淺議電鍍廢水回用率

石泰山

（廈門市威士邦膜科技有限公司，福建 廈門 361101）

在清潔生產(chǎn)的帶動(dòng)下，電鍍行業(yè)的排水量從2000年的約40 億t[1-2]降低到2010年的約4 億t[3-4]。隨《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》和《關(guān)于辦理環(huán)境污染刑事案件適用法律若干問題的解釋》的深入貫徹和執(zhí)行，電鍍行業(yè)還將面臨新的重金屬減排和水資源循環(huán)利用的壓力，電鍍行業(yè)在開展源頭節(jié)水和在線循環(huán)利用水資源的同時(shí)，還需要在末端進(jìn)行廢水回用。在遵守排放濃度不變的前提下，排水量降低能夠減少重金屬排放總量。

電鍍廢水再生和回用系統(tǒng)一般為預(yù)處理–反滲透組合[5]，引入該系統(tǒng)后會(huì)對(duì)原廢水處理設(shè)施產(chǎn)生或多或少的影響[6]，甚者有可能會(huì)影響在線回收系統(tǒng)，增加電鍍給排水系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加電鍍廢水處理成本[7]。電鍍企業(yè)在水資源利用方面一般優(yōu)選節(jié)水，借助逆流清洗、噴洗、純水清洗等方案從源頭減少水資源消耗；次優(yōu)選擇在線循環(huán)，如鎳回收的同時(shí)回收利用水資源、離子交換在線水循環(huán)；再次則為末端的廢水再生和回用。

1 節(jié)水和廢水回用

1.1 源頭減量

新鮮水用于槽液配制和補(bǔ)充、鍍件清洗、過濾器清洗、槽定期清洗、地面清洗等，鍍件清洗是主要耗水環(huán)節(jié)。縮減鍍件帶入/出液、降低槽液化學(xué)品濃度、提高鍍槽溫度、延長(zhǎng)鍍件在鍍槽上方的停留時(shí)間、降低鍍件出槽速率、采用多級(jí)逆流清洗等均能顯著降低清洗水消耗量[8-9]。

逆流清洗或倒槽逆流清洗是節(jié)水的有效方法，是電鍍企業(yè)節(jié)約水資源的優(yōu)選方法。當(dāng)各種條件不變時(shí)，清洗水用量隨清洗級(jí)數(shù)增加而快速下降。按照公式(Q 為清洗水用量，V 為帶出液體積，Sk為稀釋因子，n 為逆流清洗級(jí)數(shù))，當(dāng)稀釋因子為4 000時(shí)，三級(jí)連續(xù)逆流清洗用水量與帶出液之比約15.87，而四級(jí)連續(xù)逆流清洗約為7.95，節(jié)水近49.9%[10]。

綜合性電鍍企業(yè)多設(shè)置回收槽和多級(jí)逆流清洗?；厥詹鄣拇嬖诳蓾M足清潔生產(chǎn)“要求采用兩種以上減少帶出液的措施”，明顯減少清潔生產(chǎn)測(cè)試中的鍍件帶出液[11]，還可節(jié)約大量清洗水。

1.2 在線回用

常見鍍鎳一般設(shè)置反滲透鎳回收系統(tǒng)[12]和離子交換樹脂回收鎳[13]，在回收金屬的同時(shí)可以在線回收水資源。反滲透在線水回用進(jìn)水水質(zhì)較好，管線投資較少，反滲透淡水水質(zhì)要求也不高，成本較低[5]。HJ 2002–2010《電鍍廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》對(duì)常見鍍種如氰銅、酸銅、焦銅、鍍鎳、鍍鉻等清洗水在線回用進(jìn)行了規(guī)范。

