電鍍重金屬?gòu)U水處理技術(shù)的綜合分析
電鍍是利用電化學(xué)的方法對(duì)金屬和非金屬表面進(jìn)行裝飾、防護(hù)及獲得某些新的性質(zhì)的一種工藝過(guò)程。為保證電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量，使金屬鍍層具有平整光滑的良好外觀并與基體牢固結(jié)合，必須在鍍前把鍍件表面上的污物(油、銹、氧化皮等)徹底清洗干凈，并在鍍后把鍍件表面的附著液清洗干凈。因此，一般電鍍生產(chǎn)過(guò)程中必然排出大量電鍍廢水，必須進(jìn)行電鍍廢水處理、重金屬?gòu)U水處理。
電鍍廢水處理是一種難以徹底治理且更為復(fù)雜的混合重金屬?gòu)U水處理，電鍍污水處理必須根據(jù)電鍍廢水的水質(zhì)、水量與電鍍生產(chǎn)的工藝條件、生產(chǎn)負(fù)荷、操作管理與用水方式等因素。電鍍重金屬污水處理的水質(zhì)復(fù)雜，成分不易控制，其中含有氰化物、酸、堿、六價(jià)鉻、銅、鋅、鎘、鎳、金、銀等等重金屬污染物，毒性較大，有些屬于致癌、致畸、致突變的劇毒物質(zhì)，對(duì)人類(lèi)危害極大。
電鍍廢水處理，主要針對(duì)電鍍漂洗廢水、鈍化廢水、鍍件酸洗廢水、刷洗地坪和極板的廢水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”產(chǎn)生的廢水，另外還有廢水處理過(guò)程中自用水的排放以及化驗(yàn)室的排水等。電鍍廢水污染環(huán)境主要有兩個(gè)途徑，一個(gè)是量少濃度高的電鍍廢液的排放，一個(gè)是量大而相對(duì)濃度較低的電鍍廢水(主要是清洗廢水)的排放。
電鍍廢水處理目的是將廢水中的有害、有毒物質(zhì)加以分離后處理或回收利用，或者使有毒物質(zhì)改性變成無(wú)毒物。
電鍍重金屬?gòu)U水處理技術(shù)的現(xiàn)狀
化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀法是使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔锏姆椒ǎㄖ泻统练ê土蚧锍恋矸ǖ取?/p>
中和沉淀法
在含重金屬的廢水中加入堿進(jìn)行中和反應(yīng)，使重金屬生成不溶于水的氫氧化物沉淀形式加以分離。中和沉淀法操作簡(jiǎn)單，是常用的處理廢水方法。實(shí)踐證明在操作中需要注意以下幾點(diǎn)[1]：(1)中和沉淀后，廢水中若pH值高，需要中和處理后才可排放;(2)廢水中常常有多種重金屬共存，當(dāng)廢水中含有Zn、Pb、Sn、Al等兩性金屬時(shí)，pH值偏高，可能有再溶解傾向，因此要嚴(yán)格控制pH值，實(shí)行分段沉淀;(3)廢水中有些陰離子如：鹵素、氰根、腐植質(zhì)等有可能與重金屬形成絡(luò)合物，因此要在中和之前需經(jīng)過(guò)預(yù)處理;(4)有些顆粒小，不易沉淀，則需加入絮凝劑輔助沉淀生成。
硫化物沉淀法
加入硫化物沉淀劑使廢水中重金屬離子生成硫化物沉淀除去的方法。與中和沉淀法相比，硫化物沉淀法的優(yōu)點(diǎn)是：重金屬硫化物溶解度比其氫氧化物的溶解度更低，而且反應(yīng)的pH值在7—9之間，處理后的廢水一般不用中和。硫化物沉淀法的缺點(diǎn)是[2]：硫化物沉淀物顆粒小，易形成膠體;硫化物沉淀劑本身在水中殘留，遇酸生成硫化氫氣體，產(chǎn)生二次污染。為了防止二次污染問(wèn)題，英國(guó)學(xué)者研究出了改進(jìn)的硫化物沉淀法，即在需處理的廢水中有選擇性的加入硫化物離子和另一重金屬離子(該重金屬的硫化物離子平衡濃度比需要除去的重金屬污染物質(zhì)的硫化物的平衡濃度高)。由于加進(jìn)去的重金屬的硫化物比廢水中的重金屬的硫化物更易溶解，這樣廢水中原有的重金屬離子就比添加進(jìn)去的重金屬離子先分離出來(lái)，同時(shí)防止有害氣體硫化氫生成和硫化物離子殘留問(wèn)題。
氧化還原處理
化學(xué)還原法
電鍍廢水中的Cr主要以Cr6+離子形態(tài)存在，因此向廢水中投加還原劑將Cr6+還原成微毒的Cr3+后，投加石灰或NaOH產(chǎn)生Cr(OH)3沉淀分離去除。化學(xué)還原法治理電鍍廢水是最早應(yīng)用的治理技術(shù)之一，在我國(guó)有著廣泛的應(yīng)用，其治理原理簡(jiǎn)單、操作易于掌握、能承受大水量和高濃度廢水沖擊。根據(jù)投加還原劑的不同，可分為FeSO4法、NaHSO3法、鐵屑法、SO2法等應(yīng)用化學(xué)還原法處理含Cr廢水，堿化時(shí)一般用石灰，但廢渣多；用NaOH，則污泥少，但藥劑費(fèi)用高，處理成本大，這是化學(xué)還原法的缺點(diǎn)。
