電鍍廢水常規處理技術
1、前言
電鍍行業排污量巨大、污染物毒性強且難以處理，易造成極大的環境破壞。我國電鍍企業中中小型企業占了很大比重，其生產技術落后，配套廢水處理裝置不夠完善，從而造成更大的污染。
電鍍廢水中含有大量的重金屬，這些重金屬傾向于在活的有機體中積累并且不可生物降解，許多重金屬元素是有毒或者致癌的，這些重金屬進入人體將會給人體帶來巨大危害。另外，電鍍廢水中還包括大量酸類、堿類物質及各種有機物，其中更有一些“三致”物質，嚴重威脅人體健康。因此，電鍍廢水必須進行有效處理，處理達標后方可排放。國家和社會對電鍍廢水處理技術的研究越來越重視，以期實現廢棄物的無害化、資源化，獲得最好的環境和經濟效益。
目前，電鍍廢水的常規處理技術主要有物理法(蒸發濃縮法和反滲透)、化學法(化學沉淀法、氧化還原法和鐵氧體法)、物化法(吸附法、膜分離法、離子交換法和電解法)、生物法、聯合處理法及其他方法(光催化技術、重金屬捕集劑)。本文將介紹每種處理方法的原理、優缺點及研究現狀，最后對電鍍廢水的處理做出展望，為研究提供依據和方向。
2、電鍍廢水的組成與性質
電鍍廢水主要由鍍件清洗水、廢電鍍液、設備冷卻水和其它廢水(包括沖刷車間地面、極板的沖洗水、通風設備冷凝水和鍍槽滲漏導致的槽液和排水)等組成。廢水水質復雜、成分不易控制，其中含有不同濃度的鐵、銅、鋅、鉻、錫、鉛、鎘、鐵和鎳離子以及高濃度的酸、硫酸鹽、氯離子等，這些離子嚴重威脅著人體健康。另外，電鍍廢水中也含有很多寶貴的工業原料，可以對其進行回收處理。
3、電鍍廢水處理方法
3.1 物理法
物理法是一種不改變物質化學性質而達到分離電鍍廢水中的懸浮污染物質的方法，其中有代表性的包括蒸發濃縮法和反滲透法。前者顧名思義，即通過蒸發使重金屬濃縮。后者是利用反滲透的原理，在含廢水的部分施加較高的壓力，使作為溶劑的水分子透過半透膜從而使水與重金屬及其他溶質分離。兩者均是物理操作，工藝成熟簡單;無需添加化學試劑，無二次污染，并能夠回收利用重金屬和水，一般適用于含鉻、銅及鎳廢水。但這兩種方法因能耗大，成本高等問題不適用處理重金屬含量低的廢水。因此，一般將物理法作為輔助處理手段和其他方法共同處理電鍍廢水。馮霞等采用微濾—反滲透工藝深度處理電鍍廢水，結果表明：電鍍廢水中的脫鹽率、Cu2+去除率、Ni2+去除率分別達到95.6%、98.8%、98.6%，濁度幾乎完全去除、出水水質滿足GB21900-2008《電鍍污染物排放標準》中水污染特別排放限值要求。
3.2 化學法
3.2.1 化學沉淀法
通過投加化學試劑與廢水中污染物結合形成沉淀，然后通過沉降、過濾、分離、去除的一種方法。其中主要包括硫化物沉淀法、氫氧化物沉淀法、鉻酸鹽沉淀法和鐵氧體沉淀法。化學沉淀法作為一種傳統工藝，應用較為成熟，費用相對低廉，所以在電鍍廢水處理中占據較大比重。但其具有化學品消耗過多，廢渣產生量大、重金屬不能直接回用、易造成二次污染等問題。杜皓明等采用Na2S2O5對電鍍廢水中的鉻離子進行還原，生成危害性小的三價鉻離子，通過對酸堿度的調節形成沉淀，從而達到對鉻的去除。
3.2.2 氧化還原法
氧化還原法是一種利用氧化劑或還原劑與溶解性的污染物發生氧化還原反應，從而將污染物轉化為無害物質的方法。其中主要包括化學氧化法和化學還原法。氧化還原法具來源廣、效率高、操作簡單、投資少、應用廣泛等優點。茹振修等采用氧化還原法處理含氰含鉻混合電鍍廢水，結果表明：兩種廢水混合處理后各項指標均優于國家標準，工藝流程及設備比單獨處理時簡單。
3.2.3 鐵氧體法
鐵氧體法的原理是：在適宜的溫度條件與PH條件下，加入的硫酸鐵鹽與電鍍廢水中的金屬離子形成鐵氧體復合氧化物，通過固液分離從而達到去除重金屬離子。鐵氧體法具有工藝簡單、固液容易分離、無二次污染等優點。但是這種方法處理成本高、處理過程條件難以控制，產生大量的污泥。彭麗花等利用鐵氧體法來處理混合電鍍廢水，該種方法能夠高效地處理含有多種重金屬離子的電鍍廢液，并且處理價格低廉。