1.3 末端回用

要滿足地方法規(guī)對(duì)電鍍廢水的回用率要求，應(yīng)對(duì)電鍍廢水進(jìn)行預(yù)處理、化學(xué)處理、生物處理、深度處理、反滲透電鍍廢水再生、反滲透濃水處理等[6]。反滲透末端廢水回用存在有機(jī)物交叉污染的可能，有時(shí)為減少反滲透膜的污染，應(yīng)避免在廢水的物化處理過程中使用某些低成本的常見沉淀劑，或添加各種抑菌劑、阻垢劑等。電鍍企業(yè)水資源的源頭減量和在線回用工作開展得較好時(shí)，用水量較小，廢水中金屬濃度較高，經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放的廢水含鹽量較大，會(huì)影響反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低末端回用率。

2 用水縮減機(jī)會(huì)

2.1 節(jié)水和水回用機(jī)會(huì)

采用文獻(xiàn)[11]的清潔生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析源頭減量、在線回用、末端回用的機(jī)會(huì)。該鍍鎳案例的相關(guān)數(shù)據(jù)如下：鍍件總面積51 982.33 m2，鍍層平均厚度11 μm，鎳總消耗量4 488.59 kg，鎳漂洗水排放量1 240 m3，漂洗廢水鎳離子的質(zhì)量濃度25 mg/L，新鮮水消耗量15 000 m3，鎳?yán)寐?2.72%(清潔生產(chǎn)二級(jí))，新鮮水用量0.289 t/m2(清潔生產(chǎn)二級(jí))，鍍件帶出液污染物產(chǎn)生量(末端治理前)0.596 g/m2(清潔生產(chǎn)二級(jí))。

(1)理論推測(cè)節(jié)水機(jī)會(huì)：鎳槽鍍液的鎳離子質(zhì)量濃度一般為75 g/L[10]，按總鎳排放31 kg 核算(25 mg/L ×1 240 m3)，可粗略推算鍍件帶出液體積約為0.413 m3?？紤]不帶回收槽的三級(jí)逆流清洗，按照公式計(jì)算出Sk=(1 240/0.413)3=27 × 109，大大超過一般的稀釋因子，存在減少清洗水用量的機(jī)會(huì)。在帶出液和清洗水不變的條件下，如果為二級(jí)逆流清洗，Sk約為22 × 106，如果為一級(jí)清洗，則Sk約為3 000。假設(shè)Sk=10 000，則清洗水用量Q=8.9 m3，理論上可節(jié)水99.3%，漂洗排水中鎳離子質(zhì)量濃度可達(dá)3.48 g/L，雜質(zhì)許可的條件下，可直接回用鍍槽，實(shí)現(xiàn)零排放。

(2)經(jīng)驗(yàn)推測(cè)節(jié)水機(jī)會(huì)：考慮生產(chǎn)實(shí)踐中一般鍍鎳清洗排水中鎳離子質(zhì)量濃度為100～200 mg/L，把文獻(xiàn)[11]清洗廢水中的鎳離子由25 mg/L提升至250 mg/L，則清洗水用量可由1 240 m3變?yōu)?24 m3；如果排水中鎳離子質(zhì)量濃度僅增加到100 mg/L，則清洗水可縮減至310 m3，節(jié)水75%。考慮回收槽和三級(jí)或二級(jí)逆流清洗組合，文獻(xiàn)[11]存在節(jié)水機(jī)會(huì)，甚至一級(jí)回收 +三級(jí)逆流清洗或一級(jí)回收+四級(jí)逆流清洗的漂洗水可直接回用于鍍槽(不考慮雜質(zhì))，從而實(shí)現(xiàn)鎳的零排放。

(3)在線或末端水回用機(jī)會(huì)：由于排水中的鎳離子質(zhì)量濃度僅為25 mg/L，可使用反滲透技術(shù)在線回收水，清洗水濃縮10 倍，濃水中鎳離子質(zhì)量濃度為250 mg/L，則回收90%以上的水。按照HJ 2002–2010《電鍍廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》的“電鍍混合廢水中的特征污染物鉻、鎘、鉛、鎳、銀、銅、鋅、鐵、鋁等金屬離子和氰化物應(yīng)在車間排水口處理”以及一類污染物在車間或生產(chǎn)設(shè)施廢水排放口監(jiān)控的要求，含鎳廢水如果與其他電鍍廢水混合處理，則其初始濃度僅為2.06 mg/L，容易達(dá)標(biāo)，且達(dá)標(biāo)排放廢水易于再生回用。

