电镀废水处理回用

电镀废水处理回用

       近年来，我国政府和广大民众越来越认识环境保护对人民生活和经济的持续发展的重要性，特别是去年国家各种新的环保法令的公布，更促进了工业界对环境保护的重视。我国是一个缺水大国，可供人民生产生活的水量不足世界人均占有量的1/2，在我国北方部分地区甚至只有1/3～1/4，节约和有效利用水资源是当务之急。
    电镀生产所产生的废水在工业生产中是主要的水污染源之一，电镀业是用水大户。据不完全统计，全国的电镀生产每年排放4亿吨含重金属废水［1］。目前，国内大部分电镀厂是将电镀生产线排放的废水用化学、电解或生物处理方法达到相关的国家污水排放标准后进行排放。这样处理后的排放水虽然达到相关的国家污水排放标准，但其中的很多指标并不能达到直接循环回用到电镀生产线上，甚至也不能利用在清洗和绿化等方面［2］。
    近几年来，由于国家环境保护和清洁生产方面要求的提高，在我国北京、上海、广东及江浙等经济发达地区，新建或改造电镀生产线项目，环境保护管理部门都要求水的回用率在50%～90%以上，有的甚至需要零排放。这就要求电镀工作者、专业设备制造厂及环保专家在电镀废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电镀废水的“零排放”，要综合考虑所涉及的各方面因素，应将能源消耗和排放达到最小化，以达到国家要求的水的小排放或微排放为宜。从目前环保技术的水平，要达到废水零排放不是不可能，但不能为减少达标的电镀废水的少量排放而耗费大量的电能或热能，因为电能或热能意味着大量的炭排放，这是一种得不偿失的污染的转移，从经济上考虑也是不适宜的。
    1·我国电镀废水回用的现状
    目前很多电镀工厂，在电镀废水的回收利用方面，通常是将电镀废水进行常规的化学处理，达到排放标准后再对该水进行反渗透去盐处理这种最初级的方法。电镀生产线产生的电镀废水在进行常规的化学处理后，虽然去掉了重金属离子，但水中的非重金属离子和可溶解性盐类等杂质比例还非常高，经测定水的电导率在0．15～0．25 S/m左右。这类水的性质和海水差不多，只能用于工厂的卫生间冲洗和有限的水景观，甚至不能长期用于绿化。采用反渗透法对该水过滤去盐处理可以将水的电导率降低到0．035～0．045 S/m，达到工业用C级水的标准，只能回用于电镀生产线前处理的部分粗洗，所以这种方法不能实现真正意义上的水的循环利用。
    其典型的处理流程为:电镀废水→常规的化学处理→达标排放水→砂滤→炭滤→精密滤→超滤→反渗透滤→再生水→电镀生产线前处理粗洗。上述的方法优点:
    1)由于再生水部分与废水处理部分是相对独立的，对于已有电镀废水处理设施的工厂来说，可以比较方便地增加反渗透装置对排放水进行进一步的净化处理，使之产生有限的回用，并对已有的电镀废水处理设施没有影响和改动。
    2)反渗透装置制取再生水方便可靠，管理简便。可以根据需要决定是将处理达标后的水排放还是用来深度去盐处理回用于电镀生产线上。缺点:
    1)由于反渗透方法本身的特性，其生产再生水率最高只有70%，如果计算电镀线上那些不宜回收而直接排放的水量，整个系统水的回收率仅在50%左右。这对于国内环境保护要求高的地区(一般工业用水的回收率在80%～90%)的工厂就必须采用另外的方法。
    2)电镀废水虽然进行了常规的化学处理，但还残留有少量的氧化性杂质和有机杂质，这些都会对反渗透过滤膜起中毒和堵塞效应。由于反渗透系统本身生产再生水率最高只有70%，这是指新装置第一年使用期内的数据，一年后尽管有良好的保养维护措施，也只能达到50%左右。
    3)反渗透再生水处理装置的设备投资和使用维护费用很高。由于目前国内的反渗透系统设备的产品效能还不是很好，所以绝大多数电镀废水处理的反渗透系统设备都是采用国外名牌产品，从一次反渗透过滤来看，20t/h处理量的反渗透系统单设备投资就需要人民币80万元左右，若考虑再生水的无限回用，则需要对排放水进行二次反渗透处理降低电导率，其系统的设备投资就需要人民币130万元左右。根据很多使用者的经验，电镀废水反渗透过滤处理系统的运行费用为5元(人民币)/t左右，这里包括能耗、药品、人工及膜损耗等。电镀废水反渗透过滤处理系统里关键元件为反渗透过滤膜，一般采用国外(主要是美国)的产品，在维护好的条件下使用更换周期为2～2．5年，1个处理量为1t/h的膜(管)更换成本为0．6～0．8万元人民币。综上所述，根据电镀废水反渗透过滤处理系统的优缺点，认为其并不是最理想的电镀废水处理回用的好方法。根据对全国各地已有该装置的电镀工厂的考察，有80%以上并不经常使用。在与国外(特别是欧盟和美、日等国)同行的交流和实际考察，他们在电镀废水的处理上也不推崇这种方法［3-12］。
