電鍍廢水綜合處理及回用技術研究

楊偉志，劉文源

（1. 嘉應學院 物理與光信息科技學院，廣東 梅州 514015； 2. 廣東省粵東商貿(mào)技工學校，廣東 梅州 514013）

電鍍廢水綜合處理及回用技術研究

楊偉志1，劉文源2

（1. 嘉應學院 物理與光信息科技學院，廣東 梅州 514015； 2. 廣東省粵東商貿(mào)技工學校，廣東 梅州 514013）

以某線路板廠電鍍廢水綜合處理的工程設計為實例，通過分析工程概況與工藝要求，采用物理法、化學法、物化法、生物法等對含鎳廢水、有機廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進行分類綜合處理，并運用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實現(xiàn)廢水回用處理。工程實際運行表明廢水處理后能達標排放和回用，系統(tǒng)合理、有效、可靠，對電鍍企業(yè)的廢水處理、循環(huán)利用和清潔生產(chǎn)具有重要參考意義。

電鍍廢；綜合處理；化學法；廢水回用

由于工業(yè)廢水成分復雜、不易凈化、處理困難，導致水體水質受到嚴重污染，根據(jù)目前水環(huán)境狀況的分析，工業(yè)廢水已成為我國環(huán)境污染的主要來源[1]。電鍍行業(yè)是關乎國計民生的行業(yè)，也是高污染、高用水量的行業(yè)。如果其產(chǎn)生的廢水未處理達標就排放，將對水體造成極大的危害。國內對電鍍廢水的治理雖然已經(jīng)有50多年的歷史，但相關的行業(yè)排放標準在2008年才出臺[2]。在清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排這一環(huán)保主題之下電鍍廢水的處理和回用，重金屬回收以及零排放工藝受到越來越廣泛的關注。

不同的污水處理對象，不同的污水處理環(huán)境，將需要有不同的污水處理工藝來處理。對于電鍍廢水，需采用多種處理方法相結合，分質處理，才能達到最佳的處理效果。本文以某線路板廠電鍍廢水綜合處理的工程設計為實例，通過分析工程概況與工藝要求，采用物理法、化學法、物化法、生物法等對含鎳廢水、有機廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進行分類綜合處理，并運用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實現(xiàn)廢水回用處理。

1 工程概況與工藝要求

該廢水處理站為某線路板廠自建的污水處理站，該廠原在2006年建有100 m3/d廢水處理系統(tǒng)一套，現(xiàn)大部分指標不達標，需要進行徹底的改建。該廠主要進行線路板加工制造，進行鍍鎳、鍍金、鍍錫、OSP涂覆等工藝。線路板生產(chǎn)過程中的廢水包含大量的銅、鎳、錫，并含有極少量的金、銀、氟、氰、有機物和有機絡合物等。因有多種金屬廢水和有機廢水排出，成分復雜，處理難度較大。

根據(jù)生產(chǎn)性質及工藝流程，電鍍廢水主要包括以下幾種類型的廢水：含鎳廢水、有機廢水、含氰廢水和綜合廢水。由統(tǒng)計資料顯示，排放的廢水量為500 m3/d，系統(tǒng)的最大運行時間為20 h/d。根據(jù)建設單位生產(chǎn)廢水的預期排放情況，并結合工程經(jīng)驗，其進水水質情況分析如下表1所示。

表1 進水水質情況表Table 1 List of influent water quality

表2 出水排放指標Table 2 Discharge indicators of effluent water

排放指標為處理后混合排水的綜合參數(shù)指標。生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后，要求進行回用處理，使廢水經(jīng)處理后能夠變廢為寶，重新回用于生產(chǎn)及綠化，設計的回用率為60%。生產(chǎn)工藝對回用水存在電導率的要求，經(jīng)處理后回用電導率需要基本達到生產(chǎn)純水系統(tǒng)的水質指標，滿足工藝要求，設計回用出水水質為：pH值＝7～8；電阻率≥50 k?·cm；電導率≤20 μS/cm；有機物殘量SS≤5 mg/L。

2 工程設計

2.1 設計要求

自廢水流入廢水處理站開始，到廢水經(jīng)處理后，排出廢水處理站為止，其內部各組成部分，包括水處理工藝、土建、機械、電氣等各項內容，均為設計范圍。根據(jù)工藝要求，設計需滿足以下要求：廢水進行分流處理；滿足環(huán)保部門的要求，即處理后出水達到規(guī)定的標準后排放；充分利用現(xiàn)用的設施及構筑物；結合實際，采用先進、高效、可靠的工藝流程及設備，以技術先進適用、生產(chǎn)操作簡便、維護管理便捷為原則；技術經(jīng)濟性好，節(jié)省投資，運行成本低，運行穩(wěn)定，站場布局合理。

