電鍍廢水處理工藝及趨勢

林凱城，李永蓮，鄭銳東，陳彥彬，黃佳旭，林燕雄，鐘小寅

(1.揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 揭陽 522000；2.廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510300)

電鍍[1]是利用化學(xué)、電化學(xué)的方法對金屬或非金屬表面進(jìn)行防護(hù)、裝飾以及獲取某種新特性的工藝過程，是金屬表面的美容師。在工業(yè)上，電鍍工藝通用性強(qiáng)、使用范圍廣，幾乎所有工業(yè)部門都有電鍍廠或車間[2]。廢水污染是電鍍工業(yè)不可避免的環(huán)境問題，當(dāng)今最嚴(yán)重的環(huán)境污染問題之一[3]。因此，對電鍍廢水進(jìn)行綜合處理和回收利用，是工業(yè)廢水治理重中之重的問題[4]。目前，無害化是電鍍廢水治理必須牢牢把握的基本原則[5]。但是，如何實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的資源化，有用資源的回收利用，是電鍍廢水處理工藝研究的重中之重。本文重點(diǎn)分析各種電鍍廢水的處理技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合新的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，對廢水處理工藝在未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 電鍍廢水的主要來源

一般的電鍍工藝[6]包括電鍍前的表面預(yù)處理、電鍍過程及電鍍后鍍層裝飾工藝三個階段。每個階段根據(jù)鍍層金屬種類和工藝不同，在一定程度上都會大量產(chǎn)生廢水。其主要來源包括：(1)電鍍過程中的鍍件漂洗，其產(chǎn)生的廢水是電鍍廢水的主要來源之一，是整個車間廢水排放量的80%以上；(2)廢鍍液排放[7]。主要是倒槽工藝、過濾鍍液后剩下的廢棄液、過期的電鍍液等；(3)電鍍過程中由于管理不善產(chǎn)生的"跑、冒、滴、漏"廢水；(4)化驗(yàn)用水。包括廢水，電鍍工藝分析等化驗(yàn)分析用水。

2 電鍍廢水的水質(zhì)特性及危害

電鍍廢水的組成物質(zhì)非常多且復(fù)雜，其特性主要由電鍍液和化學(xué)清洗液的性質(zhì)決定。有害成分主要包括：(1)含酸堿和含氰(CN-)的廢水；(2)含Cr6+、Cu2+、Hg2+等重金屬離子[8]的廢水；(3)含有相當(dāng)數(shù)量的添加劑、光亮劑、顏料等有機(jī)化合物[9]，例如各種表面活性劑、香豆素、苯磺酸、EDTA、乙醇胺及硫脲等。電鍍廢水未經(jīng)處理直接排放，會對飲用水及工業(yè)用水造成污染，廢水中含有的重金屬如果進(jìn)入人體內(nèi)，將會導(dǎo)致人體皮膚及各大器官的病變、功能衰退，甚至引起致畸、致突變或癌變[10]。震驚世界的骨痛病和水俁病就分別是由鎘和重金屬汞引起的。有機(jī)物氨氮、磷酸鹽等會引起水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致水生動植物死亡。國家規(guī)定劇毒物質(zhì)--氰化物的最高允許排放濃度是0.3mg /L，若發(fā)生氰化物中毒，即使治愈后，還可能產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)后遺癥。因此，如何更有效的治理電鍍工業(yè)廢水，是電鍍工業(yè)中倍受關(guān)注的一個重大問題。

3 電鍍廢水的處理工藝

3.1 國內(nèi)外治理電鍍廢水的現(xiàn)狀

在國外，一直都比較注重從源頭上治理電鍍廢水，一些重污染技術(shù)也被淘汰了。在傳統(tǒng)的化學(xué)處理方式上使用藥效更高的藥劑，力爭達(dá)到少渣甚至無渣狀態(tài)；而一些先進(jìn)的技術(shù)諸如生物技術(shù)，近年得到較快發(fā)展，培育、馴化并逐漸普及使用各類菌種。在國內(nèi)，電鍍企業(yè)以粗放型經(jīng)營為主，大量消耗資源，技術(shù)明顯落后于國外電鍍行業(yè)。

3.2 處理工藝

電鍍廢水中含氰(CN-)、酸堿、重金屬離子和有機(jī)物等污染物，通常采用單一的處理工藝很難將所有的污染物除去，必須通過多個處理工藝的組合系統(tǒng)處理。按照處理方式的不同，可以將處理工藝分為物理方法、化學(xué)方法、物理化學(xué)方法和生物方法。

3.2.1 物理方法

物理方法是利用物理作用原理將廢水中呈懸浮狀態(tài)的污染物分離，并且不改變物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的處理方式，如蒸發(fā)濃縮法、反滲透法等。反滲透法是一種在高壓狀態(tài)下通過半透膜進(jìn)行過濾的濃縮分離技術(shù)。該法的特點(diǎn)是在處理過程中產(chǎn)生部分濃縮液可回用、稀液可回用于漂洗，沒有其它廢棄物產(chǎn)生。關(guān)鍵是要選擇透水性和選擇性好的半透膜。膜的強(qiáng)度、壽命以及膜對金屬離子的去除率不同導(dǎo)致的漂洗槽累積雜質(zhì)離子的問題有待進(jìn)一步提高[11]。

