涂料工业废水化学与电化学处理的进展：工艺、性能、可持续性及未来展望

《Sustainable Chemistry One World》：Advances in Chemical and Electrochemical Treatment of Paint Industry Wastewater: Processes, Performances, Sustainability, and future perspectives

　　

摘要

全球水性涂料产量稳步增长，而溶剂型涂料产量则呈下降趋势。因此，所产生的废水含有高浓度的有机物、悬浮固体、有毒化合物、重金属、油类及颜料，对环境和人类健康构成严重威胁。因此，在处理后再将废水排放至自然水体之前，对其进行必要的处理是符合严格环境法规的。针对这一需求，本综述全面评估了应用于涂料工业废水处理的各种技术，重点关注物理化学法、电化学法、高级氧化工艺及其组合工艺。此外，还从技术性能、运行限制、成本、环境影响及可扩展潜力等方面对这些方法进行了比较分析。同时，还探讨了影响工艺性能的关键参数，并对技术创新与优化的未来展望进行了讨论。

引言

全球对工业废水污染的关注日益增加，促使人们更加重视开发有效的处理技术和可持续的管理措施。在众多工业领域，涂料和涂层行业因其废水成分复杂且具有危险性而带来尤为突出的环境挑战。涂料生产会产生大量废水，其中主要来自设备清洗操作，约占废水总量的80%[1]。这些行业用水量巨大，估计每日消耗2.84亿至3.21亿升水，但仅有约4%得到回收利用[2]。此外，涂料生产废水的物理化学组成因所用原材料、生产工艺及各工厂的具体特性不同而存在显著差异[3]。

因此，涂料行业的废水呈现高度异质性，包括重金属、高化学需氧量（COD）、浊度、有机物和悬浮固体。因此，在将这些污染物排放至环境之前，必须将其浓度降至可接受水平。此外，其持久性还会带来严重的环境风险，如受纳水体的耗氧、水生毒性、生物富集以及处理不当时对土壤和地下水的长期污染，从而加剧对人类健康和生态系统完整性的威胁[4]、[5]。

为减轻这些环境影响，各行业正越来越多地采用可持续、经济且技术可靠的废水处理策略。然而，涂料工业废水的适当处理方法的选取在很大程度上取决于废水的组成、来源及相关工业工艺的具体特性。因此，根据运行原理，目前应用于涂料行业废水的处理技术可分为物理化学法、生物法、电化学法和高级氧化工艺。常用的方法包括混凝-絮凝、吸附、过滤、电化学处理及高级氧化工艺[6]、[7]。

本综述旨在系统分析涂料生产废水的物理化学特征及其处理面临的挑战，重点关注化学法、电化学法和高级氧化工艺。本综述批判性地评估了各工艺的性能、局限性及可扩展性，特别关注处理效率、能耗、经济影响及环境效应。此外，本综述还突出了混合处理系统、数字工具及数据驱动方法的最新进展，并概述了未来研究方向，以开发针对涂料工业废水的可持续、节能且符合法规要求的处理方案。

章节摘要

综述方法

为确保透明性、可重复性及方法论的严谨性，本综述遵循系统综述与荟萃分析报告条目首选项目（PRISMA 2020）指南的原则进行。开展了系统文献检索，以识别与涂料生产废水处理的特征、处理挑战及技术发展相关的研究。

文献检索于2025年5月通过进行

涂料行业废水的特征

涂料行业产生的废水具有固有的复杂性，包含广泛的有机和无机污染物，对有效处理构成重大挑战。该废水主要产生于搅拌器、反应器、搅拌机、包装设备及厂房地面的清洗过程中，在此过程中使用了各种类型和数量的化学品，导致废水组成的显著波动[8]。图2显示了涂料的

涂料工业废水的不同处理方法

涂料行业所产生的废水处理涉及应用不同的处理途径，每种途径均针对特定污染物并满足明确的处理目标而量身定制。如图4所示，这些途径大致分为三大类：化学和物理方法、电化学方法以及高级氧化。图3展示了应用于涂料废水的各种处理方法。

如前所述，涂料制造

涂料行业可持续废水处理中的混合方法

涂料行业废水成分复杂且波动剧烈，往往限制了单一传统处理方法的效率。为克服这些热力学和动力学限制，结合化学、电化学和膜分离过程的混合处理架构已成为工业水回用方面高度有效的范式，尤其适用于实现更优的化学需氧量（COD）去除效果（表2）。这些集成

涂料废水处理各种方法的比较评估

涂料行业产生的废水成分复杂，包括高浓度的有机物、颜料、重金属、表面活性剂、溶剂及难降解化合物。这些废水通常表现出较高的化学需氧量（COD）、深色调和低可生物降解性，使其通过传统单工艺方法的处理极具挑战性[104]。因此，需要采用从

涂料废水回用的工业实施、案例研究及运行挑战

随着工业废水排放环境法规日趋严格以及对可持续水资源管理实践需求的增加，涂料废水处理在工业领域的实施变得越来越必要。尽管在开发高效处理技术方面取得了相当大的进展，但已发表的文献仍以使用实际工业废水进行的实验室规模研究为主。尽管如此，

涂料行业废水处理的环保与经济考量

经济可行性是涂料行业废水处理技术选型中的决定性标准，该行业的废水通常具有深色调、高浓度有机物以及金属、颜料和有机溶剂的存在。全面的经济评估通常涵盖资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX），包括能耗、人力需求、化学药剂用量，

作为综合可持续性指标的碳足迹与生命周期评估

生命周期评估（LCA）已成为评估废水处理技术环境可持续性的必要工具，超越污染去除效率与运营成本等传统指标。根据ISO 14040/14044标准，LCA系统量化处理系统全生命周期内的环境影响，从原材料开采和设备制造到运行、维护、污泥管理以及

涂料废水处理的未来创新

法规约束和因不合格废水排放而产生的巨额罚款极大地激发了处理技术的创新，促使行业采用日益高效、可靠且可持续的废水管理和环境保护方案。在涂料行业，废水处理仍是一项重大挑战，因其对生物物理环境和生物体产生显著影响，同时高度依赖于社会经济

结论

环境法规的日益严格已成为推动工业废水排放标准合规的核心驱动力，尤其是在涂料制造领域。尽管如此，涂料行业废水仍是处理难度最大的废水之一，因其组成复杂、异质性强且具有化学难降解性，这要求开发高效且可持续的处理策略。

近几十年来，各种处理技术

未引用参考文献

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作者贡献声明

Boutaina Belkhader：撰写初稿、方法论、形式分析、数据整理、概念构思。Elazhar Maryem：撰写审阅与编辑、方法论、调查研究、形式分析。Abri Rabi：可视化、调查研究、数据整理。EL Mahdi Hbaiz：验证、监督、项目管理、概念构思。Karim Ben-Habib：验证、方法论、形式分析、数据整理。Azzeddine Elmidaoui：概念构思。Taky Mohamed：概念构思。Fatima

利益冲突声明

作者声明不存在已知的财务利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。

Boutaina Belkhader|Rabii Abri|Maryem ELazhar|Karim Ben-Habib|EL Mahdi Hbaiz|Azzeddine Elmidaoui|Fatima Elazhar