3.3 物化法
3.3.1 離子交換法
利用交換劑中交換基團對廢水中的不同離子進行選擇性交換分離，最終達到去除污染物的一種方法。目前，該種方法主要適用于含鉻、含鎳、含金等電鍍廢水的處理。離子交換法在處理效率、資源回收方面有著其它方法難以匹敵的優勢，但具有一次性投資大、操作管理較復雜、占地面積較大、且易造成“二次污染”等問題。另外，由于樹脂柱易飽和，因此離子交換法在重金屬濃度高的廢水中受到限制。董新等采用離子交換法處理電鍍含鉻廢水，結果表明：處理后出水中Cr(VI)濃度小于0.2mg/L，達到國家排放標準，另外，對得到的鉻酸溶液進行濃縮后可重新應用于鍍槽，消除了Cr(VI)對環境的污染。
3.3.2 電解法
電解法是利用電極氧化和還原產物與廢水中的有害物質發生化學反應生成沉淀的一種方法。該種方法效率高，易于回收，且回收產物一般具有再利用價值，有一定經濟效益，同時因為此方法耗能較大、費用高，故不適于處理低濃度的電鍍廢水。不少研究者通過電滲析法從電鍍廢水中選擇性的回收鋅和鎳。GuanW等采用RuO2/Ti陽極和不銹鋼陰極聯合電氧化-電積(EO-ED)體系處理鎳氨絡合物廢水，同時實現了鎳氨絡合物的絡合和鎳金屬的回收，其中鎳回收率85-95%，氨氮去除率65-70%。
3.3.3 膜分離法
由于膜存在滲透作用，在外部能量的推動下，可以實現廢液中某些成分的選擇性透過，從而達到分離、提純和富集。其中包括反滲透(RO)、微濾、超濾和納濾，這些方法不僅可以解決重金屬污染的問題，而且還可以回用電鍍工業中的有用金屬。膜分離法是一種很有發展前景的技術、占地面積小、無二次污染，但是膜的造價高、易受污染。董佳等利用膜分離法處理電鍍廢水，結果發現在一定的條件(壓力、pH和回流比)下對廢水中的鉻離子、銅離子和鎳離子的去除率均達到98%以上，同時經濟效益和環境效益極佳。
3.3.4 吸附法
吸附劑擁有特殊的結構，利用這些獨特結構吸附去除重金屬的方法就叫做吸附法。活性炭、殼聚糖樹脂、腐殖酸都是常見的吸附劑。不同吸附劑的吸附機理不同，其最主要的是物理、化學和生物吸附。吸附法具有去除效率高、穩定性好、不產生或很少產生二次污染、吸附劑可重復使用等優點。于泊蕖用Mg(OH)2吸附廢水中Ni2+離子，研究表明，當pH在4.8~8.6之間、攪拌時間在4min、投加量為1.5g/L時，90%以上的Ni2+離子都能通過此方法吸附去除，并且使用過的Mg(OH)2能夠再次回用。TaheriR等通過MCM-48介孔二氧化硅對電鍍廢水吸附進行了研究，結果表明：使用制備的吸附劑能去除99%的Ag。WangSY等采用桉葉渣制備磁性生物炭來處理與金屬共存的含Cr電鍍廢水，其中Cr(VI)、總Cr、Cu(II)和Ni(II)在磁性生物炭上被有效的吸附，去除率分別為97.11%，97.63%，100%和100%。并且，使用后的磁性生物炭仍具有原始的磁性分離性能。
3.4 生物法
生物法是一種通過微生物或植物本身的吸附功能以及新陳代謝進行富集以達到去除污染物的方法。與其他物理和化學方法相比，生物法具有低耗、經濟、環保的優點，并且能夠進一步回收重金屬，但是生物法多處于實驗模擬階段，其實用化和工業化還需深入研究。LiuC等使用咖啡渣廢物的生物吸附有效地減少和吸附電鍍廢水中的鉻。在作用的過程中，Cr(VI)被完全消除，僅有少量Cr(III)中殘留在溶液中。HackbarthFV等發現大型藻(P.algaliculata)在酸性pH條件下，可以作為將Cr(VI)還原成Cr(III)的天然電子供體，并作為鋅，鐵和三價鉻螯合的天然陽離子交換劑。
3.5 組合處理技術
