高新技術電鍍廢水處理技術突破———膜技術治理電鍍廢水實現(xiàn)零排放

盧月紅1陳彩平2

(1、嘉興市循環(huán)經(jīng)濟研究院，浙江嘉興3140002、嘉興職業(yè)技術學院，浙江嘉興314000)

摘要：高分子薄膜分離技術具有低能耗、無相變、無污染，且分離效率、濃縮倍數(shù)高等優(yōu)點，我們利用它成功地開發(fā)出電鍍廢水零排放系統(tǒng)并實現(xiàn)重金屬回收再用。該系統(tǒng)采用二級膜分離技術，來實現(xiàn)分離、濃縮電鍍器件漂洗水。設計濃縮倍數(shù)為100倍，處理流量為500m3/H(r25℃)。被膜分離后的濃縮液經(jīng)過特殊研制的萃取劑，將濃縮的重金屬自動萃取回到電解槽再用。本裝置適合各類電鍍系統(tǒng)，處理后電鍍廢水污染物含量優(yōu)于國家最新《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008。膜集成技術用于電鍍廢水資源化不僅不會造成二次污染，而且還回收了廢水中的有害重金屬，變害為寶，使水資源得到再利用，從而推動我國電鍍工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。一年多使用證明，本裝置不僅由于實現(xiàn)電鍍廢水處理的零排放和回收再利用重金屬取得巨大經(jīng)濟、社會效益，也為在兩年過渡期內全國所有電鍍企業(yè)達標作出應有貢獻。

關鍵詞：薄膜分離技術;萃取劑;重金屬回用;污染零排放

1電鍍企業(yè)污染零排放和重金屬回收再用

電鍍是當今全球三大污染工業(yè)之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國電鍍行業(yè)每年排出的電鍍廢水約有40億立方米，相當于幾個大中城市的自來水供水量，嚴重加劇水資源的短缺。電鍍用水量大、電鍍漂洗水嚴重污染，導致了電鍍工業(yè)無法持續(xù)發(fā)展。

電鍍生產(chǎn)過程產(chǎn)生各種漂洗廢水和廢液，成為環(huán)境污染的主要來源。電鍍行業(yè)中，常用的鍍種有鍍鎳、鍍銅、鍍鉻、鍍鋅、鍍鎘鍍鉛、鍍銀、鍍金和鍍錫。以鉻電鍍工藝為例，電鍍生產(chǎn)工藝流程為：堿洗(洗油污)→清洗→酸洗(除氧化皮)→清洗→鍍鎳(第一層)→回收(回收帶出鍍液)→清洗→鍍鉻→(回收帶出鍍液)→鉻還原→中和→清洗→滾洗→烘干→成品。

電鍍工藝流程中有多次清洗、堿洗、酸洗、滾洗等產(chǎn)生大量清洗水，因此電鍍廢水的主要污染因子是鉻、鎳鋅、銅等重金屬離子、氰化物和COD等。這些污染物有的毒性較大，有些還含致癌、致畸致突變的劇毒物質，對人類危害極大。必須經(jīng)過強化化學方法處理，通過氧化破氰、還原除鉻、中和反應、混凝沉淀等工藝消除污染，并通過精密過濾徹底去除污染因子。

據(jù)統(tǒng)計，全國27條主要河流，大多數(shù)被嚴重污染，其中部分重金屬污染的元兇就是電鍍廢水和廢液。由于重金屬不能被任何手段分解和破壞，只能轉變其物理和化學形態(tài)如離子態(tài)的重金屬經(jīng)化學處理可能變成固態(tài)的重金屬污泥，如果這種含有重金屬的污泥處置不當，通過土壤、空氣和水的作用，重金屬有可能重新以離子態(tài)進入環(huán)境，并通過食物鏈危害人體健康。進入人體的重金屬經(jīng)過不斷累積，輕者造成慢性中毒，重者將導致死亡。目前這種由電鍍廢水和廢液導致的重金屬污染已經(jīng)嚴重威脅到飲用水源等環(huán)境保護的敏感區(qū)域。

嘉興市循環(huán)經(jīng)濟研究院以積極開展循環(huán)經(jīng)濟為己任，早就開展以我為組長的《電鍍廢水零排放技術》項目開發(fā)，經(jīng)過3年多研究，終于在2008年完成研究，并進行小批量生產(chǎn)提供浙江地區(qū)30多家電鍍企業(yè)使用，獲得非常滿意的市場效應。處理后的廢水完全優(yōu)于《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008標準，并實現(xiàn)廢水循環(huán)使用、零排放，其中回收的重金屬不僅避免對環(huán)境污染，而且可以回收利用，經(jīng)濟、社會效益明顯。

2電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置

2.1基本原理和主要技術特色

 

