李 峰， 吳 欲， 胡如南

(1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北 武漢 430030;2.無錫宏聯(lián)電鍍設(shè)備有限公司，江蘇 無錫214185;3.北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100876)

我國電鍍廢水處理回用的現(xiàn)狀及探討

李 峰1， 吳 欲2， 胡如南3

(1.武漢材料保護(hù)研究所，湖北 武漢 430030;2.無錫宏聯(lián)電鍍設(shè)備有限公司，江蘇 無錫214185;3.北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100876)

主要介紹了我國目前電鍍廢水處理回用方面的現(xiàn)狀，分析和探討了幾種回用方式的優(yōu)點(diǎn)和存在的問題以及解決的方法，推薦了比較符合國內(nèi)目前現(xiàn)狀的電鍍廢水處理回用措施，展望了電鍍廢水處理回用方面的發(fā)展趨勢。

電鍍廢水;處理回用;線邊處理;離子交換樹脂法

引 言

近年來，我國政府和廣大民眾越來越認(rèn)識環(huán)境保護(hù)對人民生活和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展的重要性，特別是去年國家各種新的環(huán)保法令的公布，更促進(jìn)了工業(yè)界對環(huán)境保護(hù)的重視。我國是一個缺水大國，可供人民生產(chǎn)生活的水量不足世界人均占有量的1/2，在我國北方部分地區(qū)甚至只有1/3～1/4，節(jié)約和有效利用水資源是當(dāng)務(wù)之急。

電鍍生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水在工業(yè)生產(chǎn)中是主要的水污染源之一，電鍍業(yè)是用水大戶。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國的電鍍生產(chǎn)每年排放4億噸含重金屬廢水［1］。目前，國內(nèi)大部分電鍍廠是將電鍍生產(chǎn)線排放的廢水用化學(xué)、電解或生物處理方法達(dá)到相關(guān)的國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行排放。這樣處理后的排放水雖然達(dá)到相關(guān)的國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但其中的很多指標(biāo)并不能達(dá)到直接循環(huán)回用到電鍍生產(chǎn)線上，甚至也不能利用在清洗和綠化等方面［2］。

近幾年來，由于國家環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)方面要求的提高，在我國北京、上海、廣東及江浙等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，新建或改造電鍍生產(chǎn)線項(xiàng)目，環(huán)境保護(hù)管理部門都要求水的回用率在50% ～90%以上，有的甚至需要零排放。這就要求電鍍工作者、專業(yè)設(shè)備制造廠及環(huán)保專家在電鍍廢水的回收利用方面做更深入的工作。

要避免片面盲目地追求電鍍廢水的“零排放”，要綜合考慮所涉及的各方面因素，應(yīng)將能源消耗和排放達(dá)到最小化，以達(dá)到國家要求的水的小排放或微排放為宜。從目前環(huán)保技術(shù)的水平，要達(dá)到廢水零排放不是不可能，但不能為減少達(dá)標(biāo)的電鍍廢水的少量排放而耗費(fèi)大量的電能或熱能，因?yàn)殡娔芑驘崮芤馕吨罅康奶颗欧牛@是一種得不償失的污染的轉(zhuǎn)移，從經(jīng)濟(jì)上考慮也是不適宜的。

1 我國電鍍廢水回用的現(xiàn)狀

目前很多電鍍工廠，在電鍍廢水的回收利用方面，通常是將電鍍廢水進(jìn)行常規(guī)的化學(xué)處理，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后再對該水進(jìn)行反滲透去鹽處理這種最初級的方法。電鍍生產(chǎn)線產(chǎn)生的電鍍廢水在進(jìn)行常規(guī)的化學(xué)處理后，雖然去掉了重金屬離子，但水中的非重金屬離子和可溶解性鹽類等雜質(zhì)比例還非常高，經(jīng)測定水的電導(dǎo)率在0.15～0.25 S/m左右。這類水的性質(zhì)和海水差不多，只能用于工廠的衛(wèi)生間沖洗和有限的水景觀，甚至不能長期用于綠化。采用反滲透法對該水過濾去鹽處理可以將水的電導(dǎo)率降低到0.035～0.045 S/m，達(dá)到工業(yè)用C級水的標(biāo)準(zhǔn)，只能回用于電鍍生產(chǎn)線前處理的部分粗洗，所以這種方法不能實(shí)現(xiàn)真正意義上的水的循環(huán)利用。

