電鍍行業(yè)廢水零液體排放工藝設(shè)計(jì)思路的探討

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電鍍作為加工制造業(yè)中不可或缺的一環(huán)顯得尤為重要，已成為我國(guó)制造業(yè)中不可或缺且高速發(fā)展的行業(yè)[1]。但電鍍產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的背后所帶來(lái)的環(huán)境污染（尤其是重金屬污染）也被高度關(guān)注，部分地區(qū)重金屬面臨無(wú)排放量的境地。因此，電鍍行業(yè)廢水部分零排放或全零排放將是未來(lái)的趨勢(shì)。

一、電鍍廢水零液體排放的關(guān)鍵

電鍍廢水最終要實(shí)現(xiàn)零液體排放，則意味著生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的所有廢水經(jīng)過(guò)處理后均需要達(dá)到《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝用水水質(zhì)規(guī)范》（HB5472-1991）水質(zhì)指標(biāo)后進(jìn)行回用。同時(shí)，按照《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB21900-2008）的相關(guān)規(guī)定，電鍍廢水中的一類污染物在車間或生產(chǎn)設(shè)施廢水排放口須達(dá)到相關(guān)限值要求[2]，此舉意味著廢水雖然不外排，但一類污染物均需要達(dá)到相關(guān)排放限值要求。因此，如何確保電鍍廢水中的一類污染物在車間設(shè)施排放口達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、廢水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝用水水質(zhì)規(guī)范》（HB5472-1991）的水質(zhì)要求成為廢水零液體排放的關(guān)鍵。

二、電鍍廢水零液體排放的思路

電鍍廢水實(shí)現(xiàn)零液體排放必須同時(shí)滿足以下兩點(diǎn)要求：首先需要對(duì)廢水中的一類污染物進(jìn)行處理使其達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)以滿足國(guó)家相關(guān)法規(guī)的要求；其次需要對(duì)所有廢水中的污染物質(zhì)進(jìn)行去除使其達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)廢水的回用。

（一）一類污染物達(dá)標(biāo)

針對(duì)重金屬一類污染物，目前普遍采用沉淀法對(duì)其進(jìn)行去除，即向廢水中投加氫氧化物、硫化物或其他物質(zhì)，使廢水中的重金屬生成沉淀而進(jìn)行去除，沉淀法具有工藝簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用省等諸多優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用對(duì)重金屬的去除，但由于受操作及其他因素的影響，廢水的出水水質(zhì)穩(wěn)定性較差，同時(shí)部分重金屬的排放指標(biāo)要求較為嚴(yán)格，單純的混凝沉淀已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際的需求，因此需要結(jié)合其他工藝（如離子交換等）進(jìn)行處理。

（二）廢水回用

為確保最終的廢水達(dá)到回用水水質(zhì)要求，需要對(duì)廢水中的鹽分及其他污染物進(jìn)行去除，而針對(duì)廢水中的鹽分，目前采用較多的為膜處理工藝和蒸發(fā)工藝，其主要處理原理如下：

1.膜處理工藝

膜處理工藝為所有采用膜元件對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行截留去除的統(tǒng)稱。根據(jù)過(guò)濾精度的不同膜元件可分為微濾、超濾、納濾和反滲透，目前在電鍍廢水零液體排放項(xiàng)目中，除納濾應(yīng)用相對(duì)較少外，微濾、超濾、反滲透均有廣泛應(yīng)用。

單級(jí)膜濃縮很難達(dá)到預(yù)期的濃縮要求，因此在實(shí)際處理工藝過(guò)程中通常配備多級(jí)膜濃縮工藝對(duì)廢水進(jìn)行逐段濃縮確保達(dá)到其最終要求。

膜處理工藝對(duì)廢水的進(jìn)水水質(zhì)有著較為嚴(yán)格的要求，在進(jìn)入系統(tǒng)前需要對(duì)其進(jìn)行必要的預(yù)處理，將廢水中的機(jī)污染物、氧化性物質(zhì)、硬度、微生物等指標(biāo)進(jìn)行去除，從而確保膜系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.蒸發(fā)工藝

（1）廢水蒸發(fā)

蒸發(fā)系統(tǒng)將廢水中的鹽分以固體的形式分離開(kāi)來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的零液體排放。其對(duì)廢水的進(jìn)水水質(zhì)亦有相應(yīng)的要求，其中需要重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)包含硬度、氟化物、有機(jī)污染物等，在進(jìn)入蒸發(fā)器前需要對(duì)廢水中的以上指標(biāo)進(jìn)行必要的處理，方可確保系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）蒸發(fā)母液處理