本裝置通過超濾、反滲透法膜集成技術和離子交換法，分離、濃縮電鍍廢水重金屬離子，再使用特殊研制萃取劑萃取濃縮的重金屬離子，并自動重新應用于電鍍槽。超濾是一個以壓力差為推動力的膜分離過程，是一種篩孔分離過程。

被處理廢水在壓差的推動下，達到分離與濃縮的目的。超濾膜早期用的是醋酸纖維素膜材料，以后還用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及無機膜材料。膜的孔徑大約0.002～0.1μm,截留分子量大約為500～500000。其操作壓力在0.07-0.7MPa左右。反滲透技術是20世紀60年代發(fā)展起來的一項膜分離技術，是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程。

萃取劑選擇為了能將濃縮后重金屬萃取送回到電鍍槽，我們特別研制用于電鍍液的重金屬萃取劑。我們選擇常用三種金屬萃取劑EDTA、HNO3和CaCl2，在一定的萃取條件下，研究不同的萃取劑對重金屬、Zn、Cu和Cd的萃取效率及萃取前后的金屬形態(tài)變化特征。發(fā)現(xiàn)三種萃取劑的萃取效率依次為EDTA>HNO3>CaCl2。其中較好萃取劑--ED-TA不僅能萃取酸溶解態(tài)的金屬，還能萃取部分鐵-錳氧化物結合態(tài)、硫化物及有機結合態(tài)和殘渣態(tài)的金屬。為了獲得更佳萃取劑，我們選用多元回歸分析這三種萃取劑不同量組合，找出復合萃取劑的最佳組成。我們自己特有萃取劑就保證裝置性能和我們設備品牌效益。

本工藝技術創(chuàng)新之處在于首次將超濾技術和反滲透技術有機地組合起來治理電鍍廢水，利用超濾除去廢水的部分一價鹽，并對金屬離子進行預濃縮，經(jīng)濾預濃縮后的含金屬料液再經(jīng)反滲透濃縮后由萃取劑直接送回電鍍槽，超濾透過液做工藝水回用。本工藝充分發(fā)揮了超濾技術和反滲透技術的特長。

因此，膜集成技術用于電鍍廢水資源化不僅不會造成二次污染，而且還回收了廢水中的有害重金屬，變害為寶，使水資源得到再利用，從而推動我國電鍍工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2.2技術流程

電鍍后的鍍件先進入回收槽，再經(jīng)過兩個溢流漂洗水槽回收槽的漂洗水通過增壓裝置進入預處理裝置，經(jīng)過兩道預處理和重金屬捕捉系統(tǒng)后，出水直接回到2號水洗槽，溢流到1號水洗槽和回收槽，形成一個閉路水循環(huán)。重金屬捕捉裝置飽和后，經(jīng)過濃縮、萃取后直接自動加到鍍槽重新回用。

2.3技術關鍵

前期預處理系統(tǒng)主要是為了前期預處理，除雜物和系統(tǒng)保護;微濾第二次預處理系統(tǒng);主要再次預處理和系統(tǒng)保護;高分子重金屬捕捉、濃縮系統(tǒng)是本裝置關鍵部件;采用美國高分子重金屬捕捉材料、抗污染濃縮分離膜來捕捉、濃縮電鍍鎳漂洗水，設計捕捉能力99%以上、濃縮倍數(shù)為100倍(以體積計);處理流量為1-500m3/Hr(25℃);特制萃取劑是本裝置特色;高分子重金屬捕捉材料飽和后，用萃取劑萃取下來的濃縮金屬自動回到鍍槽，實現(xiàn)重金屬回收再用。所有的漂洗廢水做為回用水從新用于漂洗。在鍍鎳鎳回收裝置上，實際已經(jīng)控制[Ni2+]≤0.1mg/1，達到國家一級排放標準，在國內率先實現(xiàn)電鍍廢水處理的零排放。

2.4技術指標

廢水處理能力按照企業(yè)需要：1-500T/;電鍍廢水處理裝置出水水質指標達到國家《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008。設備連續(xù)運行中需要大體每15天換萃取劑;每30天換高分子濾芯。設備有自動檢測提示燈，待提示燈閃爍表示應該盡快換新萃取劑或高分子濾芯。并自動與我公司發(fā)送更換信息。到萃取劑和高分子濾芯對廢水處理發(fā)生改變時會自動停機。

設備無故障運行時間>8000小時;設備使用壽命>10年，焊接符合[GB/T985一1998[]JB/T4785-1997]規(guī)定。本系統(tǒng)選用國外先進的膜元件、增壓泵高壓泵，以及各種儀表、SDI儀和電動球閥整個系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器(PLC)，安裝COD、重金屬特征污染物在線自動監(jiān)控裝置，同時完成電氣和儀表的自動控制與監(jiān)測能自動對設備的運行工藝狀態(tài)、運行參數(shù)實時監(jiān)測，同時系統(tǒng)也可以進行就地手動操作。本裝置中的污染物排放自動監(jiān)控設備，能與當?shù)卣�府的環(huán)境污染源監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。

