-有机框架（MOFs）、镍（Ni）、铅（Pb）。

电池工业来源的重金属与环境关切

重金属是广泛存在的环境污染物，存在于众多工业领域，包括电池制造业。环境中的重金属污染影响着生物有机体和人类健康。与有机污染物不同，重金属无法自然降解，一旦释放到生态系统中，容易在生命体中积累，可能对动物、植物和人类造成危害。生态系统中的重金属暴露，如Pb、Cd和Li，可通过食物链等途径威胁生态健康和人类福祉。

电池工业废水中重金属的去除方案

近年来，用于从废水中去除重金属的先进方法的实施得到了显著扩展。下文将重点讨论和审视最常用的尖端技术，例如吸附、基于膜的过滤、植物修复和电絮凝（EC）及其效率。这些方法具有若干显著优势。

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  吸附技术：吸附法因其操作简单、成本相对较低且效率较高而被广泛应用。金属-有机框架（MOFs）等新型吸附材料，凭借其巨大的比表面积和可调控的孔结构，对特定重金属离子表现出高选择性和吸附容量。其他吸附剂如活性炭、生物炭、层状双氢氧化物（LDHs）和氧化石墨烯（GO）也在研究中显示出潜力。
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  膜过滤技术：膜技术，包括反渗透（RO）、纳滤（NF）和超滤（UF），能够基于尺寸排阻和电荷作用有效分离重金属离子。这些技术可获得高质量的出水，但可能面临膜污染和能耗较高的挑战。
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  电絮凝技术（EC）：电絮凝是一种高效的电化学处理工艺，通过电解产生絮凝剂（如铝或铁氢氧化物）来去除水中的重金属离子。该技术具有去除效率高（常超过90%）、污泥产量相对较少、易于实现自动化等优点，特别适合处理高浓度重金属废水及工业规模应用。
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  植物修复技术：植物修复利用特定植物及其根际微生物吸收、富集或降解污染物，是一种环境友好的原位修复技术。虽然处理周期较长，但其建设和运营成本较低，并具有生态修复价值。

实现净零的路径

电池回收通过显著减少回收过程中的碳足迹和生态影响，为实现碳中和目标提供了显著效益。它通过促进环境可持续性、提高资源的生态效率利用以及推动环保技术进步来支持碳中和目标。总体而言，这些益处培育了一个更具韧性和可持续性的电池回收产业，支持更广泛的气候行动。

未来方向与建议

尽管在从电池废水中去除金属方面取得了显著进展，但仍需进一步改进以提高处理效率、可持续性以及与净零目标的一致性。未来的研究和实践应关注以下关键领域：

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  从实验室规模研究转向中试和实际应用至关重要，以验证那些能够实现重金属回收和再循环的环保处理方法的性能、持久性和经济可行性。
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  开发更智能、集成的处理系统，结合人工智能（AI）和物联网（IoT）进行实时监控和优化。
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  加强生命周期评估（LCA）在研究中的应用，全面评估各种技术的环境影响。
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  制定支持重金属回收和废水回用的政策和标准，促进循环经济模式。

结论

由于来自各种污染源的重金属被释放到生态系统中，全球对污染的关切急剧上升。基于电池工业废水中重金属的特性，建议使用电絮凝（EC）作为最合适的去除工艺，因为它效率高、能同时去除多种金属且化学品使用量最小。该技术特别适用于处理高浓度重金属，并且非常适合工业规模应用。将先进的处理方法与资源回收和净零排放战略相结合，是推动电池行业走向更可持续未来的关键。

作者贡献声明

Van-Giang Le: 文稿审阅与编辑，初稿撰写，形式分析，数据整理，概念化。 The Anh Luu: 可视化，项目管理，调查，数据整理，概念化。 M. Ky Nguyen: 文稿审阅与编辑，可视化，资源获取，方法论，调查，数据整理，概念化。 Gia-Cuong Nguyen: 文稿审阅与编辑，软件，资源获取，方法论。 Ai-Quynh Nguyen: 软件，资源获取，调查，形式分析。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能影响本报告所呈现的工作。

致谢

本研究由越南河内国家大学的研究项目（编号QG.23.53）资助。