電鍍廢水種類繁多，各種不同的生產工藝也使得廢水的各種特征不盡相同，致使單一的廢水處理技術很難廣泛使用。同時，單一的處理方法很難達到所要求的指標，無法實現處理效果和經濟效益的統一。多元組合技術正是用來解決這個難題，多種技術取長補短，相互促進，最終達到較好的處理效果和經濟效益。物化-生物-膜法組合工藝是電鍍廢水治理的主流，其中物化法對電鍍廢水的重金屬離子有很好的去除作用，生物法能有效去除有機物，膜法進一步截留其中的污染物。結合三者對于不同污染物的去除優勢，從而有效降低電鍍廢水的處理成本，提高再生率。另外，其他組合方法也應用廣泛，張彬彬等采用微電解-A/O工藝處理電鍍廢水，出水中氨氯、總氮和COD的質量濃度均滿足排放標準，去除效果顯著、穩定。CuiJ等采用臭氧氧化-曝氣生物濾池(BAF)工藝處理含氰電鍍廢水，結果表明：CN-、COD、Cu2+和Ni2+的去除率分別為99.7%、81.7%、97.8%和95.3%，并且出水濃度分別達到了電鍍廢水的排放標準。另外，葡萄糖的添加可以提高生物濾池的污染物去除效率。GhoshP等提出了電化學法和石灰沉淀的組合方法作為處理含有高COD和鋅的人造絲工業廢水的有效方法。
3.6 其他技術
3.6.1 光催化技術
光催化處理技術的原理是通過光催化劑在光照下發生躍遷，產生電子?空穴對，其中電子能夠將電鍍廢水重金屬直接還原，而空穴可以將水氧化成羥基自由基，從而將難降解的有機物氧化為H2O、CO2。其中光催化劑主要包括TiO2、ZnO、WO3、SrTiO3、SnO2和Fe2O3。光催化技術具有適用范圍廣、處理高效、產物降解徹底、無二次污染等特點。孫斌等[28]的研究是紫外光條件下，選取TiO2為催化劑對絡合銅廢水進行光催化反應，結果表明：在適應的條件下，絡合銅廢水的Cu(II)與COD的去除率分別為96.56%和57.67%。
3.6.2 重金屬捕集劑
在常溫環境下，廢水中的絕大部分重金屬離子與重金屬捕集劑都能產生強烈的螯合作用，生成的產物為高分子螯合鹽沉淀，通過固液分離就可以達到去除廢水中重金屬離子的目的。這種方式具有來源廣泛、無二次污染、反應效率較高和選擇性良好等優點，尤其適合于低重金屬含量的廢水。潘思文等[29]研究了三種市面出售的補集劑對實際電鍍廢水中的Cu2+、Zn2+、Ni2+的處理效果，結果發現三聚硫氰酸三鈉(TMT)適用于處理單一的含銅廢水;二甲基二硫代氨基甲酸鈉(Me2DTC)適用性較優，在pH=9.7時對3種重金屬離子的去除效果最佳，各種離子均能夠達到標準排放;二乙基二硫代氨基甲酸鈉(Et2DTC)對廢水中的Ni2+處理效果不理想。
4、結論與展望
國家對環保產業的要求越來越嚴，電鍍企業必須重視環保生產，推出綠色節能技術，這就要求對電鍍廢水處理技術必須有更加深入的研究，從另一方面來說這也是給電鍍廢水處理技術的研究提供了機遇，各種處理方法的研究變得更加必要，處理方法的優化和新處理方法的發明將會讓這個領域有更加長足的發展。根據國內外對電鍍廢水處理的研究以及治理情況，提出了以下幾點展望：
(1)對于廢渣污泥和電鍍廢液的處理以及回用上，可以考慮建立覆蓋一個城市或一個地區的集中回收再生中心，統籌規劃，統一收集回用，以實現資源的再利用;
(2)國外對電鍍廢水處理90%以上使用化學法，同時單一的處理方法又很難達到理想的處理效果，據此，開發以化學法為主，其他方法為輔的組合處理技術是一種發展方向，這種組合處理技術的適用范圍較廣，同時又可節約資源。
(3)微生物因其成本低、無二次污染等優點受到廣泛關注。通過分子生物學技術等從基因層次深入研究，結合植物或者新型功能材料聯合處理電鍍廢水將是以后的研究熱點。
(4)在完成電鍍廢水重點污染物零排放的基礎上，采用重金屬廢水回收工藝等清潔生產技術，實現對有用重金屬的回收利用。
(5)研究廢水處理自動控制系統具有一定的意義，它會根據廢水的不同成分，成分的不同含量，實時調整廢水處理設備，使之達到高效率的處理結果。
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