其典型的處理流程為:電鍍廢水→常規(guī)的化學(xué)處理→達(dá)標(biāo)排放水→砂濾→炭濾→精密濾→超濾→反滲透濾→再生水→電鍍生產(chǎn)線前處理粗洗。

上述的方法優(yōu)點(diǎn):

1)由于再生水部分與廢水處理部分是相對獨(dú)立的，對于已有電鍍廢水處理設(shè)施的工廠來說，可以比較方便地增加反滲透裝置對排放水進(jìn)行進(jìn)一步的凈化處理，使之產(chǎn)生有限的回用，并對已有的電鍍廢水處理設(shè)施沒有影響和改動。

2)反滲透裝置制取再生水方便可靠，管理簡便?？梢愿鶕?jù)需要決定是將處理達(dá)標(biāo)后的水排放還是用來深度去鹽處理回用于電鍍生產(chǎn)線上。

缺點(diǎn):

1)由于反滲透方法本身的特性，其生產(chǎn)再生水率最高只有70%，如果計算電鍍線上那些不宜回收而直接排放的水量，整個系統(tǒng)水的回收率僅在50%左右。這對于國內(nèi)環(huán)境保護(hù)要求高的地區(qū)(一般工業(yè)用水的回收率在80%～90%)的工廠就必須采用另外的方法。

2)電鍍廢水雖然進(jìn)行了常規(guī)的化學(xué)處理，但還殘留有少量的氧化性雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)，這些都會對反滲透過濾膜起中毒和堵塞效應(yīng)。由于反滲透系統(tǒng)本身生產(chǎn)再生水率最高只有70%，這是指新裝置第一年使用期內(nèi)的數(shù)據(jù)，一年后盡管有良好的保養(yǎng)維護(hù)措施，也只能達(dá)到50%左右。

3)反滲透再生水處理裝置的設(shè)備投資和使用維護(hù)費(fèi)用很高。由于目前國內(nèi)的反滲透系統(tǒng)設(shè)備的產(chǎn)品效能還不是很好，所以絕大多數(shù)電鍍廢水處理的反滲透系統(tǒng)設(shè)備都是采用國外名牌產(chǎn)品，從一次反滲透過濾來看，20t/h處理量的反滲透系統(tǒng)單設(shè)備投資就需要人民幣80萬元左右，若考慮再生水的無限回用，則需要對排放水進(jìn)行二次反滲透處理降低電導(dǎo)率，其系統(tǒng)的設(shè)備投資就需要人民幣130萬元左右。根據(jù)很多使用者的經(jīng)驗(yàn)，電鍍廢水反滲透過濾處理系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用為5元(人民幣)/t左右，這里包括能耗、藥品、人工及膜損耗等。電鍍廢水反滲透過濾處理系統(tǒng)里關(guān)鍵元件為反滲透過濾膜，一般采用國外(主要是美國)的產(chǎn)品，在維護(hù)好的條件下使用更換周期為2～2.5年，1個處理量為1t/h的膜(管)更換成本為0.6～0.8萬元人民幣。

綜上所述，根據(jù)電鍍廢水反滲透過濾處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為其并不是最理想的電鍍廢水處理回用的好方法。根據(jù)對全國各地已有該裝置的電鍍工廠的考察，有80%以上并不經(jīng)常使用。在與國外(特別是歐盟和美、日等國)同行的交流和實(shí)際考察，他們在電鍍廢水的處理上也不推崇這種方法［3-12］。

2 關(guān)于電鍍廢水進(jìn)行線邊處理的探討

近幾年國外和臺灣地區(qū)開始興起以電滲析(EDI)技術(shù)了代替反滲透過濾方法在電鍍廢水處理方面的應(yīng)用，取得了不錯的效果，但是電滲析設(shè)備的建設(shè)投資目前無疑是很高的，在應(yīng)用于實(shí)際工程方面還需要做一定的工作。

最近，國內(nèi)逐漸開始流行電鍍廢水進(jìn)行線邊處理，這種處理方法既可以是針對某一條電鍍生產(chǎn)線的具體情況，在其旁邊設(shè)置輔助的一條廢水處理及回用生產(chǎn)線，也可以是針對某個電鍍生產(chǎn)車間(有幾條電鍍生產(chǎn)線)的具體情況，在車間里或附近設(shè)置輔助的一條廢水處理及回用生產(chǎn)線。這相對于過去的將電鍍廢水進(jìn)行常規(guī)處理后達(dá)標(biāo)排放有了很大的技術(shù)進(jìn)步，因?yàn)橐郧笆且赃_(dá)標(biāo)排放為主要目的，現(xiàn)在是以廢水回用生產(chǎn)為主要目的，比較起來這更符合“清潔生產(chǎn)，節(jié)能減排”的環(huán)境保護(hù)趨勢，可以預(yù)計我國的電鍍生產(chǎn)行業(yè)都會快速地向這個方向發(fā)展。

