膜工藝在電鍍廢水處理工程中的應(yīng)用研究

薛 琦，劉芊妤，汪 超

(江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司,江蘇 常州 213000)

在加工行業(yè)中，電鍍工業(yè)是一個重要的內(nèi)容，但是電鍍生產(chǎn)中需要消耗很多工藝用水，并且會有大量廢水產(chǎn)生。包括設(shè)備冷卻洗滌工序廢水、廢電鍍液、鍍件漂洗廢水、鍍件前處理廢水等，其中都含有金、鉻、鎘、鎳、鋅、銅等一種或多種重金屬離子，以及氰化物、酸堿有害物質(zhì)等。如果直接排放廢水，將會造成嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng)破壞及環(huán)境污染問題。所以，對電鍍廢水應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效的處理，甚至實現(xiàn)一定程度的回用，對于電鍍行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展非常重要。

1 膜生物反應(yīng)器在電鍍廢水處理中的應(yīng)用

以某金屬表面加工公司為例，在正常開工條件下，每天可產(chǎn)生廢水250m3。在電鍍生產(chǎn)車間，排放的廢水中含有不同種類污染物，廢水的水質(zhì)也有較大差異。雖然已經(jīng)建立了化學(xué)氧化還原預(yù)處理系統(tǒng)，兩級反應(yīng)沉淀處理系統(tǒng)等，但是處理后的廢水仍然難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)。所以，以現(xiàn)有的設(shè)施和工藝為基礎(chǔ)，對廢水處理進(jìn)行改造升級[1]。加強(qiáng)分類收集和分質(zhì)預(yù)處理，然后進(jìn)入綜合調(diào)節(jié)和兩級反應(yīng)沉淀處理，最后增加膜分離廢水深度處理。應(yīng)用生物膜反應(yīng)器，模塊化的系統(tǒng)設(shè)備能減少占地面積，所以有較好的可行性。相比于傳統(tǒng)活性污泥處理技術(shù)，膜生物反應(yīng)器的污泥濃度、容積負(fù)荷都比較高，可避免污泥膨脹，保持良好運(yùn)行狀態(tài)。利用這種方法，廢水中可生化降解的有機(jī)污染物質(zhì)，能夠通過好氧微生物、兼性微生物作用降解為水、二氧化碳等無機(jī)物，從而提升廢水處理效果。

2 膜集成技術(shù)在電鍍廢水回用中的應(yīng)用

2.1 成套膜集成工藝

在膜集成工藝中，選擇分離性能不用的膜，通過組合形成系統(tǒng)，或?qū)⒁环N或多種膜過程，與其它傳統(tǒng)凈水技術(shù)相結(jié)合，形成新的處理工藝。通過運(yùn)用成套膜集成工藝，能夠讓系統(tǒng)中不同的水處理方法，分別在最為合理的情況下工作，從而提升效率[2]。例如某大型電鍍企業(yè)中，為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，滿足廢水處理標(biāo)準(zhǔn)，需要建設(shè)廢水回用工程。綜合電鍍廢水每日量為916m3，分別設(shè)置多介質(zhì)過濾器預(yù)處理、超濾凈化、一段反滲透濃縮、二段納濾濃縮，建立集成膜分離工藝，具體工藝流程如圖1所示。電鍍廢水經(jīng)多介質(zhì)濾器，將顆粒性懸浮物、部分膠體物質(zhì)去除，分別進(jìn)入功能不同的成套膜分離裝置。能夠深度凈化廢水，將肺水腫各種小分子有機(jī)物和各種無機(jī)離子截留，回用水回到回用水箱，濃縮水經(jīng)過多種工藝流程處理后，能夠符合排放標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)。

圖1 膜集成系統(tǒng)處理與回用電鍍廢水工藝流程

2.2 單元膜分離工藝流程

以回用水目標(biāo)為基礎(chǔ)，各個單元膜過程，在膜集成系統(tǒng)中，具體工藝參數(shù)見表1所示。在不同的成套膜分離設(shè)備中，利用最先進(jìn)的集散型控制系統(tǒng)，對操作參數(shù)實現(xiàn)集中監(jiān)測、分散控制，從而能夠提升管理效率，對各級出水水質(zhì)、設(shè)備安全運(yùn)行、系統(tǒng)能耗控制等進(jìn)行管理[3]。各個膜系統(tǒng)作為單元操作，分別都有獨(dú)立性和完整性。因此，及時在廢水處理過程中，有某個設(shè)備需要性能維護(hù)或故障檢修而停止運(yùn)行，也只會影響本單元，不會對其它單元造成影響，保證了廢水處理的連續(xù)性和安全性。