    2·关于电镀废水进行线边处理的探讨
    近几年国外和台湾地区开始兴起以电渗析(EDI)技术了代替反渗透过滤方法在电镀废水处理方面的应用，取得了不错的效果，但是电渗析设备的建设投资目前无疑是很高的，在应用于实际工程方面还需要做一定的工作。
    最近，国内逐渐开始流行电镀废水进行线边处理，这种处理方法既可以是针对某一条电镀生产线的具体情况，在其旁边设置辅助的一条废水处理及回用生产线，也可以是针对某个电镀生产车间(有几条电镀生产线)的具体情况，在车间里或附近设置辅助的一条废水处理及回用生产线。这相对于过去的将电镀废水进行常规处理后达标排放有了很大的技术进步，因为以前是以达标排放为主要目的，现在是以废水回用生产为主要目的，比较起来这更符合“清洁生产，节能减排”的环境保护趋势，可以预计我国的电镀生产行业都会快速地向这个方向发展。
    电镀废水进行线边处理，可以帮助业者(即使用者)提高这样一种认识:电镀生产线和附属的电镀废水处理及回用生产线是一个有机的整体，二者缺一不可，两者结合得越紧密就越能发挥其效能。所以，在建设新的电镀生产线(车间)的同时，最好由设计和建设该电镀生产线(车间)的专业设备制造厂家(公司)来设计和建设附属的电镀废水处理及回用生产线。这是因为现代电镀生产线的排布不但要考虑电镀生产的工艺顺序，还要顾及到废水处理及回用生产的方便。
    对于电镀生产线处理(镀)槽后面的漂洗槽，若需要循环回用处理，由于以目前现有的技术，不管采用何种方式(离子交换树脂、反渗透过滤、电渗析)对漂洗水进行处理，其电导率最佳的容忍值在350μS/m以下，所以设计和建设者应该注意下面四点:
    1)电镀生产线上化学(电解)工序后的漂洗水，根据其具体的工厂工艺，是否含油污、有机物及不可预知的污染物较多，一般可选择直接排放(电镀废水常规化学处理站);
    2)对于生产线上漂洗水盐分的浓度比较高的工位，应该采用静态洗和流动洗相结合的方式设计;
    3)对于生产线上高于室温的处理(如镀镍、镀铬等)工序，在需要循环回用处理的漂洗工位前面，应该加尽可能多的回收工位;
    4)在一般的需要循环回用处理的漂洗工位，应该设计二级甚至多级逆流漂洗方式。例如二级逆流漂洗，其需要循环回用处理的设备负荷只是原来的1/2。
    电镀生产线及附属的电镀废水处理及回用生产线(线边处理)的设计和建设者还应该同时考虑电镀工艺上贵重金属离子的回收利用问题。例如现在有些厂家对电镀生产线上镀镍后的漂洗水采用线边反渗透过滤的方法进行处理，反渗透过滤出的清水部分再回用于镀镍后的漂洗，而析出的含镍离子的浓水部分直接回补到前面的镀镍槽中。笔者并不完全赞同此种方法，因为对电镀槽而言，工件带出槽液本身就是一种净化镀槽的途径，而反渗透析出的含镍离子的浓水也含有大量的其它杂质(如添加剂的分解物、工件产生腐蚀的其它重金属离子等)，直接回补到镀镍槽中会造成镀镍槽中杂质的积累，加速缩短了镀镍槽的使用周期，而对镀镍槽的大处理也会造成镍离子的大量流失。现在有人已经意识到这个问题，采取了反渗透析出的含镍离子的浓水单独收集，定期根据浓水中含镍离子浓度的高低作价交付有关专业的金属回收公司进行专门的净化回收处理，这种处理方法是合理的。对于电镀生产线废水的线边处理，从合理性、可靠性、运行成本、设备投资成本、操作简易方便等因素综合考虑，到底采用何种方式(如离子交换树脂、反渗透过滤、电渗析等)更适合我国电镀专业工厂(公司)的具体情况，根据多年从事这方面的研究、设计和制造经验，以及对国外电镀行业的考察与交流，认为在一般情况下电镀生产线废水的线边处理采用离子交换树脂方法目前是最合适的，国外特别是欧盟90%以上的电镀生产线(车间)采用的都是离子交换树脂方法。
    离子交换树脂方法处理电镀废水的典型流程为:
    一般电镀废水和含铬废水→砂滤→(炭滤)→精密滤→强酸阳床→弱碱阴床→精密滤→再生水→电镀生产线精洗。
    含氰电镀废水→砂滤→(炭滤)→精密滤→强酸阳床→弱碱阴床→强碱阴床→精密滤→再生水→电镀生产线精洗。
    离子交换树脂方法线边处理电镀废水有下列优缺点:
    优点:
