電鍍污泥處置方法現狀及發展趨勢

樊銳 ，李才 ， 邵敏 ， 劉玉坤 ， 管志云

（1.新蘇環保研究院（江蘇）有限公司，江蘇常州213000；2.上海環境工程設計研究院有限公司，上海200040）

1 電鍍污泥的市場規模

1.1 電鍍污泥的產生量

在電鍍工藝中，會采用包括銅、鋅、鎳、鉻等多種重金屬，電鍍后，其中金屬會進入了電鍍廢水。現階段對電鍍廢水的處理，一般是物理法、化學法和生物法。其中化學法是目前國內外應用最普遍的，據報道，我國約有41%的電鍍廠采用化學法處理電鍍廢水[1]。

我國約有15000家電鍍生產企業，有3億m2電鍍面積生產能力，每年排放約40億m3電鍍廢水，廢水產生約1000萬t電鍍污泥[2]。

1.2 電鍍污泥的經濟效益

電鍍污泥中通常含有3%～5%鉻、2%～4%鎳、1%～2%銅、1%～2%鋅和80%水。品位遠高于金屬富礦石，具有很高的經濟效益。以鎳為例：一般鎳礦石，當含量達到2%的鎳時就具備了開采條件，而一般電鍍污泥中鎳含量為2%～4%，可見電鍍污泥的金屬回收利用價值很高。例如：假設某危廢處置企業每年處置含銅電鍍污泥20萬t，銅含量平均在2%，按照銅回收率98%，回收銅金屬價格30000元/t，污泥處置費是 2000元/t，那么一年的總收入是：5.2億元。那么全國1000t的電鍍污泥，僅銅的資源化總值是：260億元，由此可見，電鍍污泥資源化的經濟效益是很可觀的。

2 電鍍污泥的性質與危害

電鍍污泥含有銅、鎳、鉻和鐵[3]等多種金屬，成分很復雜，有些具有電鍍污泥還含有大量的氰化物等。但電鍍污泥中重金屬等有害物質性質不穩定，在環境中會遷移性，導致生物體內積累，重金屬在外部環境作用下會流入環境，分布在水體、大氣和土壤中，最終進入食物鏈，造成全生態系統的污染。

3 電鍍污泥的處置方法

3.1 電鍍污泥的減量化處理

電鍍污泥是來源電鍍廢水，作為電鍍污泥的產生單位，要想實現電鍍污泥的減量化，主要有三個辦法：一是采用更先進的、更環保的電鍍工藝，做到電鍍廢水減量或電鍍廢水中的金屬最大化利用。二是實現電鍍廢水的分流，需將不同電鍍工藝（電鍍銅、電鍍鎳、電鍍鋅等）產生的廢水分開存儲與處理，一方面可提升電鍍污泥中的金屬品味，提高附加值；另一方面降低電鍍污泥的處理難度。三是采用節能減排技術，實現出廠的電鍍污泥含水率降低，減少電鍍污泥的總量，減輕了電鍍污泥的存儲、運輸風險和下游危廢處置企業的處置壓力。

3.2 電鍍污泥的資源化處理

3.2.1 火法處理技術

火法熔煉前，電鍍污泥要先進行烘干等前處理，有時為了提高熔煉效率，通過添加目標金屬來提高污泥中的金屬含量，加入鐵礦石、石英石、石灰石等作為熔煉輔料，以煤炭、焦碳為燃料，并以碳和煤燃燒過程產生的一氧化碳為還原物，在電鍍污泥火法熔煉中，添加劑的種類與用量等因素對工藝影響較大。由于電鍍污泥含有大量水，熱值低，同時金屬含量相對較少且金屬種類多等特點，所以火法熔煉在處理電鍍污泥會存在能耗高、金屬回收單一且回收率不高、煙氣難以處理達標等缺點。

3.2.2 濕法處理技術

電鍍污泥濕法提取重金屬是添加化學試劑將電鍍污泥浸出與分離。其前提是將重金屬從電鍍污泥中浸出并在溶液中穩定存在，電鍍污泥的處理主要有酸浸和氨浸兩種工藝。

3.2.2.1 酸浸

李盼盼[4]以硫酸為浸出劑，研究電鍍污泥中銅和鎳的浸出率，從不同的酸加入量考察了對銅和鎳浸出效果的影響，實驗結果表明，加入10%硫酸，振蕩0.5h后，污泥中銅和鎳的浸出率均在95%以上；而李鵬[5]則分別考察了三種低分子有機酸對電鍍污泥中鋅和鉛等重金屬浸出效果，結果表明檸檬酸對鋅和鉛浸出效果比其他有機酸要好。

濕法浸出電鍍污泥的金屬的大量研究結果發現：當浸出液濃度提高，整個工藝產生廢水量小，但酸浸存在金屬浸出選擇性差，浸出液凈化過程復雜，消耗大量的酸堿及除雜劑等缺點。

3.2.2.2 氨浸

因酸浸存在選擇性差等缺點，研究者開發了氨浸法資源化處理電鍍污泥中工藝。氨浸法是采用氨水為浸出劑，利用氨水中的銨根選擇性絡合電鍍污泥中有價金屬元素，從而達到與其他金屬元素分離的目的。

