電鍍廢水處理技術(shù)突破

摘要:高分子薄膜分離技術(shù)具有低能耗、無相變、無污染，且分離效率、濃縮倍數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，我們利用它成功地開發(fā)出電鍍廢水零排放系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)重金屬回收再用。該系統(tǒng)采用二級(jí)膜分離技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)分離、濃縮電鍍器件漂洗水。設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)為100倍，處理流量為500m3 /Hr(25℃)。被膜分離后的濃縮液經(jīng)過特殊研制的萃取劑，將濃縮的重金屬自動(dòng)萃取回到電解槽再用。本裝置適合各類電鍍系統(tǒng)，處理后電鍍廢水污染物含量優(yōu)于國家最新《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008。膜集成技術(shù)用于電鍍廢水資源化不僅不會(huì)造成二次污染，而且還回收了廢水中的有害重金屬，變害為寶，使水資源得到再利用，從而推動(dòng)我國電鍍工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。一年多使用證明，本裝置不僅由于實(shí)現(xiàn)電鍍廢水處理的零排放和回收再利用重金屬取得巨大經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，也為在兩年過渡期內(nèi)全國所有電鍍企業(yè)達(dá)標(biāo)作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞:薄膜分離技術(shù);萃取劑;重金屬回用;污染零排放

1電鍍企業(yè)污染零排放和重金屬回收再用

電鍍是當(dāng)今全球三大污染工業(yè)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國電鍍行業(yè)每年排出的電鍍廢水約有40億立方米，相當(dāng)于幾個(gè)大中城市的自來水供水量，嚴(yán)重加劇水資源的短缺。電鍍用水量大、電鍍漂洗水嚴(yán)重污染，導(dǎo)致了電鍍工業(yè)無法持續(xù)發(fā)展。

電鍍生產(chǎn)過程產(chǎn)生各種漂洗廢水和廢液，成為環(huán)境污染的主要來源。電鍍行業(yè)中， 常用的鍍種有鍍鎳、鍍銅、鍍鉻、鍍鋅、鍍鎘、鍍鉛、鍍銀、鍍金和鍍錫。以鉻電鍍工藝為例， 電鍍生產(chǎn)工藝流程為: 堿洗( 洗油污) →清洗→酸洗(除氧化皮)→清洗→鍍鎳(第一層)→回收(回收帶出鍍液)→清洗→鍍鉻→( 回收帶出鍍液) →鉻還原→中和→清洗→滾洗→烘干→成品。電鍍工藝流程中有多次清洗、堿洗、酸洗、滾洗等產(chǎn)生大量清洗水， 因此電鍍廢水的主要污染因子是鉻、鎳、鋅、銅等重金屬離子、氰化物和COD等。這些污染物有的毒性較大， 有些還含致癌、致畸、致突變的劇毒物質(zhì)， 對人類危害極大。必須經(jīng)過強(qiáng)化化學(xué)方法處理， 通過氧化破氰、還原除鉻、中和反應(yīng)、混凝沉淀等工藝消除污染， 并通過精密過濾徹底去除污染因子。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國27條主要河流，大多數(shù)被嚴(yán)重污染，其中部分重金屬污染的元兇就是電鍍廢水和廢液。由于重金屬不能被任何手段分解和破壞，只能轉(zhuǎn)變其物理和化學(xué)形態(tài)，如離子態(tài)的重金屬經(jīng)化學(xué)處理可能變成固態(tài)的重金屬污泥，如果這種含有重金屬的污泥處置不當(dāng)，通過土壤、空氣和水的作用，重金屬有可能重新以離子態(tài)進(jìn)入環(huán)境，并通過食物鏈危害人體健康。進(jìn)入人體的重金屬經(jīng)過不斷累積，輕者造成慢性中毒，重者將導(dǎo)致死亡。目前這種由電鍍廢水和廢液導(dǎo)致的重金屬污染已經(jīng)嚴(yán)重威脅到飲用水源等環(huán)境保護(hù)的敏感區(qū)域。

嘉興市循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院以積極開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為己任，早就開展以我為組長的《電鍍廢水零排放技術(shù)》項(xiàng)目開發(fā)，經(jīng)過3年多研究，終于在2008年完成研究，并進(jìn)行小批量生產(chǎn)提供浙江地區(qū)30多家電鍍企業(yè)使用，獲得非常滿意的市場效應(yīng)。處理后的廢水完全優(yōu)于《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)廢水循環(huán)使用、零排放，其中回收的重金屬不僅避免對環(huán)境污染，而且可以回收利用，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益明顯。

2 電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置

2.1基本原理和主要技術(shù)特色

本裝置通過超濾、反滲透法膜集成技術(shù)和離子交換法，分離、濃縮電鍍廢水重金屬離子，再使用特殊研制萃取劑萃取濃縮的重金屬離子，并自動(dòng)重新應(yīng)用于電鍍槽。