鐵氧體法
鐵氧體技術(shù)是根據(jù)生產(chǎn)鐵氧體的原理發(fā)展起來(lái)的。在含Cr廢水中加入過(guò)量的FeSO4，使Cr6+還原成Cr3+Fe2+氧化成Fe3+，調(diào)節(jié)pH值至8左右，使Fe離子和Cr離子產(chǎn)生氫氧化物沉淀。通入空氣攪拌并加入氫氧化物不斷反應(yīng)，形成鉻鐵氧體。其典型工藝有間歇式和連續(xù)式。鐵氧體法形成的污泥化學(xué)穩(wěn)定性高，易于固液分離和脫水。鐵氧體法除能處理含Cr廢水外，特別適用于含重金屬離子的電鍍混合廢水。我國(guó)應(yīng)用鐵氧體法已經(jīng)有幾十年歷史，處理后的廢水能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，在國(guó)內(nèi)電鍍工業(yè)中應(yīng)用較多。
鐵氧體法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少、操作簡(jiǎn)便、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但在形成鐵氧體過(guò)程中需要加熱(約70攝氏度)，能耗較高，處理后鹽度高，而且有不能處理含Hg和絡(luò)合物廢水的缺點(diǎn)。
電解法
電解法處理含Cr廢水在我國(guó)已經(jīng)有二十多年的歷史，具有去除率高、無(wú)二次污染、所沉淀的重金屬可回收利用等優(yōu)點(diǎn)。大約有30多種廢水溶液中的金屬離子可進(jìn)行電沉積。電解法是一種比較成熟的處理技術(shù)，能減少污泥的生成量，且能回收Cu、Ag、Cd等金屬，已應(yīng)用于廢水的治理。不過(guò)電解法成本比較高，一般經(jīng)濃縮后再電解經(jīng)濟(jì)效益較好。
溶劑萃取分離
溶劑萃取法[4]是分離和凈化物質(zhì)常用的方法。由于液一液接觸，可連續(xù)操作，分離效果較好。使用這種方法時(shí)，要選擇有較高選擇性的萃取劑，廢水中重金屬一般以陽(yáng)離子或陰離子形式存在，例如在酸性條件下，與萃取劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，從水相被萃取到有機(jī)相，然后在堿性條件下被反萃取到水相，使溶劑再生以循環(huán)利用。這就要求在萃取操作時(shí)注意選擇水相酸度。盡管萃取法有較大優(yōu)越性，然而溶劑在萃取過(guò)程中的流失和再生過(guò)程中能源消耗大，使這種方法存在一定局限性，應(yīng)用受到很大的限制。
吸附法
吸附法是利用吸附劑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種有效方法。利用吸附法處理電鍍重金屬?gòu)U水的吸附劑有活性炭、腐植酸、海泡石、聚糖樹(shù)脂等。活性炭裝備簡(jiǎn)單，在廢水治理中應(yīng)用廣泛，但活性炭再生效率低，處理水質(zhì)很難達(dá)到回用要求，一般用于電鍍廢水的預(yù)處理。腐植酸類(lèi)物質(zhì)是比較廉價(jià)的吸附劑，把腐植酸做成腐植酸樹(shù)脂用以處理含Cr、含Ni廢水已有成功經(jīng)驗(yàn)。有相關(guān)研究表明，殼聚糖及其衍生物是重金屬離子的良好吸附劑，殼聚糖樹(shù)脂交聯(lián)后，可重復(fù)使用10次，吸附容量沒(méi)有明顯降低[5]。利用改性的海泡石治理重金屬?gòu)U水對(duì)Pb2+、Hg2+、Cd2+有很好的吸附能力，處理后廢水中重金屬含量顯著低于污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。另有文獻(xiàn)報(bào)道蒙脫石也是一種性能良好的粘土礦物吸附劑，鋁鋯柱撐蒙脫石在酸性條件下對(duì)Cr6+的去除率達(dá)到99%，出水中Cr6+含量低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，具有實(shí)際應(yīng)用前暑膜分離技術(shù)
膜分離法是利用高分子所具有的選擇性來(lái)進(jìn)行物質(zhì)分離的技術(shù)，包括電滲析、反滲透、膜萃取、超過(guò)濾等。用電滲析法處理電鍍工業(yè)廢水，處理后廢水組成不變，有利于回槽使用。含Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cr6+等金屬離子廢水都適宜用電滲析處理，已有成套設(shè)備。反滲透法已大規(guī)模用于鍍Zn、Ni、Cr漂洗水和混合重金屬?gòu)U水處理。采用反滲透法處理電鍍廢水，已處理水可以回用，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)。液膜法治理電鍍廢水的研究報(bào)道很多，有些領(lǐng)域液膜法已由基礎(chǔ)理論研究進(jìn)入到初步工業(yè)應(yīng)用階段，如我國(guó)和奧地利均用乳狀液膜技術(shù)處理含Zn廢水，此外也應(yīng)用于鍍Au廢液處理中[7]。膜萃取技術(shù)是一種高效、無(wú)二次污染的分離技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)在金屬萃取方面有很大進(jìn)展。