線路板電鍍廢水產(chǎn)生的水量及水質因產(chǎn)品的種類、生產(chǎn)能力、機組組成、工藝及操作水平等因素而異，上面所提出的水質及水量參數(shù)僅為普通情況下的估計量，可能會有所變動。廢水所含的污染物基本為金屬離子、有機物及酸堿，適合分別采用物理法、化學法、物化法及生物法進行分類綜合處理。廢水處理系統(tǒng)主要為四種廢水各自的處理系統(tǒng)，以及輔助的各種系統(tǒng)，包括污泥處置系統(tǒng)、化學藥劑制備和投加系統(tǒng)等。

2.2 工藝流程設計

2.2.1 含鎳廢水處理

含鎳的處理是本項目的關鍵所在，含鎳廢水主要來自化學鍍鎳生產(chǎn)工藝。在此類廢水中，Na2S對銅（ρ(Cu2+)<0.3 mg/L）的沉淀效果是比較理想的，但因NiS的溶度積較大，故對絡合鎳的沉淀則無多大作用（其出水中ρ(Ni2+)達到5 mg/L，嚴重超標）。

本設計采用氧化法對含鎳廢水進行處理。通過投加強氧化劑破壞絡合劑，運用酸化-氧化法進行綜合處理[3-5]：即先調酸至pH=2～3、投加Fenton試劑 (H2O2及FeSO4試劑)進行氧化、破壞絡合劑，同時將化學鍍鎳過程中排出的還原劑次磷酸鹽氧化成正磷酸鹽，并且在酸性條件下，焦磷酸銅等絡合物極易被破壞，破絡后的廢水再進行中和、混凝沉淀的方法進行處理，中和時，加入廢水中的堿及 Ca2+可與磷酸鹽生成磷酸鈣、羥基磷酸鈣沉淀，從而達到去除磷酸鹽的目的。

含鎳廢水單獨進行沉淀處理，處理后的廢水進入有機廢水處理系統(tǒng)進行反硝化反應及進一步脫除COD，主要脫除使用硝酸帶來的硝酸鹽。含鎳廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 含鎳廢水處理工藝流程圖Fig.1 Nickel-containing wastewater treatment process

2.2.2 有機廢水處理

有機廢水主要是有機類清洗廢水。有機廢水的有機物濃度較高，僅采用物化處理工藝無法較徹底的降解所含的污染物,擬采用物化和生化結合的處理方式[6,7]。

首先將廢水進行混凝沉淀，廢水中所含的大量污染物脫穩(wěn)析出，可以形成沉淀的形式，將大量的污染物分離下來。經(jīng)過沉淀后的有機廢水依然含有大量的有機污染物，必須經(jīng)過后續(xù)處理才能得到較徹底分降解。徹底分降解有機物需要利用生化系統(tǒng)進行處理：調節(jié)pH到中性，將廢水先進行兼氧類的水解酸化反應，將廢水中所含的大分子有機物降解為小分子有機物，將難降解的有機物轉化為可以降解的有機物，然后通過好氧系統(tǒng)，徹底的降解殘留的有機物，使廢水能夠實現(xiàn)無污染的外排。

擬采用的生化處理工藝為：水解酸化+接觸氧化。

水解酸化反應分為兩個階段：在水解階段，部分固體物質降解為可溶的有機物，大分子物質降解為小分子有機物；在酸化階段，碳水化合物降解為有機脂肪酸。水解酸化反應進行得較快，通常在2.5～5 h之間即可進行完畢。同時缺氧反應可消化大量的有機污泥，降低剩余污泥量。經(jīng)過該池，廢水中的COD、BOD、SS被部分去除，殘留的有機污染物的可生化性提高，為后續(xù)的反應創(chuàng)造了優(yōu)越的反應條件。

水解酸化是厭氧反應的前兩個階段，可避免完全厭氧的產(chǎn)甲烷等問題，而且對環(huán)境的要求較低，控制因素較少，比較容易實現(xiàn)。經(jīng)過水解酸化處理后的廢水，廢水的COD有所降解，去除的總量不是很多，剩余的COD依然較高。剩余COD的深度處理，通常采用好氧工藝進行處理，以徹底的去除有機污染物。

