金屬表面處理廢水深度處理與回用技術(shù)初探

顧 維

（蘇州市宏宇環(huán)境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215010）

金屬表面加工處理過程中，所產(chǎn)生的廢水中有害物質(zhì)含量較高，尤其重金屬含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常標(biāo)準(zhǔn)，如果不及時(shí)對其加以有效處理而直接排放將會對環(huán)境造成巨大的污染。因此，在金屬加工行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的過程中，人們對金屬表面處理廢水的凈化處理提出了更高的要求，相關(guān)人員需結(jié)合廢水的類型，針對廢水的具體情況，選擇最佳的處理方式，以提高廢水處理的有效性，降低廢水對環(huán)境和人體健康的危害。

1 金屬表面處理廢水的種類與危害

1.1 種類

在金屬表面處理領(lǐng)域，由于處理方式的差異性，廢水的種類也存在一定的區(qū)別，一般分為以下幾種：①電鍍廢水，此類廢水主要由電鍍工藝所產(chǎn)生，包含前處理廢水、電鍍漂洗廢水、鍍后鈍化處理廢水、退鍍廢液等；②陽極氧化廢水，此類廢水主要在鋁、鎂合金陽極氧化處理過程中產(chǎn)生，此外除油、酸拋光、氧化、電解、著色、染色等工序也會產(chǎn)生此類廢水；③涂裝前處理廢水，一些金屬加工件在表面處理時(shí)，在涂裝前進(jìn)行預(yù)處理產(chǎn)生的廢水，即除油、酸洗除銹、表面調(diào)整與磷化處理等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的廢水；④電泳涂裝廢水，主要是水溶性電泳生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢水[1]。

1.2 危害

金屬表面處理廢水中含有的有害物質(zhì)非常多，如重金屬、酸堿離子等各類物質(zhì)，這些物質(zhì)存在較大的危害性，如果不經(jīng)專業(yè)處理，直接排放可能會誘發(fā)極為嚴(yán)重的自然生態(tài)破壞。例如，重金屬進(jìn)入環(huán)境后，難以被分解，會在自然界中長期存留、積累與遷移，最終造成極為嚴(yán)重的危害；重金屬還可以在藻類與底泥中積累，被魚和貝類吸附后，將打破原有食物鏈的平衡，釀成不可挽回的損失；重金屬進(jìn)入人體以后，會造成重金屬中毒，危害人體健康。

此外，金屬表面處理廢水中還含有大量的氮、磷等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會造成水體中硅藻、藍(lán)藻等藻類的大量繁殖，進(jìn)而使得水體中的溶解氧含量大大降低，同時(shí)化學(xué)耗氧量顯著增加，最終造成水體的富營養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)平衡[2]。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國金屬表面處理廢水中僅電鍍廢水的排放量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過40億噸，且該數(shù)值仍在逐年增加。日益嚴(yán)峻的水資源短缺問題成為了當(dāng)前關(guān)注的重點(diǎn)，對金屬表面處理廢水的深度處理與回用在此背景下顯得極為關(guān)鍵。

2 目前深度處理及中水回用方法

2.1 膜法處理技術(shù)

2.1.1 超濾

超濾技術(shù)是膜法處理技術(shù)中的一種，屬于加壓膜分離處理工藝，應(yīng)用此工藝需借助外壓，當(dāng)壓力條件滿足廢水處理要求時(shí)，被分離的溶液會以一定的流速沿著超濾膜表面流動(dòng)，在此過程中，溶液中的溶劑和低分子物質(zhì)將從高壓側(cè)經(jīng)過超濾膜進(jìn)入低壓側(cè)，經(jīng)過超濾膜的這些溶劑和低分子物質(zhì)將會作隨同濾液排出或回用，而溶液中的高分子物質(zhì)、膠體微粒及微生物等會被超濾膜加以截留，最終以濃縮液的形式排出。超濾膜的孔徑非常小，可以有效截留廢水中的懸浮物、膠體、微粒與細(xì)菌等大分子物質(zhì)[3]。