電鍍廢水進(jìn)行線邊處理，可以幫助業(yè)者(即使用者)提高這樣一種認(rèn)識:電鍍生產(chǎn)線和附屬的電鍍廢水處理及回用生產(chǎn)線是一個有機(jī)的整體，二者缺一不可，兩者結(jié)合得越緊密就越能發(fā)揮其效能。所以，在建設(shè)新的電鍍生產(chǎn)線(車間)的同時，最好由設(shè)計和建設(shè)該電鍍生產(chǎn)線(車間)的專業(yè)設(shè)備制造廠家(公司)來設(shè)計和建設(shè)附屬的電鍍廢水處理及回用生產(chǎn)線。這是因?yàn)楝F(xiàn)代電鍍生產(chǎn)線的排布不但要考慮電鍍生產(chǎn)的工藝順序，還要顧及到廢水處理及回用生產(chǎn)的方便。

對于電鍍生產(chǎn)線處理(鍍)槽后面的漂洗槽，若需要循環(huán)回用處理，由于以目前現(xiàn)有的技術(shù)，不管采用何種方式(離子交換樹脂、反滲透過濾、電滲析)對漂洗水進(jìn)行處理，其電導(dǎo)率最佳的容忍值在350 μS/m以下，所以設(shè)計和建設(shè)者應(yīng)該注意下面四點(diǎn):

1)電鍍生產(chǎn)線上化學(xué)(電解)工序后的漂洗水，根據(jù)其具體的工廠工藝，是否含油污、有機(jī)物及不可預(yù)知的污染物較多，一般可選擇直接排放(電鍍廢水常規(guī)化學(xué)處理站);

2)對于生產(chǎn)線上漂洗水鹽分的濃度比較高的工位，應(yīng)該采用靜態(tài)洗和流動洗相結(jié)合的方式設(shè)計;

3)對于生產(chǎn)線上高于室溫的處理(如鍍鎳、鍍鉻等)工序，在需要循環(huán)回用處理的漂洗工位前面，應(yīng)該加盡可能多的回收工位;

4)在一般的需要循環(huán)回用處理的漂洗工位，應(yīng)該設(shè)計二級甚至多級逆流漂洗方式。例如二級逆流漂洗，其需要循環(huán)回用處理的設(shè)備負(fù)荷只是原來的1/2。

電鍍生產(chǎn)線及附屬的電鍍廢水處理及回用生產(chǎn)線(線邊處理)的設(shè)計和建設(shè)者還應(yīng)該同時考慮電鍍工藝上貴重金屬離子的回收利用問題。例如現(xiàn)在有些廠家對電鍍生產(chǎn)線上鍍鎳后的漂洗水采用線邊反滲透過濾的方法進(jìn)行處理，反滲透過濾出的清水部分再回用于鍍鎳后的漂洗，而析出的含鎳離子的濃水部分直接回補(bǔ)到前面的鍍鎳槽中。筆者并不完全贊同此種方法，因?yàn)閷﹄婂儾鄱?，工件帶出槽液本身就是一種凈化鍍槽的途徑，而反滲透析出的含鎳離子的濃水也含有大量的其它雜質(zhì)(如添加劑的分解物、工件產(chǎn)生腐蝕的其它重金屬離子等)，直接回補(bǔ)到鍍鎳槽中會造成鍍鎳槽中雜質(zhì)的積累，加速縮短了鍍鎳槽的使用周期，而對鍍鎳槽的大處理也會造成鎳離子的大量流失。現(xiàn)在有人已經(jīng)意識到這個問題，采取了反滲透析出的含鎳離子的濃水單獨(dú)收集，定期根據(jù)濃水中含鎳離子濃度的高低作價交付有關(guān)專業(yè)的金屬回收公司進(jìn)行專門的凈化回收處理，這種處理方法是合理的。