表1 膜集成系統(tǒng)中各個膜的工藝

2.3 集成系統(tǒng)膜裝置運(yùn)行性能

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在任何一個膜分離裝置中，如果運(yùn)行期間的進(jìn)水電導(dǎo)率值等相關(guān)參數(shù)發(fā)生較大變化，進(jìn)水水質(zhì)也會發(fā)生大范圍的波動。因此，進(jìn)水水質(zhì)不穩(wěn)定，也會對膜的運(yùn)行穩(wěn)定性造成影響，從而引起出水水質(zhì)不穩(wěn)定?；诖?，系統(tǒng)工藝中設(shè)計了多介質(zhì)濾器，在廢水進(jìn)入膜裝置之前，可以將其中很多雜志濾除[4]。然后對超濾膜操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而確保超濾裝置保持良好的運(yùn)行穩(wěn)定性。在超濾膜裝置運(yùn)行中，能夠保持16%～50%的COD去除率，而平均值在30%左右。對低分子量物質(zhì)或離子，超濾膜沒有截留作用。超濾膜透過水進(jìn)入反滲透膜裝置，處理后的COD值會顯著下降，逐漸達(dá)到5mg/L并保持穩(wěn)定。而最后在進(jìn)入納濾膜在此分離，能達(dá)到較高的脫鹽率和50%的COD去除率，從而達(dá)到電鍍工業(yè)回用水的標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)。

3 反滲透膜在電鍍廢水中濃縮回收鎳的應(yīng)用

3.1 鍍鎳漂洗水的成分

在鍍鎳漂洗水中，對于鎳的回收具有較高的價值。例如在某電鍍企業(yè)鍍鎳漂洗廢水中，不同的鍍鎳工序電鍍液，溫度條件不同，含有不同的物質(zhì)成分[5]。例如在預(yù)鍍鎳工序中，溫度條件為70℃，電鍍液中主要成分包括硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。在半亮鎳工序中，溫度條件為60℃，電鍍液中主要成分包括次級光亮劑、硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。在光亮鎳工序中，溫度條件為50℃～60℃，電鍍液中主要成分包括光亮劑、硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。從中能夠看出，不同工序及不同溫度條件下，電鍍液中都含有較多鎳的成分，因此采取有效措施進(jìn)行鎳的濃縮回收，具有良好的可行性。

3.2 鍍鎳漂洗水的鎳回收工藝

在鍍鎳漂洗水處理中，可應(yīng)用反滲透膜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對鎳的濃縮回用。電鍍企業(yè)中，不同電鍍生產(chǎn)線的不同工序，鍍鎳漂洗廢水中的主要成分可能有所不同，但是均可采用活性炭吸附預(yù)處理和兩段反滲透膜處理濃縮鎳的工藝[6]。通過對前置活性炭吸附環(huán)節(jié)的設(shè)置，能夠?qū)㈠冩嚻此械碾s志去除，含鎳廢水吸附精華處理后，進(jìn)入反滲透膜系統(tǒng)，完成兩級濃縮。例如，某工程中在3個鍍鎳工序，分別配套減少反滲透槽邊回收系統(tǒng)，廢水總量每日130m3，不同漂洗廢水類型的處理量、和鎳濃縮倍數(shù)如表2所示。由此可見，采用反滲透膜對活性炭吸附處理后的廢水進(jìn)行處理，鎳濃縮倍數(shù)最低也可達(dá)到25倍以上。

表2 反滲透處理鍍鎳漂洗廢水效果

3.3 鎳回收的經(jīng)濟(jì)效益

以每天排放鍍鎳漂洗水60m3，其中鎳離子含量為300mg/L計算，使用反滲透膜凝縮到鎳離子達(dá)到9000mg/L濃度，每日濃縮液2m3，設(shè)備投資為每套40萬元。綜合相關(guān)費(fèi)用，日處理成本為685.94元。根據(jù)金屬鎳每千克150元，鎳回收率50%計算，每日回收鎳的價值為1350元。根據(jù)當(dāng)?shù)厮畠r每立方米5.95元，每日回用水的價值為345.10元。按照未回收鎳處理廢水藥劑3元/m3計算，每日減少水處理成本180元。綜上，日投資回報可達(dá)到1189.16元。因此，按照40萬元的設(shè)備投資費(fèi)用計算，每年按330d計算工作時間，僅需1.02年就可收回投資，之后就能夠?qū)崿F(xiàn)盈利。因此，對鍍鎳電鍍廢水中的金屬鎳，采用反滲透膜法進(jìn)行濃縮回收，能夠快速收回成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值[7]。

4 結(jié)論

電鍍廢水一種常見的工業(yè)廢水類型，其中含有較多的有毒成分，且具有較高的污染物濃度。如果處理不當(dāng)就直接排放，將會造成嚴(yán)重的生態(tài)破壞和環(huán)境污染?；诖?，將膜工藝應(yīng)用到電鍍廢水處理工程中，利用不同的集成膜技術(shù)，實現(xiàn)對電鍍廢水進(jìn)一步的深度處理和回用，同時還能夠?qū)﹄婂儚U水中價值較高的重金屬離子提取濃縮，進(jìn)而提高效益。