    1)电镀生产线(车间)的线边处理采用离子交换树脂方法处理电镀废水可以得到极高的水回用率。电镀生产线(车间)除了少数前处理化学(电解)脱脂工序后的漂洗水，含较多油污、有机物及不可预知的污染物，一般选择直接排放(指电镀废水常规化学处理站)外，其它工位的漂洗水都可以采用离子交换树脂方法进行线边处理，其水的回用率在90%～95%以上。笔者曾经为国外某厂商成功做过一个项目，其若按国内标准设计规则会产生排放20 t/h的电镀废水量，采用离子交换树脂方法进行线边处理后，实际排放处理后的达标水为0．3 t/d左右。若将这部分达标排放水挪作别用或用蒸发器蒸发，即是所俗称的“零排放”。据了解在这方面最先进的案例是德国汉莎公司下属的一家电镀公司(若按国内标准设计规则会产生排放20t/h的电镀废水量)，采用离子交换树脂方法进行线边处理后，实际排放处理后的达标水仅为每年十几吨。
    2)经离子交换树脂设备处理电镀废水制得的再生水可以无限回用在电镀生产线的任何工位上。在实际运行过程中，只要进入离子交换树脂处理电镀废水的设备机组的原水的电导率在0．350 S/m以下时，机组生产出来的再生水就很容易地控制在0．02 mS/m(净度可以再高，但一般情况下没有必要)，完全达到了国家工业用水标准的A级，甚至可以代替某些原来工艺中的纯水洗。所以，使用这些设备的厂家(公司)要注意在新建电镀生产线的原始配水以及生产线运行过程中的补水最好采用电导率在0．350 S/m以下的自来水或去离子水。
    3)离子交换树脂方法处理电镀废水的运行费用非常低。根据已使用过该方法的其它单位的多年的经验，离子交换树脂方法处理电镀废水的运行费用为0．8～1．2元(人民币)/t，这里已包括了能耗、人工、再生药品消耗(酸、碱)、树脂损耗等。可以计算一下其产生的经济效益，以处理能力20 t/h的机组为例:其有关数据如下，处理水量20t/h，每天8h，每年300天，自来水成本2．0元/t，常规化学法处理电镀废水成本8．0元/t。那么在一年(2400h)里，可节约自来水(减排电镀废水)300×8×20=4．8万吨水。
    机组运行成本4．8×1．0=4．8万元(人民币)。减少自来水而产生的效益4．8×2．0=9．6万元(人民币)。
    减排电镀废水而产生的效益4．8×8．0=38．4万元(人民币)。
    机组运行一年所产生直接经济效益:9．6+38．4－4．8=43．2万元(人民币)。
    4)由于离子交换树脂处理电镀废水的设备(包括其中的各种元器件)国内都可以生产，离子交换树脂处理电镀废水的设备投资与采用其它方法的设备相比较低。现以处理能力20t/h的机组为例:采用手工/半自动操作控制方式的机组，国内制造厂家报价为30～40万元(人民币)，采用全自动操作控制方式的机组，国内制造厂家报价为40～50万元(人民币)。可以看出这几乎只相当与同处理量的采用反渗透方法处理电镀废水的设备的投资50%。机组运行5～8年所产生直接经济效益就可以收回设备投资。
    5)现在只要一提到离子交换树脂，认为离子交换树脂再生麻烦，污液容易泄露，树脂寿命短。但随着国际和我国制造科学科技进步，无论是离子交换树脂的再生周期和有效寿命都大大提高，国产或进口的优质玻璃钢树脂罐、先进的传感检测仪表(电导率、压力、流量等)、控制切换元器件(气动隔膜阀、电磁阀等)、优秀的控制操作若干界面(PLC、触摸屏等)这些无疑给离子交换树脂方法这种比较传统成熟的净水技术带来了新的面貌，也给使用单位和操作人员提供了一个便捷、干净、舒适的环境。离子交换树脂处理电镀废水机组在满负荷生产条件下一般每个月对树脂再生1～2次，离子交换树脂的有效使用寿命为2～3年。
    6)离子交换树脂处理电镀废水机组也可用于电镀后工件漂洗水中贵重金属离子的回收。一般产生的含贵重金属离子浓液以氯化物形式存在，质量浓度大约在20～50 g/L。含贵重金属离子的浓液单独收集，定期根据浓液中贵重金属离子浓度作价交付专业的金属回收公司进行净化回收处理。
    缺点:
    离子交换树脂处理电镀废水机组树脂定期再生会产生一定量的浓酸和浓碱废液，1．5～3 t/次。有现成的常规化学法处理电镀废水站条件的工厂(公司)，可将其送入处理。否则需要另外配置一小型常规化学处理电镀废水站对其进行中和处理。
    4·结语
    综上所述采用离子交换树脂法线边循环回用处理电镀废水有许多优点，但不是唯一的方法，各个厂家(公司)应该根据单位的实际情况、目的和工艺来决定采用哪种方法。也可在同一个项目案例中根据具体情况同时采用两个或多个方法。值得提出的是，在一个项目案例中对电镀废水进行线边处理回用，往往还需要同时采用其它多种辅助的措施(如铬雾蒸发浓缩器、除油过滤机、多道逆流漂洗、静态/流动漂洗等)相结合，才能达到理想的效果。
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