金屬涂裝廢水資源化回收的處理工藝研究

摘要：在金屬涂裝廢水資源化回收處理中，通過(guò)微濾、混凝、化學(xué)氧化法能夠有效將有機(jī)污染物分解為無(wú)害物質(zhì)。通過(guò)離子交換和吸附去除廢水中的重金屬離子，確保廢水達(dá)到安全排放標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)電解、溶劑萃取等技術(shù)，將這些金屬?gòu)膹U水中分離出來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。經(jīng)過(guò)上述處理后的廢水可以通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)進(jìn)一步凈化，制得高純度的水。蒸發(fā)結(jié)晶能夠去除水中的剩余雜質(zhì)，得到純凈的水資源，供工業(yè)或生活使用。在應(yīng)用結(jié)果中，化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）的去除率均超過(guò)98%，重金屬離子的去除率也達(dá)到95%以上，pH值從偏酸性調(diào)整至接近中性。證明本次試驗(yàn)采用的廢水處理工藝是有效的，能夠顯著減少?gòu)U水中的有害物質(zhì)含量，使其達(dá)到國(guó)家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：金屬涂裝；資源化；回收處理；離子交換法；溶劑萃取

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.071

Research on the Treatment Process of Recycling Metal Coating Wastewater Resources

ZHANG Yanfang

（Foshan Shenglang Environmental Science Co.， Ltd.， Foshan 528100， China）

Abstract： In the resource recovery and treatment of metal coating wastewater， organic pollutants can be effectively decomposed into harmless substances through microfiltration， coagulation， and chemical oxidation methods. By ion exchange and adsorption， heavy metal ions are removed from wastewater to ensure that it meets safe discharge standards. By using technologies such as electrolysis and solvent extraction， these metals are separated from wastewater to achieve resource reuse. The wastewater treated above can be further purified by evaporative crystallization technology to produce high-purity water. Evaporative crystallization can remove residual impurities from water and obtain pure water resources for industrial or domestic use. In the application results， The removal rates of Chemical Oxygen Demand （COD） and Biochemical Oxygen Demand （BOD） both exceed 98%， and the removal rates of heavy metal ions are also above 95%， adjust the pH value from slightly acidic to near neutral. Prove that the wastewater treatment process used in this experiment is effective and can significantly reduce the content of harmful substances in the wastewater， making it meet the relevant national discharge standards.

Keywords： metal coating; resource utilization; recycling and processing; ion exchange method; solvent extraction

金屬涂裝行業(yè)作為現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵領(lǐng)域，為無(wú)數(shù)產(chǎn)品提供了防腐蝕、裝飾和增強(qiáng)性能的涂層。然而，在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水問(wèn)題也不容忽視。這些廢水中含有大量有害物質(zhì)，包括重金屬、有機(jī)物、懸浮物等，這些物質(zhì)若未經(jīng)妥善處理和回收，直接將其排入環(huán)境，將會(huì)對(duì)水、土等帶來(lái)嚴(yán)重的污染。鉛、鉻、鋅等重金屬一旦進(jìn)入水體和土壤，不但很難分解，而且還能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人體健康構(gòu)成長(zhǎng)期威脅[1]。同時(shí)，有機(jī)物和懸浮物會(huì)消耗水體中的溶氧，造成水體缺氧，從而對(duì)水生生物產(chǎn)生不利的影響。此外，這些有害物質(zhì)會(huì)破壞生態(tài)平衡，影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康。在此背景下，開(kāi)展金屬涂裝廢水資源化回收處理工藝研究顯得尤為重要。

1 工程概況

某金屬制品生產(chǎn)企業(yè)專注于金屬涂裝產(chǎn)品的制造與銷售。在金屬涂裝的生產(chǎn)過(guò)程中，脫脂、預(yù)處理、噴涂等多個(gè)環(huán)節(jié)均會(huì)產(chǎn)生廢水，金屬涂裝廢水成分如表1所示。

2 金屬涂裝廢水資源化回收處理工藝設(shè)計(jì)