隨著蒸發(fā)系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行，蒸發(fā)器中累積的有機(jī)污染物和其他污染物的濃度逐漸增大，造成蒸發(fā)沸點(diǎn)升高，鹽分無(wú)法順利結(jié)晶等問(wèn)題，從而導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，因此需要定期將蒸發(fā)器母液排出，母液濃度極高，必須進(jìn)行進(jìn)一步處理。

蒸發(fā)器母液可采用刮板蒸發(fā)器進(jìn)行進(jìn)一步蒸發(fā)處理，將其蒸發(fā)至固態(tài)后作為危廢委外處置，從而節(jié)省處置成本。

三、電鍍廢水零液體排放的主流工藝

目前電鍍廢水零液體排放其主體處理工藝如下：

四、電鍍廢水零液體排放主要工藝描述

（一）分質(zhì)分流

電鍍行業(yè)產(chǎn)生的廢水種類繁多，不同的廢水其化學(xué)性質(zhì)、污染物種類各不相同，其對(duì)應(yīng)的去除工藝、條件也不盡相同。因此，在產(chǎn)線排放前端對(duì)廢水進(jìn)行分質(zhì)分流。

（二）一次預(yù)處理

一次預(yù)處理主要對(duì)廢水進(jìn)行初步處理，主要處理的對(duì)象為廢水中重金屬離子、懸浮物及部分有機(jī)污染物。

1.重金屬離子的去除

根據(jù)廢水中重金屬離子的特性，電鍍廢水又分為非絡(luò)合廢水和絡(luò)合廢水兩大類。

（1）非絡(luò)合廢水

① 沉淀法

針對(duì)非絡(luò)合廢水，可直接采用沉淀法進(jìn)行處理，即在特定的條件下使廢水中的重金屬生成氫氧化物或硫化物的沉淀，然后再通過(guò)沉淀進(jìn)行去除。

② 離子交換法

離子交換法是利用特種離子交換樹(shù)脂對(duì)廢水中的重金屬離子進(jìn)行吸附，以確保達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)或?qū)崿F(xiàn)對(duì)重金屬的回用要求。

離子交換法對(duì)廢水中重金屬離子的吸附效率較高，經(jīng)過(guò)吸附后，部分重金屬離子的濃度可降至ppb級(jí)別，可確保重金屬離子穩(wěn)定的達(dá)到相關(guān)排放限值要求。

（2）絡(luò)合廢水

根據(jù)絡(luò)合劑的種類，電鍍廢水中的絡(luò)合廢水又可以劃分為含氰廢水和非氰絡(luò)合廢水。

① 非氰絡(luò)合廢水

目前非氰絡(luò)合廢水進(jìn)行破絡(luò)的工藝主要采用高級(jí)氧化法，其主要原理為利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧化性物質(zhì)對(duì)廢水中的絡(luò)合物進(jìn)行氧化破除，使廢水中的金屬離子以游離態(tài)的形式分離開(kāi)來(lái)，隨后通過(guò)氫氧化物或硫化物進(jìn)行沉淀去除。典型的處理工藝包括芬頓高級(jí)氧化法、堿性氯化破絡(luò)法、電化學(xué)催化氧化法等。

② 含氰廢水

含氰廢水破絡(luò)反應(yīng)也稱為破氰，常規(guī)用于破氰的工藝主要有堿性氯化法、臭氧氧化法等，基于氫氰酸的劇毒及揮發(fā)性，破氰工藝均須在堿性的條件下進(jìn)行。

（三）二次預(yù)處理

二次預(yù)處理主要是針對(duì)經(jīng)過(guò)單獨(dú)預(yù)處理后的廢水混合后再次進(jìn)行處理，其主要的目的有兩個(gè)，一是對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行再次處理，以減輕后續(xù)處理單元的處理負(fù)荷，二是對(duì)廢水中的難降解有機(jī)污染物進(jìn)行氧化斷鏈以提高廢水的可生化性，從而確保后續(xù)生化處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行去除。二次預(yù)處理的工藝主要包括混凝沉淀沉淀工藝和提高廢水可生化性工藝。

1.混凝沉淀

混凝沉淀主要是在適宜的pH值下，向廢水中投加混絮凝劑，在壓縮雙電子層、網(wǎng)捕、吸附架橋的作用下，廢水中污染物互相凝聚為大顆粒繁花，隨后通過(guò)沉淀進(jìn)行去除。

