综述：从资源回收的角度来看：用于处理重金属复合废水的电化学处理技术系统

《Chemical Engineering Journal》：From the perspective of resource recovery: Electrochemical treatment technology system for heavy metal complex wastewater

电化学技术通过温和反应条件实现重金属复合废水的脱络与资源回收，系统梳理了电还原、电氧化、电化学混凝及电芬顿反应的机理与效率，构建涵盖技术性能、经济性和环境可持续性的资源回收效率评价体系，提出高活性电极材料开发、多技术耦合及全生命周期评估的未来方向。

　　

王荣|张晨阳|李俊毅|孙伟

国家矿物加工科学技术重点实验室，教育部金属资源开发利用减排工程研究中心，中南大学矿物加工与生物工程学院，中国湖南省长沙市410083

摘要

随着工业的快速发展，重金属复合废水的排放量日益增加。传统的处理方法难以有效破坏这些化合物的稳定结构，因此高效处理此类废水已成为亟待解决的问题。同时，作为不可再生战略资源，重金属具有极高的回收价值。电化学技术由于其反应条件温和、过程可控以及同时具备污染物去除和资源回收潜力等优点，已成为重金属复合废水可持续处理和资源回收的关键技术途径。本文系统回顾了以资源回收为中心的电化学处理技术体系，重点阐述了电还原、电氧化、电凝聚和电芬顿等主流技术的反应机理、处理效率和应用特点，并介绍了自驱动电化学和光电催化等新兴的低能耗和可持续技术。此外，构建了一个涵盖技术性能、经济可行性和环境可持续性的资源回收效率评估体系，为技术选择和工艺优化提供了理论依据。未来的发展方向包括高性能电极材料的开发、多种技术的智能耦合以及全生命周期评估标准的建立，旨在实现重金属复合废水的高效处理和资源的高值回收。本文系统梳理了该领域的研究进展，提出的评估体系和发展方向可为相关学术研究和工程实践提供参考，有助于实现重金属污染控制和资源循环利用的双重目标。

引言

随着电镀、冶金、化工和制药等行业的发展，大量重金属复合废水被排放到环境中[1]、[2]、[3]、[4]。废水中的重金属离子（如Cu、Ni、Pb、Cr）倾向于与有机配体（如乙二胺四乙酸（EDTA）、柠檬酸、氨基羧酸）形成稳定的金属-有机复合物。这些复合物具有较高的络合常数和较强的水溶性。传统的化学沉淀、吸附和离子交换方法难以破坏其配位键，导致重金属去除效率低且二次污染风险高。这些重金属复合物不仅对水生生态系统造成严重破坏，还会通过食物链积累，对人类健康构成长期威胁[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。同时，作为不可再生且具有重要价值的资源，重金属在国防和军事建设以及国家经济发展中发挥着重要作用。鉴于目前高质量矿产资源的稀缺性，从废水中高效回收重金属具有重要的经济价值和环境意义[11]、[12]。

目前，重金属复合废水处理技术主要分为三类：化学方法、物理方法和生物方法。化学方法包括化学沉淀和高级氧化工艺[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。这些方法通过添加化学试剂进行沉淀或生成强氧化自由基来破坏有机配体的结构，再通过沉淀等方式去除重金属离子。然而，这些方法存在化学试剂消耗量大、能耗高和二次污染风险大的问题。物理方法如膜分离、吸附和离子交换技术[1]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]可以在一定程度上实现分离和富集，但难以实现重金属的资源化利用，会产生高浓度富集液或具有高环境风险的洗脱液，并面临膜污染和吸附剂再生困难等瓶颈。生物方法[25]、[26]、[27]具有环保和低成本的优势，但生物系统对复杂废水的适应性较差，其处理效率和稳定性难以保证。

在这种背景下，电化学技术在高效处理和资源回收方面展现出环境优势[28]。基于电极反应和离子迁移原理，电化学技术可以同时实现复合物的解络、重金属的还原回收和高附加值产品的制备。它具有反应条件温和、可控性强、无需大量化学试剂的特点，且与其他技术相比易于自动化。近年来，含重金属复合废水处理领域的电化学技术研究取得了许多突破，出现了电氧化、电还原、电芬顿和自驱动电化学等多种工艺，以及功能化电极和新电解质系统等关键技术创新，为该领域的发展注入了新的活力。

然而，大多数现有的电化学技术综述侧重于自由态重金属离子的处理技术和效率优化，而对稳定存在的重金属复合体系关注不足。这些综述仅简要提及去除络合重金属的挑战，缺乏对复合物解络机制和针对性处理技术的系统整理和深入分析，难以满足复杂工业废水中重金属复合体的特殊处理要求。同时，现有综述通常以污染物去除为核心目标，侧重于阐述技术的去除效率、工艺参数优化和二次污染控制，但忽视了重金属作为不可再生战略资源的回收价值。这些综述未能形成解络-分离-回收-高值利用的完整技术链的系统整理，也缺乏对资源回收效率的多维度评估。

在现有综述的基础上，本文以重金属复合体为核心研究对象，系统整合了电还原、电氧化和电芬顿等电化学技术的解络机制和资源回收途径。虽然以往的研究为处理机制提供了宝贵见解，但本文从资源利用的角度系统探讨了络合重金属的处理方法，并创新性地构建了一个涵盖技术性能、经济效益和环境成本的全面资源回收效率评估框架。通过定量指标和加权模型，该框架实现了不同技术的全面比较，为实际工程中的技术选择和优化提供了结构化工具，弥补了现有研究中评估标准不统一的不足。

节选内容

电还原

电还原技术是重金属复合废水电化学处理的核心方法之一，尤其是在资源回收的背景下。根据还原过程中电子转移途径和活性种类的不同，该技术主要分为直接电还原和间接电还原两类。

优缺点比较

电化学技术体系为重金属复合废水的资源化处理提供了多种解决方案。电还原技术在直接回收高价值金属方面具有独特优势；电氧化技术是破解高稳定性复合物的关键；电凝聚技术因其成本效益高和操作简便而在分离和富集过程中发挥重要作用；电芬顿技术及其

结论与展望

电化学技术已成为重金属复合废水处理从单纯“去除”向“回收和循环”转变的关键技术途径，这得益于其温和的反应条件、过程可控性、易于耦合的特点，以及“清洁工艺”和“资源回收潜力”这两大显著优势。本文系统梳理了以资源回收为中心的电化学技术体系，其核心逻辑在于打破

CRediT作者贡献声明

王荣：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据整理、概念构思。张晨阳：撰写 – 审稿与编辑、资源获取、概念构思。李俊毅：撰写 – 原稿、概念构思。孙伟：撰写 – 审稿与编辑、概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（编号：2025YFE0107600）和国家自然科学基金（编号：92462307）的重大研究项目支持。