接觸氧化工藝是一種在大、中、小型污水處理廠均廣泛使用的工藝，具有運行穩(wěn)定、管理簡單的優(yōu)勢。它是在活性污泥法的基礎上進行改良的膜法處理，徹底的解決了活性污泥法容易產(chǎn)生污泥膨脹及運行管理復雜的缺點，該工藝的主要缺點是需要在氧化池內投加大量的填料，增加污泥濃度，減少了停留時間和水池容積。

有機廢水處理后，直接排入pH回調池，其具體處理流程如圖2所示。

圖2 有機廢水處理工藝流程圖Fig.2 Organic wastewater treatment process

2.2.3 含氰廢水處理

在對含氰廢水進行處理時，含氰廢水應分開單獨收集，設計一個單獨的處理系統(tǒng)，不應與其它線路板廢水混合處理。含氰廢水的處理工藝目前國內外多采用堿性氯化法[8,9],本設計同樣采用該法。堿性氯化法破氰分二個階段：第一階段是將氰氧化為氰酸鹽，稱為“不完全氧化”，反應式如下：

CN-與 OCl-反應首先生成 CNCl，CNCl水解成CNO-的反應速度取決于pH值、溫度和有效氯的濃度。pH值、水溫和有效氯的濃度越高則水解的速度越快，而且在酸性條件下CNCl極易揮發(fā)，因此操作時必須嚴格按制pH值。 第二階段是將氰酸鹽進一步氧化為二氧化碳和氮，稱為“完全氧化”，反應式如下：

在破氰過程中，pH值對氧化反應的影響很大。當 pH>10時，完成不完全氧化反應只需 5 min；pH<8.5時，則會產(chǎn)生有劇毒催淚的氯化氰氣體。而完全氧化則相反，低 pH值的反應速度較快。pH=7.5～8.0時，需用時10～15 min；pH=9～9.5時，需用時30 min；pH=2時，反應趨于停止。

在實際處理過程中，pH值可分兩個階段調整。即第一階段加堿，在維持 pH>10的條件下加氯氧化；第二階段加酸，在pH降到7.5～8.0時，繼續(xù)加氯氧化。但也可調整pH=8.5～9,加氯氧化1 h，使氰化物氧化為氮及二氧化碳。后一方法投氯量需增加10%～30%，操作管理簡便。

含氰廢水處理工藝具體流程如圖3所示。

圖3 含氰廢水處理工藝流程圖Fig.3 Cyanide-containing wastewater treatment process

2.2.4 綜合廢水處理

綜合廢水中主要含有銅、鎳離子污染物及少量的其他金屬離子及有機污染物。處理方式采用重金屬化學混凝沉淀法[10]，在廢水中添加 NaOH，調整廢水PH值，使廢水中重金屬離子形成不溶性的氫氧化物，再以沉淀分離的方式去除。由于生成的氫氧化物沉淀極細小，不易有效的沉淀分離，為了強化沉淀效果，需要投加混凝劑、助凝劑進行混凝沉淀，去除金屬離子的各步反應式如下：

M(OH)n+混凝劑+助凝劑→絮凝體

綜合廢水處理工藝流程如圖4所示。

圖4 綜合廢水處理工藝流程圖Fig.4 Comprehensive wastewater treatment process

2.2.5 回用水處理

對經(jīng)過污水處理系統(tǒng)的出水全部進行回用處理，并根據(jù)需要分別回用于普通工藝用水和工藝純水，回用率為60%。剩余濃水回有機廢水處理池再一并處理。設計處理能力為500 m3/d。反滲透系統(tǒng)的最大產(chǎn)水能力為300 m3/d，設計運行時間20 h/d。

由于有脫鹽要求，采用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置，并前置超濾和保安過濾器保護RO膜。該系統(tǒng)主體為半透膜，表層有微孔，可分離去除污水中直徑0.005～0.8 μm的小分子、較大的離子微細物質，以保證達到回用水的要求。由于原水為廢水處理后的出水，必須進行預處理。采用的主要預處理工藝為石英砂過濾器、多介質過濾器和活性炭過濾器。石英砂過濾器、多介質過濾器去除懸浮物，活性炭過濾器去除殘留的有機物(COD)。

系統(tǒng)中還設置紫外線消毒裝置，防止生物的生長，堵塞膜組件。超濾(UF)裝置：主體為非對稱性膜，表層有微孔?？煞蛛x去除污水中直徑0.05～0.10 μm的大分子、膠體、蛋白質等分子量大于500 μm的微粒物質。過濾動力為膜兩側的靜壓差，操作壓力0.1～0.5 MPa。超濾膜本身的厚度很小，組成過濾單元的過濾面積很大，濾速穩(wěn)定，過濾能力很強，過濾周期較長，可以滿足本項目的要求。