2.1 分解水中的有機(jī)污染物

微濾作為一種物理過(guò)濾技術(shù)，通過(guò)精細(xì)的過(guò)濾介質(zhì)，如微濾膜[2]，截留廢水中的懸浮顆粒、膠體物質(zhì)以及部分有機(jī)污染物。微濾膜的孔徑通常較小，能夠有效去除廢水中的大部分固體雜質(zhì)，提高廢水的清澈度。

使用高錳酸鉀氧化有機(jī)物時(shí)，分解乙酸的化學(xué)方程式為2KMnO4+3CH3COOH+5H2O→2MnO2+6CO2+11H2O+2K+

（1）

使用臭氧氧化有機(jī)物時(shí)，分解苯的化學(xué)方程式為

C6H6+15O3→6CO2+3H2O（2）

使用過(guò)氧化氫和催化劑Fe2+進(jìn)行芬頓反應(yīng)時(shí)，分解苯酚的化學(xué)方程式為

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+OH·（3）

向廢水中投加混凝劑，使廢水中的懸浮顆粒和膠體顆粒在混凝劑的作用下相互聚合并沉淀下來(lái)，從而達(dá)到去除水中污染物的目的。在金屬涂裝工序中，涂裝廢水主要含有油漆顆粒、顏料、填料等有機(jī)污染物。這些污染物在水中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，難以直接去除。通過(guò)混凝沉淀技術(shù)可以向廢水中投加混凝劑，使油漆顆粒、顏料、填料等污染物在混凝劑的作用下相互聚合并沉淀下來(lái)，從而有效去除水中的顆粒態(tài)有機(jī)物[3]。

2.2 去除廢水中的重金屬離子

傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法在處理金屬涂裝廢水時(shí)，雖然技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)便且成本相對(duì)較低，但無(wú)法有效保留廢水中的高價(jià)值金屬離子，如Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+及Cr2+等。這些離子在工業(yè)生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，離子交換法作為一種新興的廢水處理技術(shù)，在涂裝廢水金屬離子回收方面展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。這種方法不僅能夠有效去除廢水中的重金屬離子，減少對(duì)環(huán)境的潛在危害，還能通過(guò)樹(shù)脂的再生過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)高價(jià)值金屬離子的有效回收。離子交換樹(shù)脂通常由具有特殊官能團(tuán)的有機(jī)高分子材料制成，這些官能團(tuán)能夠與廢水中的離子發(fā)生交換。在涂裝廢水處理中，當(dāng)含有Cu2+和Zn2+等金屬離子的廢水通過(guò)離子交換柱時(shí)，這些離子會(huì)與樹(shù)脂上的交換基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，被吸附到樹(shù)脂上，而樹(shù)脂上的其他離子則被釋放到廢水中。

對(duì)于Cu2+的回收，化學(xué)方程式為

R-H+Cu2+→R-Cu+2H+（4）

對(duì)于Zn2+的回收，化學(xué)方程式為

R-H+Zn2+→R-Zn+2H+（5）

式中：R代表樹(shù)脂上的交換基團(tuán)，H+代表被釋放的氫離子。

2.3 回收廢水中的有價(jià)金屬

回收金屬涂裝廢水中的有價(jià)金屬是一項(xiàng)重要的環(huán)保和資源再利用技術(shù)，尤其在金屬涂裝廢水中，由于含有多種高價(jià)值的金屬離子，如Cu2+、Zn2+、Ni2+等，回收這些金屬不僅有助于減少環(huán)境污染，還能為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

在電解回收銅離子的過(guò)程中，通常使用銅板或銅網(wǎng)作為陰極，而陽(yáng)極則可以使用惰性電極石墨電極。當(dāng)電流通過(guò)電解池時(shí)，廢水中的Cu2+在陰極上得到電子，被還原成Cu，并沉積在陰極上。同時(shí)，在陽(yáng)極上，水分子失去電子被氧化，生成O2和H+。