2.2 用水均衡

在電鍍廢水的長(zhǎng)期治理過程中，許多電鍍企業(yè)存在自來水的反滲透給水、自來水清洗給水、在線回收給水、中水回用給水等多套給水系統(tǒng)，電鍍生產(chǎn)線的給水系統(tǒng)復(fù)雜[5-7]，需要均衡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。一般源頭減量即多級(jí)逆流清洗下的節(jié)水成本最優(yōu)，可減少自來水的費(fèi)用，減少化學(xué)品用量，減少廢水處理設(shè)施的投資和運(yùn)行費(fèi)用，適用于新線建設(shè)。次優(yōu)選擇為就地處理的在線回用，適用于空間許可的舊電鍍生產(chǎn)線改造，管線投資簡(jiǎn)單，管理方便。

源頭減量和在線回用無法滿足新鮮水用量要求時(shí)，可在末端回用。但由于強(qiáng)制性考核指標(biāo)只有廢水回用率，而不考慮源頭減量和在線回用情況，企業(yè)必須根據(jù)各地的情況均衡用水，即在滿足三級(jí)清潔生產(chǎn)新鮮水用量的前提下，使廢水回用率符合要求，或在滿足廢水回用率的前提下新鮮水用量至少應(yīng)達(dá)到清潔生產(chǎn)的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 廣義回用率

源頭減量、在線循環(huán)、末端回用是電鍍企業(yè)常見的3 種節(jié)約水資源方法，源頭減量和在線循環(huán)適合改建、新建企業(yè)，末端回用適合無場(chǎng)地空間的舊企業(yè)節(jié)約水資源。僅以末端的廢水回用率指標(biāo)約束全部企業(yè)，監(jiān)管成本可能最優(yōu)，但社會(huì)總成本可能不是最優(yōu)，且不符合源頭減量的清潔生產(chǎn)原則。使用廣義回用率指標(biāo)替代廢水回用率，以某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的新鮮水用量作為基數(shù)，綜合考慮3 種節(jié)約水資源方法，能夠激發(fā)企業(yè)的節(jié)水活力，降低社會(huì)總成本，或直接使用水重復(fù)利用率指標(biāo)進(jìn)行綜合考核。

廣義回用率可定義為新鮮水縮減量(或單位產(chǎn)品新鮮水縮減量)與基期用水量之比?？赏ㄟ^清潔生產(chǎn)審核的結(jié)果核定回用率。HJ/T 314–2006《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)電鍍行業(yè)》綜合電鍍類單位產(chǎn)品新鮮水用量一級(jí)為≤0.1 t/m2，二級(jí)為≤0.3 t/m2，三級(jí)為≤0.5 t/m2。三級(jí)為國內(nèi)清潔生產(chǎn)基本水平，是電鍍企業(yè)準(zhǔn)入的基本條件。

基期的新鮮水用量為三級(jí)時(shí)，由三級(jí)變?yōu)槎?jí)，則單位產(chǎn)品新鮮水用量縮減0.2 t/m2，廣義回用率為40%；由三級(jí)變?yōu)橐患?jí)，則單位產(chǎn)品新鮮水用量縮減0.4 t/m2，廣義回用率為80%。基期的新鮮水用量為二級(jí)時(shí)，由二級(jí)變?yōu)橐患?jí)，則單位產(chǎn)品新鮮水用量縮減0.2 t/m2，廣義回用率為67%。