 

3投資效益分析

3.1項目經(jīng)濟效益事例

嘉興市某電鍍廠(圖1)，每天30噸鍍鎳漂洗廢水，投資一套10萬元廢水處理回收設備，一年后產(chǎn)生37.27萬元經(jīng)濟效益。系統(tǒng)年運行費用。按照1.5噸/小時廢水處理設計，每年工作300天，每天運行20小時。設備功率0.55千瓦/小時，電價0.8元度。系統(tǒng)年處理廢水量9000噸/年;總運行電費2640元;系統(tǒng)年消耗高分子濾芯和萃取劑2620元。系統(tǒng)年運行費用5260元系統(tǒng)回收單位成本：5260÷9000=0.58元/噸。年創(chuàng)造效益：原來采用化學方法處理所需綜合費用(水費+排污費+藥劑+電費+人工費)大約15元/噸;現(xiàn)在采用本回收設備后，每噸水可以節(jié)約費用15-0.58=14.42元/噸。系統(tǒng)年節(jié)水產(chǎn)生效益：9000噸/年x14.42元/噸=12.97萬元。系統(tǒng)每年回收鎳離子2.7噸效益：2.7噸x9萬元/噸=24.33萬元。系統(tǒng)每年創(chuàng)造效益：回收水費+回收鎳費=12.97+24.33=37.27萬元。

3.2推廣情況及用戶意見

推廣情況。該裝置經(jīng)浙江省30多個電鍍企業(yè)使用，一致認為設備的性能可靠，技術先進，運行經(jīng)濟，是電鍍行業(yè)值得推廣的廢水處理和重金屬回收設備，真正實現(xiàn)零污染排放。用戶意見。該裝置由嘉興市循環(huán)經(jīng)濟研究院研究設計，完全擁有自主知識產(chǎn)權，由嘉興市朝暉節(jié)能環(huán)�？萍加邢薰�司生產(chǎn)。經(jīng)過一年多的運行，各指標均達到國家《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008。其中：鎳、銅、鋅、鉻等均能達到國家一級排放標準。經(jīng)濟效益明顯，使用幾月后就可以收回成本。

裝置在電鍍污染物排放監(jiān)控設置和采樣點符合國家標準要求，也遵照《污染源自動監(jiān)控管理辦法》的規(guī)定，本裝置中的污染物排放自動監(jiān)控設備，能與當?shù)卣�府的環(huán)境污染源監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)。裝置自動化水平高，無人操作，裝置運行和需要更換部件都有提前預警顯示。

4環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益

電鍍企業(yè)實施國家《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008的環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益。由于國家《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008已經(jīng)從2008年8月1日起執(zhí)行，對于全國現(xiàn)有電鍍企業(yè)，新標準的實施無疑帶來了巨大的環(huán)保和技改壓力，但結合已有通過清潔生產(chǎn)審核并進行改造的企業(yè)經(jīng)驗來說，其中蘊含大量的環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益。據(jù)估計，新標準實施后，全國大約60%的電鍍企業(yè)需要對治理設施進一步改造或增加處理設施才能達標。執(zhí)行新標準后，全國現(xiàn)有電鍍企業(yè)需投入約12億元對廢水處理設施進行改建，每年電鍍廢水的處理運行費用約為4.8億元

。廢水處理后再進行重復使用，則每年又可節(jié)省大量新鮮水，同時廢水實現(xiàn)真正零排放，節(jié)省可觀的水費和廢水處理費，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。同時節(jié)省了大量的電鍍污泥處理費用。5電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置顯現(xiàn)巨大商機

這臺由嘉興市循環(huán)經(jīng)濟院研究開發(fā)，由嘉興市朝暉節(jié)能環(huán)保科技有限公司生產(chǎn)的電鍍廢水零排放處理和重金屬回收再用裝置，經(jīng)過一年多眾多企業(yè)使用運行，獲得用戶好評，處理后電鍍污染物各指標均達到國家《電鍍污染物排放標準》GB21900-2008。其中：鎳、銅、鋅、鉻等均能達到國家一級排放標準。經(jīng)濟效益明顯，很快可以收回成本。新標準給了現(xiàn)有電鍍企業(yè)2年的過渡期，也就是給我們在這2年的準備時間里，大力推廣本裝置，走創(chuàng)新廢水處理重金屬回收系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境優(yōu)化組合之路，用科技使所有電鍍企業(yè)達標，為實現(xiàn)人與社會和諧發(fā)展作出應有貢獻。