超濾工藝具有能耗相對較低、生產(chǎn)周期相對較短以及運(yùn)行費(fèi)用相對較低的優(yōu)勢，尤其是對于電泳廢水更為有效，并且濾膜可以有效截留漆料，實(shí)現(xiàn)回收利用。

2.1.2 反滲透

反滲透又稱逆滲透，在具體應(yīng)用過程中，往往將壓力差作為推動(dòng)力，從溶液中分離溶劑?，F(xiàn)階段，反滲透膜的透過機(jī)理并未得到一致的解釋，大多數(shù)專家更認(rèn)同選擇性吸著-毛細(xì)管流機(jī)理。

該理論下，吉布斯吸附式是基礎(chǔ)依據(jù)，由于膜表面存在親水性，能夠在廢水處理的過程中實(shí)現(xiàn)水分子的吸附，當(dāng)施加一定壓力以后，純水層不斷通過毛細(xì)管流過反滲透膜，從而達(dá)到分離溶液中大分子有害物質(zhì)的效果。

從反滲透技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來看，這一技術(shù)最早應(yīng)用于重金屬廢水的處理，比如鍍鎳、鉻、鋅廢水以及混合重金屬廢水的處理。

總體來看，反滲透具有無明顯相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、能耗低等優(yōu)勢，但要達(dá)到最理想的處理效果，一般需要借助高壓設(shè)備來完成。在實(shí)際的處理過程中，膜面發(fā)生污染的概率相對較高，再加上整個(gè)工藝處理時(shí)，膜的穩(wěn)定性、耐藥性與耐熱性等相對有限，這些局限性使得反滲透在工藝應(yīng)用方面仍需要加強(qiáng)工藝改進(jìn)，并與其他技術(shù)結(jié)合應(yīng)用以達(dá)到最佳的處理效果。

2.1.3 微濾

微濾又稱微孔過濾，包含死端過濾與錯(cuò)流過濾，該工藝主要以多孔膜作為過濾介質(zhì)，在廢水處理過程中，對于壓力也有一定的要求。當(dāng)壓力處于0.1MPa～0.3MPa條件下時(shí)，濾膜受到壓力作用，可以有效截留溶液中的沙礫、淤泥與粘土顆粒，同時(shí)，大量的溶劑、小分子及少量的大分子可以透過濾膜加以有效過濾[4]。

在當(dāng)前，此工藝被廣泛應(yīng)用于食品飲料、醫(yī)藥衛(wèi)生、電子、化工等行業(yè)。

2.1.4 納濾

納濾工藝起步較晚，此工藝應(yīng)用時(shí)同樣需要一定的壓力條件，一般需要將壓力控制在0.5MPa～2.0MPa之間。根據(jù)操作壓力與分離界限的區(qū)別，一般將納濾置于超濾與反滲透之間，故人們習(xí)慣上將納濾又稱為低壓反滲透。其分離原理與機(jī)械篩分類似，納濾膜本身帶有電荷，在低壓條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)脫鹽處理，并有效截留廢水中的有害物質(zhì)。在金屬表面處理廢水領(lǐng)域，該工藝的應(yīng)用相對較少。

2.2 離子交換法

金屬表面處理廢水的處理過程中，離子交換法同樣是一種極為有效的方式，在應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，如果要取得較理想的效果，就必須充分了解需要交換的物質(zhì)類型，即離子交換劑與廢水的具體情況，掌握二者的交換規(guī)律，就可以有效去除廢水中的金屬離子。

根據(jù)有關(guān)資料顯示，在金屬表面處理廢水的處理方面，如果應(yīng)用離子交換法，金屬回收率可以高達(dá)97%。但是，應(yīng)用離子交換法時(shí)，樹脂極易被氧化與污染，因此，該工藝對于廢水預(yù)處理的要求相對較高。