對于電鍍生產(chǎn)線廢水的線邊處理，從合理性、可靠性、運(yùn)行成本、設(shè)備投資成本、操作簡易方便等因素綜合考慮，到底采用何種方式(如離子交換樹脂、反滲透過濾、電滲析等)更適合我國電鍍專業(yè)工廠(公司)的具體情況，根據(jù)多年從事這方面的研究、設(shè)計和制造經(jīng)驗(yàn)，以及對國外電鍍行業(yè)的考察與交流，認(rèn)為在一般情況下電鍍生產(chǎn)線廢水的線邊處理采用離子交換樹脂方法目前是最合適的，國外特別是歐盟90%以上的電鍍生產(chǎn)線(車間)采用的都是離子交換樹脂方法。

離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的典型流程為:

一般電鍍廢水和含鉻廢水→砂濾→(炭濾)→精密濾→強(qiáng)酸陽床→弱堿陰床→精密濾→再生水→電鍍生產(chǎn)線精洗。

含氰電鍍廢水→砂濾→(炭濾)→精密濾→強(qiáng)酸陽床→弱堿陰床→強(qiáng)堿陰床→精密濾→再生水→電鍍生產(chǎn)線精洗。

離子交換樹脂方法線邊處理電鍍廢水有下列優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):

1)電鍍生產(chǎn)線(車間)的線邊處理采用離子交換樹脂方法處理電鍍廢水可以得到極高的水回用率。電鍍生產(chǎn)線(車間)除了少數(shù)前處理化學(xué)(電解)脫脂工序后的漂洗水，含較多油污、有機(jī)物及不可預(yù)知的污染物，一般選擇直接排放(指電鍍廢水常規(guī)化學(xué)處理站)外，其它工位的漂洗水都可以采用離子交換樹脂方法進(jìn)行線邊處理，其水的回用率在90%～95%以上。筆者曾經(jīng)為國外某廠商成功做過一個項(xiàng)目，其若按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)則會產(chǎn)生排放20 t/h的電鍍廢水量，采用離子交換樹脂方法進(jìn)行線邊處理后，實(shí)際排放處理后的達(dá)標(biāo)水為0.3 t/d左右。若將這部分達(dá)標(biāo)排放水挪作別用或用蒸發(fā)器蒸發(fā)，即是所俗稱的“零排放”。據(jù)了解在這方面最先進(jìn)的案例是德國漢莎公司下屬的一家電鍍公司(若按國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)則會產(chǎn)生排放20t/h的電鍍廢水量)，采用離子交換樹脂方法進(jìn)行線邊處理后，實(shí)際排放處理后的達(dá)標(biāo)水僅為每年十幾噸。

2)經(jīng)離子交換樹脂設(shè)備處理電鍍廢水制得的再生水可以無限回用在電鍍生產(chǎn)線的任何工位上。在實(shí)際運(yùn)行過程中，只要進(jìn)入離子交換樹脂處理電鍍廢水的設(shè)備機(jī)組的原水的電導(dǎo)率在0.350 S/m以下時，機(jī)組生產(chǎn)出來的再生水就很容易地控制在0.02 mS/m(凈度可以再高，但一般情況下沒有必要)，完全達(dá)到了國家工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)的A級，甚至可以代替某些原來工藝中的純水洗。所以，使用這些設(shè)備的廠家(公司)要注意在新建電鍍生產(chǎn)線的原始配水以及生產(chǎn)線運(yùn)行過程中的補(bǔ)水最好采用電導(dǎo)率在0.350 S/m以下的自來水或去離子水。

3)離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的運(yùn)行費(fèi)用非常低。根據(jù)已使用過該方法的其它單位的多年的經(jīng)驗(yàn)，離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的運(yùn)行費(fèi)用為0.8～1.2元(人民幣)/t，這里已包括了能耗、人工、再生藥品消耗(酸、堿)、樹脂損耗等。

可以計算一下其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，以處理能力20 t/h的機(jī)組為例:其有關(guān)數(shù)據(jù)如下，處理水量20 t/h，每天8h，每年300 天，自來水成本2.0 元/t，常規(guī)化學(xué)法處理電鍍廢水成本8.0元/t。那么在一年(2 400h)里，可節(jié)約自來水(減排電鍍廢水)300×8×20=4.8 萬噸水。

機(jī)組運(yùn)行成本4.8 ×1.0=4.8 萬元(人民幣)。

減少自來水而產(chǎn)生的效益4.8×2.0=9.6萬元(人民幣)。

減排電鍍廢水而產(chǎn)生的效益 4.8×8.0=38.4 萬元(人民幣)。

機(jī)組運(yùn)行一年所產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益:

9.6 +38.4-4.8=43.2 萬元(人民幣)。

4)由于離子交換樹脂處理電鍍廢水的設(shè)備(包括其中的各種元器件)國內(nèi)都可以生產(chǎn)，離子交換樹脂處理電鍍廢水的設(shè)備投資與采用其它方法的設(shè)備相比較低?，F(xiàn)以處理能力20t/h的機(jī)組為例:采用手工/半自動操作控制方式的機(jī)組，國內(nèi)制造廠家報價為30～40萬元(人民幣)，采用全自動操作控制方式的機(jī)組，國內(nèi)制造廠家報價為40～50萬元(人民幣)?？梢钥闯鲞@幾乎只相當(dāng)與同處理量的采用反滲透方法處理電鍍廢水的設(shè)備的投資50%。機(jī)組運(yùn)行5～8年所產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益就可以收回設(shè)備投資。

5)現(xiàn)在只要一提到離子交換樹脂，認(rèn)為離子交換樹脂再生麻煩，污液容易泄露，樹脂壽命短。但隨著國際和我國制造科學(xué)科技進(jìn)步，無論是離子交換樹脂的再生周期和有效壽命都大大提高，國產(chǎn)或進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)玻璃鋼樹脂罐、先進(jìn)的傳感檢測儀表(電導(dǎo)率、壓力、流量等)、控制切換元器件(氣動隔膜閥、電磁閥等)、優(yōu)秀的控制操作若干界面(PLC、觸摸屏等)這些無疑給離子交換樹脂方法這種比較傳統(tǒng)成熟的凈水技術(shù)帶來了新的面貌，也給使用單位和操作人員提供了一個便捷、干凈、舒適的環(huán)境。

離子交換樹脂處理電鍍廢水機(jī)組在滿負(fù)荷生產(chǎn)條件下一般每個月對樹脂再生1～2次，離子交換樹脂的有效使用壽命為2～3年。

6)離子交換樹脂處理電鍍廢水機(jī)組也可用于電鍍后工件漂洗水中貴重金屬離子的回收。一般產(chǎn)生的含貴重金屬離子濃液以氯化物形式存在，質(zhì)量濃度大約在20～50 g/L。含貴重金屬離子的濃液單獨(dú)收集，定期根據(jù)濃液中貴重金屬離子濃度作價交付專業(yè)的金屬回收公司進(jìn)行凈化回收處理。

缺點(diǎn):

離子交換樹脂處理電鍍廢水機(jī)組樹脂定期再生會產(chǎn)生一定量的濃酸和濃堿廢液，1.5～3 t/次。有現(xiàn)成的常規(guī)化學(xué)法處理電鍍廢水站條件的工廠(公司)，可將其送入處理。否則需要另外配置一小型常規(guī)化學(xué)處理電鍍廢水站對其進(jìn)行中和處理。

4 結(jié)語

綜上所述采用離子交換樹脂法線邊循環(huán)回用處理電鍍廢水有許多優(yōu)點(diǎn)，但不是唯一的方法，各個廠家(公司)應(yīng)該根據(jù)單位的實(shí)際情況、目的和工藝來決定采用哪種方法。也可在同一個項(xiàng)目案例中根據(jù)具體情況同時采用兩個或多個方法。值得提出的是，在一個項(xiàng)目案例中對電鍍廢水進(jìn)行線邊處理回用，往往還需要同時采用其它多種輔助的措施(如鉻霧蒸發(fā)濃縮器、除油過濾機(jī)、多道逆流漂洗、靜態(tài)/流動漂洗等)相結(jié)合，才能達(dá)到理想的效果。

［1］HJ/T XX-2002，清潔生產(chǎn)技術(shù)要求，電鍍行業(yè)(報批稿)［S］.

［2］段光復(fù).電鍍廢水處理及回用技術(shù)手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:90-100.

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Electroplating Wastewater Treatment and Reuse in Our Country

LI Feng1，WU Yu2，HU Ru-nan3
(1.Wuhan Research Institute of Materials Protection，Wuhan 430030，China;2.Wuxi Honglian Electroplating Equipment Co.，Ltd，Wuxi 214185，China;3.College of Materials Science and Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100876，China)

The current situation of electroplating wastewater treatment and reuse in our country was introduced，and the advantages，problems and solutions for the current recycling ways were analyzed and discussed.The recycling method suitable for electroplating wastewater of our country was recommended，and the future development trend of eletroplating wastewater recycling was prospected.

electroplating wastewater;treatment and recycling;line-side treatment;ion-adsorption resinexchange process

X781.1

A

1001-3849(2011)10-0017-04

2011-03-28

2011-05-20