超濾是一個(gè)以壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程，是一種篩孔分離過程。被處理廢水在壓差的推動(dòng)下，達(dá)到分離與濃縮的目的。超濾膜早期用的是醋酸纖維素膜材料，以后還用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及無機(jī)膜材料。膜的孔徑大約 0.002～0.1μm，截留分子量大約為500～500000。其操作壓力在0.07-0.7MPa左右。

反滲透技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一項(xiàng)膜分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。

萃取劑選擇為了能將濃縮后重金屬萃取送回到電鍍槽，我們特別研制用于電鍍液的重金屬萃取劑。我們選擇常用三種金屬萃取劑EDTA、HNO3和CaCl2，在一定的萃取條件下，研究不同的萃取劑對重金屬 、Zn、Cu和Cd的萃取效率及萃取前后的金屬形態(tài)變化特征。發(fā)現(xiàn)三種萃取劑的萃取效率依次為EDTA>HNO3>CaCl2。其中較好萃取劑--EDTA 不僅能萃取酸溶解態(tài)的金屬，還能萃取部分鐵-錳氧化物結(jié)合態(tài)、硫化物及有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的金屬。為了獲得更佳萃取劑，我們選用多元回歸分析這三種萃取劑不同量組合，找出復(fù)合萃取劑的最佳組成。我們自己特有萃取劑就保證裝置性能和我們設(shè)備品牌效益。

本工藝技術(shù)創(chuàng)新之處在于首次將超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)有機(jī)地組合起來治理電鍍廢水，利用超濾除去廢水的部分一價(jià)鹽，并對金屬離子進(jìn)行預(yù)濃縮，經(jīng)濾預(yù)濃縮后的含金屬料液再經(jīng)反滲透濃縮后由萃取劑直接送回電鍍槽，超濾透過液做工藝水回用。本工藝充分發(fā)揮了超濾技術(shù)和反滲透技術(shù)的特長。

因此，膜集成技術(shù)用于電鍍廢水資源化不僅不會(huì)造成二次污染，而且還回收了廢水中的有害重金屬，變害為寶，使水資源得到再利用，從而推動(dòng)我國電鍍工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2.2技術(shù)流程

電鍍后的鍍件先進(jìn)入回收槽，再經(jīng)過兩個(gè)溢流漂洗水槽

回收槽的漂洗水通過增壓裝置進(jìn)入預(yù)處理裝置，經(jīng)過兩道預(yù)處理和重金屬捕捉系統(tǒng)后，出水直接回到2號(hào)水洗槽，溢流到1號(hào)水洗槽和回收槽，形成一個(gè)閉路水循環(huán)。

重金屬捕捉裝置飽和后，經(jīng)過濃縮、萃取后直接自動(dòng)加到鍍槽重新回用。

2.3技術(shù)關(guān)鍵

前期預(yù)處理系統(tǒng)主要是為了前期預(yù)處理，除雜物和系統(tǒng)保護(hù);微濾第二次預(yù)處理系統(tǒng);主要再次預(yù)處理和系統(tǒng)保護(hù);高分子重金屬捕捉、濃縮系統(tǒng)是本裝置關(guān)鍵部件;采用美國高分子重金屬捕捉材料、抗污染濃縮分離膜來捕捉、濃縮電鍍鎳漂洗水，設(shè)計(jì)捕捉能力99%以上、濃縮倍數(shù)為100倍(以體積計(jì));處理流量為1-500m3/Hr(25℃);特制萃取劑是本裝置特色;高分子重金屬捕捉材料飽和后，用萃取劑萃取下來的濃縮金屬自動(dòng)回到鍍槽，實(shí)現(xiàn)重金屬回收再用。所有的漂洗廢水做為回用水從新用于漂洗。在鍍鎳鎳回收裝置上，實(shí)際已經(jīng)控制[Ni2+]≤0.1mg/1，達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)電鍍廢水處理的零排放。

2.4技術(shù)指標(biāo)

廢水處理能力按照企業(yè)需要:1-500T/h ;電鍍廢水處理裝置出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國家《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008。

設(shè)備連續(xù)運(yùn)行中需要大體每15天換萃取劑;每30天換高分子濾芯。設(shè)備有自動(dòng)檢測提示燈，待提示燈閃爍表示應(yīng)該盡快換新萃取劑或高分子濾芯。并自動(dòng)與我公司發(fā)送更換信息。到萃取劑和高分子濾芯對廢水處理發(fā)生改變時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)。

設(shè)備無故障運(yùn)行時(shí)間>8000小時(shí);設(shè)備使用壽命> 10年，焊接符合[GB/T985一1998][JB/T4785-1997]規(guī)定。

本系統(tǒng)選用國外先進(jìn)的膜元件、增壓泵、高壓泵，以及各種儀表、SDI儀和電動(dòng)球閥。整個(gè)系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器(PLC)，安裝COD、重金屬特征污染物在線自動(dòng)監(jiān)控裝置，同時(shí)完成電氣和儀表的自動(dòng)控制與監(jiān)測。能自動(dòng)對設(shè)備的運(yùn)行工藝狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)系統(tǒng)也可以進(jìn)行就地手動(dòng)操作。