3.2.2 化學(xué)方法

化學(xué)方法是利用中和沉淀、氧化還原將重金屬沉淀或?qū)⒂泻?、有毒物質(zhì)分解為無害的物質(zhì)的處理方法。該法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、技術(shù)上較為成熟的電鍍廢水處理方法，主要包括化學(xué)還原法和化學(xué)沉淀法。化學(xué)沉淀法是指向廢水中投加化學(xué)劑，使需要去除的溶解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶物質(zhì)而析出的處理方法。SNHosseini等[12]采用石灰、氫氧化鈉等堿性試劑對含銅、鉻廢水進(jìn)行處理，在pH值分別為8.7和12時，Cr3+和Cu2+分別完全沉淀，可達(dá)標(biāo)排放廢水；HAAziz等[13]采用石灰石對含重金屬廢水進(jìn)行處理，在pH 值為8.5時，去除率可達(dá)到90%以上。

3.2.3 物理化學(xué)方法

物理化學(xué)方法是利用離子交換、膜分離或吸附劑等除去電鍍廢水中雜質(zhì)的一種方法。該法主要包括離子交換法、膜分離法和吸附法。

(1)離子交換法：利用離子交換劑與廢水中的有害金屬離子進(jìn)行交換以達(dá)到去除水中金屬離子的方法。樹脂法是電鍍工業(yè)上使用最普遍的方法，尤其是在處理貴金屬廢水的經(jīng)濟(jì)效益最為顯著。Rengaraj S等[14]研究了SKN1和IRN77樹脂對Cr(III)的去除效率。結(jié)果表明，樹脂能夠完全吸附濃度大于100 mg /L的金屬離子。THEom等[15]采用離子交換法，電鍍廢水中金屬的回收率高達(dá)97% 以上。

(2)膜分離法：利用具有選擇性的高分子進(jìn)行物質(zhì)分離的技術(shù)，包括電滲析、膜萃取等。厲威等[16]開發(fā)了一種具有多折流多段的電滲析系統(tǒng)去除和回收Cr6+。

(3)吸附法：利用具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的吸附劑去除重金屬離子的一種方法。Nah等[17]采用氧化鐵修飾合成具有磁性的沸石，其在較寬的pH 值范圍(5～11)內(nèi)對Pb(II)具有高的吸附能力和化學(xué)阻抗作用。Aklil等[18]發(fā)現(xiàn)改性天然材料在pH值=5時具有很好的吸附效果。

3.2.4 生物方法

生物方法是指將人工培養(yǎng)和馴化的具有特定化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分的菌株用于處理電鍍廢水中的重金屬離子的一種方法，主要包括生物絮凝法、生物吸附法、生物化學(xué)法等。生物絮凝法是利用微生物本身或其產(chǎn)生的代謝物對重金屬進(jìn)行絮凝沉淀的方法。生物絮凝劑含有的羥基和氨基通過與Hg2+、Au2+、Ag+等形成穩(wěn)定的鰲合物而使重金屬沉淀。生物吸附法是利用生物體本身特定的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分來吸附廢水中的重金屬離子的方法。生物化學(xué)法是通過微生物與金屬離子之間發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)形成不溶性化合物而除去金屬離子的方法。

4 結(jié)論及展望

當(dāng)前，電鍍行業(yè)廢水處理的關(guān)鍵問題是治理水平低、機(jī)械化水平低、專業(yè)化水平低、有效治理率低、廢水回用率低和治理成本高等。因此，深入開展電鍍廢水處理技術(shù)的有關(guān)研究，不斷革新技術(shù)就顯得特別重要。未來電鍍廢水的治理可以從以下幾個方面開展：

(1)運(yùn)用多元組合技術(shù)。如果單一使用一種廢水處理方法，由于行業(yè)和工藝的差異，很難達(dá)到理想的效果。只有依據(jù)電鍍廢水的組成成分，根據(jù)系統(tǒng)工程原則，應(yīng)用多元組合技術(shù)，合理安排好各個處理技術(shù)之間的銜接，才能達(dá)到最佳的處理效果。因此，在未來重金屬廢水處理中，多元組合技術(shù)將是一個熱點(diǎn)。

(2)發(fā)展閉路循環(huán)。可以說電鍍廢水是放錯位置的資源，推行全程控制的清潔生產(chǎn)，從源頭上綜合治理，實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高轉(zhuǎn)化率和循環(huán)利用率、回用率，實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的零排放。因此，在未來重金屬廢水處理中，零排放技術(shù)將是發(fā)展的主流方向。

(3)社會化治理。電鍍過程中產(chǎn)生的濃電鍍廢水較少并且分散，如果要求每個電鍍企業(yè)都建立廢水處理設(shè)施，這對于中小型電鍍企業(yè)來說將是沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為了既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的處理廢水，可以考慮選定一個城市或區(qū)域建立電鍍工業(yè)園集中回收處理廢水。因此，在未來電鍍行業(yè)發(fā)展中，電鍍工業(yè)園必將成為未來發(fā)展的趨勢。

(4)從源頭治理。研發(fā)和改進(jìn)電鍍廢水處理技術(shù)，固然可以更有效的處理廢水，但是如果研發(fā)出一些能夠從源頭上遏制電鍍廢水產(chǎn)生的方法和技術(shù)，如：開發(fā)新型電鍍槽，改進(jìn)和推廣應(yīng)用各種少污染甚至無污染的電鍍工藝技術(shù)，必將能夠從根本上減少電鍍廢水的產(chǎn)生甚至不產(chǎn)生廢水。

總之，電鍍廢水的治理只有立足于治本，從清潔生產(chǎn)工藝入手，通過建立電鍍工業(yè)園，采用多元組合處理技術(shù)，才能更好的完善治理效果。相信結(jié)合自動控制的多元化組合處理技術(shù)、回收利用廢水及其貴重物質(zhì)在未來將成為電鍍廢水治理發(fā)展的新主流。