離子交換處理法
離子交換處理法是利用離子交換劑分離廢水中有害物質(zhì)的方法，應(yīng)用的離子交換劑有離子交換樹(shù)脂、沸石等等，離子交換樹(shù)脂有凝膠型和大孔型。前者有選擇性，后者制造復(fù)雜、成本高、再生劑耗量大，因而在應(yīng)用上受到很大限制。離子交換是靠交換劑自身所帶的能自由移動(dòng)的離子與被處理的溶液中的離子通過(guò)離子交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的。推動(dòng)離子交換的動(dòng)力是離子間濃度差和交換劑上的功能基對(duì)離子的親和能力，多數(shù)情況下離子是先被吸附，再被交換，離子交換劑具有吸附、交換雙重作用。這種材料的應(yīng)用越來(lái)越多，如膨潤(rùn)土[11]，它是以蒙脫石為主要成分的粘土，具有吸水膨脹性好、比表面積大、較強(qiáng)的吸附能力和離子交換能力，若經(jīng)改良后其吸附及離子交換的能力更強(qiáng)。但是卻較難再生，天然沸石在對(duì)重金屬?gòu)U水的處理方面比膨潤(rùn)土具有更大的優(yōu)點(diǎn)：沸石[9]是含網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，其內(nèi)部多孔，比表面積大，具有獨(dú)特的吸附和離子交換能力。研究表明[10]，沸石從廢水中去除重金屬離子的機(jī)理，多數(shù)情況下是吸附和離子交換雙重作用，隨流速增加，離子交換將取代吸附作用占主要地位。若用NaCl對(duì)天然沸石進(jìn)行預(yù)處理可提高吸附和離子交換能力。通過(guò)吸附和離子交換再生過(guò)程，廢水中重金屬離子濃度可濃縮提高30倍。沸石去除銅，在NaCl再生過(guò)程中，去除率達(dá)97%以上，可多次吸附交換，再生循環(huán)，而且對(duì)銅的去除率并不降低。
生物處理技術(shù)
由于傳統(tǒng)治理方法有成本高、操作復(fù)雜、對(duì)于大流量低濃度的有害污染難處理等缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多年的探索和研究，生物治理技術(shù)日益受到人們的重視。隨著耐重金屬毒性微生物的研究進(jìn)展，采用生物技術(shù)處理電鍍重金屬?gòu)U水呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展勢(shì)頭，根據(jù)生物去除重金屬離子的機(jī)理不同可分為生物絮凝法、生物吸附法、生物化學(xué)法以及植物修復(fù)法。
電鍍重金屬?gòu)U水治理技術(shù)展望
隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越受到人們關(guān)注。電鍍重金屬?gòu)U水治理從末端治理已向清潔生產(chǎn)工藝、物質(zhì)循環(huán)利用、廢水回用等綜合防治階段發(fā)展。未來(lái)電鍍重金屬?gòu)U水治理將突出以下幾個(gè)方面：
(1)貫徹循環(huán)經(jīng)濟(jì)、重視清潔生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用;提高電鍍物質(zhì)、資源的轉(zhuǎn)化率和循環(huán)使用率;從源頭上削減重金屬污染物的產(chǎn)生量，并采用全過(guò)程控制、結(jié)合廢水綜合治理、最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放。
(2)電鍍重金屬?gòu)U水的處理技術(shù)很多，其中生物技術(shù)是具有較大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，具有成本低、效益高、不造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。隨著基因工程、分子生物學(xué)等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，具有高效、耐毒性的菌種不斷培育成功，為生物技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了有利條件。對(duì)于已經(jīng)污染的、范圍大的外環(huán)境，可采用植物修復(fù)技術(shù)治理，在治污的同時(shí)，不僅美化了環(huán)境，還可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