本裝置中的污染物排放自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，能與當(dāng)?shù)卣沫h(huán)境污染源監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。

3投資效益分析

3.1項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益事例

嘉興市某電鍍廠(圖1)，每天30噸鍍鎳漂洗廢水，投資一套10萬元廢水處理回收設(shè)備，一年后產(chǎn)生37.27萬元經(jīng)濟(jì)效益。

系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用。按照1.5噸/小時(shí)廢水處理設(shè)計(jì)，每年工作300天，每天運(yùn)行20小時(shí)。

設(shè)備功率0.55千瓦/小時(shí)，電價(jià)0.8元/度。

系統(tǒng)年處理廢水量9000噸/年;總運(yùn)行電費(fèi)2640元;系統(tǒng)年消耗高分子濾芯和萃取劑2620元。系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用5260元

系統(tǒng)回收單位成本:5260÷9000=0.58元/噸。

年創(chuàng)造效益:原來采用化學(xué)方法處理所需綜合費(fèi)用(水費(fèi)+排污費(fèi)+藥劑+電費(fèi)+人工費(fèi))大約15元/噸;

現(xiàn)在采用本回收設(shè)備后，每噸水可以節(jié)約費(fèi)用 15-0.58=14.42元/噸。

系統(tǒng)年節(jié)水產(chǎn)生效益:9000噸/年x14.42元/噸=12.97萬元。

系統(tǒng)每年回收鎳離子2.7噸效益:2.7噸x9萬元/噸=24.33萬元。

系統(tǒng)每年創(chuàng)造效益:回收水費(fèi)+回收鎳費(fèi)=12.97+24.33=37.27萬元。

3.2推廣情況及用戶意見

推廣情況。該裝置經(jīng)浙江省30多個(gè)電鍍企業(yè)使用，一致認(rèn)為設(shè)備的性能可靠，技術(shù)先進(jìn)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)，是電鍍行業(yè)值得推廣的廢水處理和重金屬回收設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)零污染排放。

用戶意見。該裝置由嘉興市循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院研究設(shè)計(jì)，完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，由嘉興市朝暉節(jié)能環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)。經(jīng)過一年多的運(yùn)行，各指標(biāo)均達(dá)到國家《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008。其中:鎳、銅、鋅、鉻等均能達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

經(jīng)濟(jì)效益明顯，使用幾月后就可以收回成本。

裝置在電鍍污染物排放監(jiān)控設(shè)置和采樣點(diǎn)符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，也遵照《污染源自動(dòng)監(jiān)控管理辦法》的規(guī)定，本裝置中的污染物排放自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，能與當(dāng)?shù)卣沫h(huán)境污染源監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。

裝置自動(dòng)化水平高，無人操作，裝置運(yùn)行和需要更換部件都有提前預(yù)警顯示。

4環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

電鍍企業(yè)實(shí)施國家《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008 的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

由于國家《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008已經(jīng)從2008年8月1日起執(zhí)行，對于全國現(xiàn)有電鍍企業(yè)，新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施無疑帶來了巨大的環(huán)保和技改壓力，但結(jié)合已有通過清潔生產(chǎn)審核并進(jìn)行改造的企業(yè)經(jīng)驗(yàn)來說，其中蘊(yùn)含大量的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

據(jù)估計(jì)，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，全國大約60%的電鍍企業(yè)需要對治理設(shè)施進(jìn)一步改造或增加處理設(shè)施才能達(dá)標(biāo)。執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)后，全國現(xiàn)有電鍍企業(yè)需投入約12億元對廢水處理設(shè)施進(jìn)行改建，每年電鍍廢水的處理運(yùn)行費(fèi)用約為4.8億元。

廢水處理后再進(jìn)行重復(fù)使用，則每年又可節(jié)省大量新鮮水，同時(shí)廢水實(shí)現(xiàn)真正零排放，節(jié)省可觀的水費(fèi)和廢水處理費(fèi)，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)節(jié)省了大量的電鍍污泥處理費(fèi)用。

5 電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置顯現(xiàn)巨大商機(jī)

這臺(tái)由嘉興市循環(huán)經(jīng)濟(jì)院研究開發(fā)，由嘉興市朝暉節(jié)能環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置，經(jīng)過一年多眾多企業(yè)使用運(yùn)行，獲得用戶好評(píng)，處理后電鍍污染物各指標(biāo)均達(dá)到國家《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 21900-2008。其中:鎳、銅、鋅、鉻等均能達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)濟(jì)效益明顯，很快可以收回成本。

新標(biāo)準(zhǔn)給了現(xiàn)有電鍍企業(yè)2年的過渡期，也就是給我們在這2年的準(zhǔn)備時(shí)間里，大力推廣本裝置，走創(chuàng)新廢水處理重金屬回收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境優(yōu)化組合之路，用科技使所有電鍍企業(yè)達(dá)標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)人與社會(huì)和諧發(fā)展作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。