反滲透出水經(jīng)回用水池后提升到樓頂水池，回用于生產(chǎn)工藝?；赜盟幚砉に嚵鞒倘鐖D5所示。

圖5 回用水處理工藝流程圖Fig.5 Reused wastewater treatment process

2.3 工藝流程總體說明

有機廢水從集水池泵入酸化池，在pH=2～3和大流量空氣攪拌氣浮的條件下進行反應，油墨凝聚并浮于水面而去除，再流入中和池，調 pH至 7.5左右后，進入水解酸化池和接觸氧化池，利用生物的凈化作用，分解廢水中的有機物，使廢水得以凈化。接觸氧化池的排水進入清水池進行后續(xù)的處理，剩余污泥由污泥泵泵入污泥濃縮池。

含氰廢水自車間流入含氰集水井，調節(jié)水量、水質后，從集水井泵入一級破氰池，投加NaOH調節(jié)pH至11左右后，加入NaClO進行一級破氰反應，隨后投加H2SO4調節(jié)pH至7左右后，加入NaClO進行二級破氰反應，徹底氧化氰化物。破氰后的廢水進入綜合廢水的反應池進一步的沉淀處理。

綜合廢水自車間流入綜合調節(jié)池，調節(jié)水質水量，用提升泵提升至反應池，調節(jié)pH到9.5左右，并隨后進行混凝反應，經(jīng)快混池和慢混池后，反應生成易沉大顆粒沉淀物，廢水在綜合沉淀池中進行固液分離，顆粒物沉入池底，經(jīng)污泥輸送泵抽入污泥池，再進行脫水處理。綜合沉淀池上部清水流入pH調整池，在池內調整pH到中性，并作為后續(xù)處理的提升泵井，經(jīng)二級提升泵提入石英砂過濾器進行過濾，過濾后的出水流入流量池及排放池達標排放。

沉淀池池底污泥均由污泥泵泵入污泥濃縮池，濃縮后上清返回綜合調節(jié)池，濃縮污泥用空氣隔膜泵泵入壓濾機脫水，濾液返回調節(jié)池，泥餅打包積一定量后交由環(huán)保部門處理。污泥處理采用廂式壓濾機進行壓濾處理。

3 結束語

電鍍廢水的處理是一項復雜但具有重要意義的研究課題。電鍍廢水的處理方法有很多，在傳統(tǒng)處理方法的基礎上，積極研發(fā)新方法，以降低處理能耗、處理費用，提升處理效果，并能滿足當今清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排號召的新工藝，必定具有劃時代的意義[11]。本工程對某線路板廠產(chǎn)生的含鎳廢水、有機廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進行分流，并采用物理法、化學法、物化法、生物法等方法進行分類綜合處理，實際運行表明廢水處理后能達標排放。廢水經(jīng)處理后，進一步運用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實現(xiàn)廢水回用處理，使廢水經(jīng)處理后能夠變廢為寶，重新回用于生產(chǎn)及綠化。該工程已經(jīng)結束了調試工作并投入正式運行，運行效果良好,對電鍍企業(yè)的廢水處理、循環(huán)利用和清潔生產(chǎn)具有重要參考意義。

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Study on Comprehensive Treatment and Recycling Technology of Electroplating Wastewater

YANG Wei-zhi1，LIU Wen-yuan2
（1. School of Physics and Optical Information Sciences, Jiaying University, Guangdong Meizhou 514015，China；2. Guangdong Yuedong Trade Technology School, Guangdong Meizhou 514013，China）

Taking the engineering design of comprehensive treatment of electroplating wastewater from a circuit board plant as an example, through analyzing engineering situation and technical requirements, physical method, chemical method and biological method, etc. were adopted to synthetically treat the elctroplating wastewater including nickel-containing wastewater, organic wasterwater, cyanide-containing wastewater and so on, and reverse osmosis RO membrane was used as the major control device to reuse treated wastewater. The practical operation of the engineering shows that treated wastewater can reach to the discharge standard or be reused, the system is reasonable, effective and reliable, which can provide an important reference for treatment and reuse of electroplating wastewater and the clean production of plating enterprises.

Electroplating wastewater; Comprehensive treatment; Chemical mehthod; Reuse

X 703

B

1671-0460（2012）09-0957-04

2012-04-23

楊偉志（1984-），男，廣東梅州人，助教，碩士，2010年畢業(yè)于華南師范大學光學專業(yè)，研究方向：從事物理實驗教學與光電技術應用研究。E-mail：149609043@qq.com。