(3)綜合一體化技術(shù)是未來(lái)電鍍廢水治理技術(shù)的熱點(diǎn)。電鍍廢水種類(lèi)繁多，各種電鍍工藝差異很大，僅使用一種廢水治理方法往往有其局限性，達(dá)不到理想的效果。因此，綜合多種治理技術(shù)特點(diǎn)的一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
電鍍廢水處理站的工藝管理：
電鍍廢水因水質(zhì)差異較大，因此選取的工藝千差萬(wàn)別，每一種工藝都有其特定的控制參數(shù)，以及正常運(yùn)行的參數(shù)范圍，需要專(zhuān)門(mén)的管理人員定期進(jìn)行記錄。
參數(shù)的變化直接決定著設(shè)備是否正常運(yùn)行，也是判斷各設(shè)備最佳清洗時(shí)機(jī)及清洗效果的依據(jù)。每天按時(shí)記錄這些參數(shù)，并將其備案。若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)及時(shí)查找原因并作簡(jiǎn)單的故障分析，或及時(shí)聯(lián)系我公司售后服務(wù)部門(mén)。將這些故障的原因備案。
電鍍廢水處理站的日常事務(wù)管理：
1.工作人員應(yīng)每日對(duì)電鍍廠各車(chē)間進(jìn)行檢查，確保廢水的正常收集。如焦銅、褪鍍液、化學(xué)鎳、有機(jī)染料等不能排放到廢水站，需單獨(dú)收集送外處理，清缸液等濃度高的廢水也不能一次性排放，需少量多次排放。
2、工作人員應(yīng)在每日開(kāi)始工作前對(duì)設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的檢查，對(duì)于明顯的易于發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)更正。如：水箱是否漏水等。
3、工作人員應(yīng)該注意開(kāi)啟設(shè)備的順序。設(shè)備的運(yùn)行為半自動(dòng)化。手動(dòng)運(yùn)行的設(shè)備開(kāi)機(jī)順序尤其重要，運(yùn)行不當(dāng)會(huì)造成設(shè)備的損傷。例如：設(shè)備運(yùn)行前各階段的閥門(mén)是否正常打開(kāi)，泵不能在沒(méi)有水的條件下空轉(zhuǎn)等。
4、工作人員在設(shè)備正常運(yùn)行后，應(yīng)分時(shí)段記錄設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)督，如有異常情況，應(yīng)作緊急處理。無(wú)法處理的，應(yīng)向負(fù)責(zé)人匯報(bào)。
5、工作人員應(yīng)做好每日的設(shè)備清洗工作，對(duì)每個(gè)處理構(gòu)筑物的清洗時(shí)機(jī)的判斷、清洗方法、水量等應(yīng)有全面的掌握，保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。尤其是超濾膜和反滲透膜，其清洗的效果直接決定了廢水的回收率和出水水質(zhì)，以及膜的使用壽命。
6.工作人員應(yīng)對(duì)每項(xiàng)操作認(rèn)真仔細(xì)，以確保各系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。如化學(xué)沉淀系統(tǒng)中，破氰、鉻還原時(shí)間要充足；中水回用系統(tǒng)中，預(yù)處理系統(tǒng)每天至少清洗一次等。
7、工作人員于每日下班時(shí)關(guān)閉廢水處理設(shè)備，對(duì)于全天運(yùn)行的設(shè)備，廢水處理站應(yīng)該配備充足的人員進(jìn)行全天的操作、監(jiān)控，保證設(shè)備的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。
8.廢水處理車(chē)間做好衛(wèi)生工作，保證車(chē)間的環(huán)境衛(wèi)生整潔。
9、工作人員應(yīng)定期(1個(gè)月或2個(gè)月)對(duì)設(shè)備停機(jī)運(yùn)行作保養(yǎng)和維護(hù)，以保證處理設(shè)備能不間斷運(yùn)行。