程潔紅[6]使用 NH3·H2O-（NH4）2SO4體系對電鍍污泥中銅、鎳、鋅浸出，采用氫還原實現氨浸液中銅、鎳與鋅的分離。

但氨浸法也存在如濃度大于18%時的氨水容易揮發，有很大的刺激性氣味等缺點，操作環境惡劣，所以氨浸法對設備的密封性要求很高，浸出裝置要求較高的密封性和耐腐蝕性。

3.2.3 火法-濕法聯用處理技術

火法-濕法聯合處理電鍍污泥工藝，是先通過火法工藝進行預處理，脫除電鍍污泥一些成分如水、有機物及部分雜質，預處理后，有價金屬得到富集，再選用合適的浸出劑浸出有價金屬。該工藝對處理高有機物、復雜成分的污泥較有意義。

陳嫻等[7]對電鍍污泥先采用炭還原和焙燒，再采用硫酸浸出和萃取對銅進行了分離，萃取得到的硫酸銅溶液，經濃縮結晶后，得到純度大于97%的硫酸銅晶體，該聯用工藝解決了火法工藝處理電鍍污泥的原料金屬品位低、投資高、二次污染嚴重的問題，同時相對單獨的熔煉設備，采用還原焙燒預處理工藝，其設備的投資和控制難度也低。為混合電鍍污泥的資源化利用提供了另一個可行方案。

3.2.4 電鍍污泥資源化處置技術對比（表1）

表1 電鍍污泥資源化處置技術對比

3.3 電鍍污泥的無害化處理

3.3.1 材料化

電鍍污泥的材料化技術是指利用電鍍污泥為原料或輔料生產建筑材料、磁性材料、陶瓷材料等材料的過程。Ract[8]進行了研究，結果發現將含量是2%的含鉻電鍍污泥加入水泥中，不會影響水泥的強度，這進一步為電鍍污泥無害化處理提供了思路。

3.3.2 固化/穩定化

固化/穩定化處置電鍍污泥是一種非資源化處置方法，目的是使電鍍污泥中的重金屬被包容起來，無凈出毒性，以降低危險性，最終予以填埋。Hills[9]研究發現，水泥和粉煤灰按照一定的比例加入并固化，可以很好的防止重金屬的浸出。

4 電鍍污泥資源化處置方法的發展趨勢

4.1 火法

火法有色金屬冶煉和金屬再生冶煉經歷了從傳統鼓風爐到富氧熔池熔煉技術的發展，60年代中期，中國成功地進行了料封式密閉鼓風爐工業試驗后，相繼用以改造敞開式鼓風爐，解決煙害問題。至此中國的敞開式鼓風爐銅锍熔煉已全被料封式和料鐘式密閉鼓風爐取代，至此密閉鼓風爐得到快速發展，特別在冶金行業，2006年，某公司首次將密閉鼓風爐應用到電鍍污泥的火法熔煉，實現該技術在危廢處置領域的應用，但早在2011年，鼓風爐在銅再生領域就被列入重點淘汰產品《國家明令淘汰的落后生產工藝裝備產品目錄》，目前比較先進的技術有富氧熔池熔煉（頂吹、底吹、側吹）等。

從市場看，富氧側吹熔池熔煉爐工藝在危廢領域已有成功應用案例，并且越來越多的環保企業開始采用該先進的工藝來進行危廢資源化：某公司于2014年已將該技術成功應用于重金屬危廢資源化項目，處理規模8萬t/a，該項目已運行3a多，目前該公司有其它兩個類似項目正在進行設計[10]。

現從以下幾點對比密閉鼓風爐與富氧側吹熔池熔煉爐處理電鍍污泥優缺點（表2）。

表2 密閉鼓風爐與富氧側吹熔池熔煉爐處理電鍍污泥優缺點

4.2 濕法

由于電鍍污泥的含水率很高，可以利用電鍍污泥中的水分充當溶解介質，所以濕法工藝在處理電鍍污泥中有一定優勢，主要有酸法和堿法，兩者對比優缺點如表3。

表3 酸法和堿法處理電鍍污泥的對比

由此可見：酸法和堿法在處置電鍍污泥各有弊端，但隨著技術的發展，以后發展方向有一下幾點：①廢水的零排放：不論酸法和堿法，都很難實現廢水的無限循環，溶解后的廢水中含有有機物、鹽類都會最終影響電鍍污泥的溶解，目前有采用MVR技術，蒸餾回收水，滿足整個工藝的水平衡。②多工藝組合處理：處置電鍍污泥的上述方法各有其優缺點，應該根據電鍍污泥的成分進行選擇。對有金屬回收價值的電鍍污泥，優先考慮資源化處置技術。對于單組分且有機物含量少的電鍍污泥，可采用濕法技術，具有設備投資低、二次污染小、金屬回收率高等優點；對于多成分且有機物含量高的電鍍污泥，可采用還原焙燒-濕法技術，解決了火法熔煉工藝設備投資高、煙氣污染嚴重、金屬回收率低的問題，還原焙燒預處理設備的投資和控制難度也大大低于熔煉設備；對于成分復雜、毒性大、金屬價值不高的電鍍污泥，可采用無害化處置技術，如固化/穩定化。

由分析結果可見：電鍍污泥的資源化處置是當前幾種處置方法中最有前景的。以后的電鍍污泥資源化處置發展趨勢，可以總結如下：①對于大規模的電鍍污泥資源化處置，宜采用火法資源化技術，建議采用富氧側吹熔池熔煉爐等先進工藝進行熔煉資源化；②對于小規模的電鍍污泥資源化處置，建議采用濕法和火法（玻璃化熔融）聯用技術，實現金屬資源回收、廢水零排放、徹底無害化。