基期為三級(jí)的企業(yè)，廢水回用率為60%時(shí)，可滿足二級(jí)要求?；跒槎?jí)的企業(yè)，廢水回用率為60%時(shí)，單位新鮮水用量縮減為0.12 t/m2，無法達(dá)到一級(jí)指標(biāo)，依然為二級(jí)。基期為一級(jí)的企業(yè)，廢水回用率為60%，企業(yè)依然為一級(jí)。固定廢水回用率時(shí)，單位產(chǎn)品新鮮水用量較少的企業(yè)收益最少，單位產(chǎn)品新鮮水用量大的企業(yè)則獲利較多(見表1)?；跒橐患?jí)指標(biāo)的企業(yè)，60%的廢水回用率可能會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。

表1 不同清潔生產(chǎn)等級(jí)的廢水回用指標(biāo)Table 1 Indexes of wastewater reuse for different grades of cleaner production

以清潔生產(chǎn)單位新鮮水用量的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，以三級(jí)為基礎(chǔ)，綜合性電鍍企業(yè)的廣義回用率取值在40%～80%之間。當(dāng)約定電鍍企業(yè)的廢水回用率在40%以上時(shí)，電鍍企業(yè)清潔生產(chǎn)審核結(jié)果的單位產(chǎn)品新鮮水用量應(yīng)該在二級(jí)或二級(jí)以上。

3 結(jié)論

電鍍廢水回用率必須根據(jù)電鍍企業(yè)新鮮水用量的清潔生產(chǎn)水平確定，三級(jí)水平的企業(yè)廢水回用潛力巨大，回用率可在40%～80%之間選擇。

電鍍企業(yè)優(yōu)選節(jié)水，次選在線回用，再次選末端回用，統(tǒng)一的廢水回用率指標(biāo)對(duì)不同耗水企業(yè)的激勵(lì)可能不一樣。使用廣義廢水回用率指標(biāo)或水重復(fù)利用率指標(biāo)，可激勵(lì)企業(yè)更多選用節(jié)水和在線回用而非末端回用。

[1]黃瑞光.五十年來我國電鍍廢水治理的回顧[J].電鍍與精飾,2000,22 (2):6-8,15.

[2]黃瑞光.21 世紀(jì)電鍍廢水治理的發(fā)展趨勢(shì)[J].電鍍與精飾,2000,22 (3):1-2.

[3]李欲如,張剛,梅榮武.浙江省電鍍行業(yè)問題分析與污染整治對(duì)策[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2013,38 (1):76-80.

[4]陳萬鵬.淺談電鍍行業(yè)的清潔生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2010 (2):62-63.

[5]石泰山.反滲透技術(shù)在電鍍給水中的應(yīng)用[J].電鍍與精飾,2013,35 (11):35-41.

[6]石泰山.電鍍廢水回用對(duì)廢水處理設(shè)施的影響[J].電鍍與涂飾,2013,32 (11):39-42.

[7]石泰山.電鍍廢水再生和回用[J].電鍍與涂飾,2013,32 (10):47-50.

[8]王克和,邱培訓(xùn),喬萬久,等.大連市表面處理行業(yè)清潔生產(chǎn)參考方案匯總(I)[J].電鍍與精飾,2011,33 (7):35-38.

[9]王克和,邱培訓(xùn),喬萬久,等.大連市表面處理行業(yè)清潔生產(chǎn)參考方案匯總(II)(續(xù)完)[J].電鍍與精飾,2011,33 (8):21-25.

[10]EIPPCB.Surface treatment of metals and plastics [EB/OL].[2013–10–30].http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/stm.html.

[11]楊高英,雷兆武.鍍鎳線清潔生產(chǎn)機(jī)會(huì)分析[J].電鍍與精飾,2012,34 (8):26-29.

[12]石泰山,李志鵬.膜法鎳回收技術(shù)評(píng)述[J].電鍍與精飾,2013,35 (7):20-23.

[13]吳洪鋒,胡琦,吳欽,等.離子交換–膜法組合工藝處理鍍鎳廢水的應(yīng)用研究[J].能源環(huán)境保護(hù),2013,27 (3):24-26,5.