陰極上，Cu2+得到兩個(gè)電子（2e-），被還原成Cu。陰極反應(yīng)為

Cu2++2e-→Cu（6）

通過(guò)這個(gè)過(guò)程，銅離子被還原成純銅，沉積在陰極上。陽(yáng)極反應(yīng)為

2H2O→O2+4H++4e-（7）

2.4 蒸發(fā)結(jié)晶制純水

蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1所示。確保所有設(shè)備都處于良好的工作狀態(tài)，并進(jìn)行必要的清潔和消毒。將待處理的有價(jià)金屬原水加入蒸發(fā)器的加熱部分，啟動(dòng)熱源，對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行加熱。隨著溫度的升高，原水中的水分開(kāi)始蒸發(fā)，形成水蒸氣。在這個(gè)過(guò)程中，水中的大部分溶解性雜質(zhì)如鹽類、礦物質(zhì)等不會(huì)隨水蒸氣蒸發(fā)，而是留在蒸發(fā)器底部。水蒸氣進(jìn)入冷凝器后，會(huì)凝結(jié)成液態(tài)水。在冷凝器下方設(shè)置收集器，用于收集冷凝下來(lái)的純凈水。

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 實(shí)例準(zhǔn)備

針對(duì)小規(guī)模廢水處理設(shè)計(jì)，使用間歇式重力濃縮池，每日僅注入一次廢水。綜合考慮消毒藥品的經(jīng)濟(jì)性、殺菌效果以及設(shè)備兼容性，最終選定加氯消毒作為處理方案。確保設(shè)備狀態(tài)良好并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，準(zhǔn)備回收處理過(guò)程中所需的化學(xué)藥劑和吸附劑，如沉淀劑、氧化還原劑、活性炭等，具體參數(shù)如表2所示。

當(dāng)金屬涂裝廢水經(jīng)過(guò)一系列的處理步驟后，廢水中的大部分有害物質(zhì)，如懸浮物、有機(jī)物和某些重金屬離子，已經(jīng)被有效去除或降低到較低水平。對(duì)回收處理后的廢水進(jìn)行排放前監(jiān)測(cè)，確保廢水符合國(guó)家和地方相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、重金屬離子等，廢水監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3所示。

3.2 結(jié)果分析

由表4可知，經(jīng)過(guò)一系列的處理步驟，有效去除廢水中的COD、BOD、重金屬離子（Pb、Cu、Zn）、色度及懸浮物。其中，COD和BOD的去除率均超過(guò)98%，顯示出高效的有機(jī)物去除能力。重金屬離子的去除率也均達(dá)到95%以上，有效降低了廢水對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)。廢水的pH值從偏酸性調(diào)整至接近中性，更有利于維持生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。證明本次試驗(yàn)采用的廢水處理工藝和技術(shù)是有效的，能夠顯著減少?gòu)U水中的有害物質(zhì)含量。

4 結(jié)論

金屬涂裝廢水資源化回收處理工藝研究，不僅是對(duì)環(huán)境保護(hù)的積極響應(yīng)，更是推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。通過(guò)本研究的深入探索與實(shí)踐，取得一系列積極的成果，為實(shí)現(xiàn)廢水高效處理和資源化利用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來(lái)，將持續(xù)關(guān)注環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，不斷優(yōu)化處理工藝，為金屬涂裝行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)更多力量。

參考文獻(xiàn)

1 季宏飛，秦 佩，吳曉偉.三元正極材料清洗廢水資源化回收零排放處理工藝[J].當(dāng)代化工，2023（10）：2487-2491.

2 薛 禹，何成達(dá)，朱騰義，等.環(huán)氧樹(shù)脂高濃度高鹽廢水資源化利用工藝研究進(jìn)展[J].山東化工，2023（13）：75-78.

3 胡鄂明，郭昊童，吳童盼，等.化學(xué)氧化-沉淀法對(duì)某酸性礦山廢水中鐵的資源化回收處理工藝[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2022（6）：29-33.