2.提高可生化性

電鍍廢水中的有機(jī)污染物大多為陰、非離子型表面活性劑和其他助劑，蠟油及礦物油類等，以上物質(zhì)可生化性極差，因此必須采取措施將其轉(zhuǎn)化為易于生物降解的物質(zhì)，以確保被后續(xù)微生物進(jìn)行降解去除。

目前用于提升廢水的可生化性工藝主要包含芬頓高級(jí)氧化法、微電解法、臭氧氧化法等。

（四）生化處理

當(dāng)前用于廢水中有機(jī)污染物去除的工藝主要有生化法，其具有運(yùn)行成本低，運(yùn)行穩(wěn)定可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)電鍍廢水的特征及最終的處理需求，電鍍廢水的生化處理工藝主要包含“厭氧、缺氧、好氧和MBR膜生物反應(yīng)”處理工藝。

（五）三次預(yù)處理

三次預(yù)處理主要是對(duì)進(jìn)入膜濃縮系統(tǒng)前的廢水進(jìn)行再次處理，主要針對(duì)硬度等指標(biāo)，其易造成后端膜元件和蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢導(dǎo)致無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行。目前行業(yè)用于廢水除硬的工藝主要有管式膜除硬、離子交換樹(shù)脂除硬、沉淀除硬。

（六）多級(jí)膜濃縮

多級(jí)膜濃縮系零排放和廢水回用的核心，它的主要原理是利用反滲透膜元件對(duì)廢水中的鹽分及其他污染物進(jìn)行高效截留，其透過(guò)水可直接回用或視最終用水水質(zhì)需求再利用反滲透工藝進(jìn)行進(jìn)一步提純。

多級(jí)膜濃縮系統(tǒng)通常采用不同類型的膜元件對(duì)廢水進(jìn)行逐段濃縮，其主要流程如下：

微濾系統(tǒng)主要對(duì)廢水中可能殘存的懸浮物及其他微濾級(jí)別的污染物進(jìn)行進(jìn)一步過(guò)濾去除，以避免進(jìn)入后續(xù)膜元件。

一段反滲透主要為對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)濃縮， 二段反滲透主要對(duì)一段反滲透的濃水進(jìn)行進(jìn)一步濃縮， 三段反滲透主要對(duì)二段反滲透的濃水進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，三段反滲透的濃縮液進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)處理。一段、二段和三段的反滲透膜系統(tǒng)的透過(guò)液混合后進(jìn)行回用。

當(dāng)回用水的水質(zhì)需要達(dá)到《金屬鍍覆和化學(xué)覆蓋工藝用水水質(zhì)規(guī)范》（HB5472-1991）A類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則需要配備脫鹽反滲透系統(tǒng)，利用其對(duì)一段、二段、三段反滲透的透過(guò)液進(jìn)行再次脫鹽后以滿足最終回用水水質(zhì)需求。

（七）MVR蒸發(fā)系統(tǒng)

MVR的工作過(guò)程是將分離器分離出來(lái)的低溫位的蒸汽送入壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，提高其溫度、壓力，增加其熱焓值，壓縮后的蒸汽進(jìn)入換熱器對(duì)物料進(jìn)行加熱，從而充分利用蒸汽的潛熱。物料進(jìn)入蒸發(fā)器后通過(guò)循環(huán)泵在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)加熱，濃縮到一定程度引入結(jié)晶系統(tǒng)對(duì)鹽分進(jìn)行結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的鹽分分離。

與常規(guī)的多效蒸發(fā)器相比，MVR工藝的能耗更低，同時(shí)僅在啟動(dòng)時(shí)需要蒸汽，但其投資相對(duì)較高。

（八）刮板蒸發(fā)系統(tǒng)

刮板蒸發(fā)器主要是針對(duì)蒸發(fā)器后端產(chǎn)生的蒸發(fā)母液而進(jìn)行配備的，其與常規(guī)蒸發(fā)器最大的區(qū)別在于刮板蒸發(fā)器在換熱器的外壁上配備了刮刀，可實(shí)時(shí)將粘附在換熱壁上的固體物質(zhì)刮除，從而恢復(fù)其換熱功能，因此可完全將蒸發(fā)器母液蒸發(fā)至固體狀態(tài)。

五、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)電鍍廢水零液體排放，通過(guò)各工藝特點(diǎn)的闡述，采用“分質(zhì)分流+預(yù)處理+A2/O+MBR+除硬+多段膜濃縮+MVR蒸發(fā)+刮板蒸發(fā)”的主體工藝是可行的，可在電鍍行業(yè)推廣應(yīng)用。

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