2.3 吸附法

金屬表面處理廢水的處理方面，吸附法同樣應(yīng)用較多，其在具體的廢水處理過程中，主要利用物質(zhì)本身的重量、空穴等所產(chǎn)生的較大吸附能力來吸取廢水中的有害物質(zhì)。如果應(yīng)用該處理方式對金屬表面處理廢水進(jìn)行處理，需盡量選用結(jié)構(gòu)相對獨(dú)特的吸附材料，一般采用改性法制取吸附材料，以便取得更為理想的吸附效果。吸附法的效果與pH值、溫度、時(shí)間等參數(shù)有著緊密聯(lián)系，因此在該工藝的應(yīng)用過程中，需要加強(qiáng)對這些參數(shù)的科學(xué)控制。

2.4 生物技術(shù)

生物技術(shù)在金屬表面處理廢水的處理中也極為有效，采用該工藝時(shí)，為了取得最好的廢水處理效果，相關(guān)人員必須要充分了解生物處理工藝的原理與流程。生物處理技術(shù)應(yīng)用時(shí)，一般要借助于專門的處理物質(zhì)，比如，經(jīng)人工培養(yǎng)與馴化的具有特定化學(xué)結(jié)構(gòu)與成分的菌株，只有保障了處理物質(zhì)的科學(xué)應(yīng)用，才能使金屬表面處理廢水得到有效的處理，并提高廢水的處理效率。通常，生物技術(shù)包含生物絮凝法、生物化學(xué)法等。生物絮凝法主要借助微生物本身或其代謝物進(jìn)行廢水中重金屬的處理，最終將重金屬絮凝與沉淀后進(jìn)行分離。而絮凝沉淀的原理是依賴生物絮凝劑中的羥基和氨基，與廢水中的其他離子發(fā)生一定的反應(yīng)，進(jìn)而形成絮凝沉淀產(chǎn)物。生物化學(xué)法主要是利用微生物與金屬離子之間的反應(yīng)，最終形成不溶性化學(xué)物，從而有效去除金屬表面處理廢水中的金屬離子。

2.5 電去離子技術(shù)

電去離子技術(shù)有時(shí)也被稱為填充床電滲析，此工藝是在電滲析技術(shù)基礎(chǔ)上形成的。在具體應(yīng)用過程中，需在電滲析淡化室中進(jìn)行樹脂填充，從而有效實(shí)現(xiàn)了電滲析技術(shù)與離子交換技術(shù)的結(jié)合，發(fā)揮了二者的優(yōu)勢，屬于一種新型的電驅(qū)動(dòng)膜技術(shù)。在純水制備工藝中，電去離子技術(shù)成為了當(dāng)前的主流，在金屬表面處理廢水的處理領(lǐng)域，該技術(shù)也成為了一種可供選擇與應(yīng)用的技術(shù)。比如，在含鎳廢水的處理方面，經(jīng)過兩段集成的電去離子技術(shù)能夠獲得良好的處理效果。

2.6 蒸發(fā)濃縮法

蒸發(fā)濃縮法主要是通過加熱將廢水中的水加以汽化，再通過冷凝收集后進(jìn)行回用，而污染物則留在未蒸發(fā)的濃縮廢水中，從而實(shí)現(xiàn)廢水的減量化處理。蒸發(fā)濃縮法分為單效與多效兩種，單效主要利用蒸汽所提供的熱量將廢水進(jìn)行蒸發(fā)，在此過程中不直接利用冷凝熱；而多效蒸發(fā)下，實(shí)現(xiàn)了對冷凝熱的二次利用，實(shí)現(xiàn)了余熱利用，有效降低了廢水處理時(shí)的能源消耗。

3 結(jié)束語

近年來，隨著金屬加工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，金屬表面處理廢水的總量日益增大，為了有效避免這類廢水對生態(tài)環(huán)境、人體健康等造成不利影響，必須要加強(qiáng)深度處理與回用技術(shù)的應(yīng)用，以使得金屬表面處理廢水能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。