我國電鍍廢水處理回用的現狀及探討
引言
近年來，我國政府和廣大民眾越來越認識環境保護對人民生活和經濟的持續發展的重要性，特別是去年國家各種新的環保法令的公布，更促進了工業界對環境保護的重視。我國是一個缺水大國，可供人民生產生活的水量不足世界人均占有量的1/2，在我國北方部分地區甚至只有1/3～1/4，節約和有效利用水資源是當務之急。
電鍍生產所產生的廢水在工業生產中是主要的水污染源之一，電鍍業是用水大戶。據不完全統計，全國的電鍍生產每年排放4億噸含重金屬廢水［1］。目前，國內大部分電鍍廠是將電鍍生產線排放的廢水用化學、電解或生物處理方法達到相關的國家污水排放標準后進行排放。這樣處理后的排放水雖然達到相關的國家污水排放標準，但其中的很多指標并不能達到直接循環回用到電鍍生產線上，甚至也不能利用在清洗和綠化等方面［2］。
近幾年來，由于國家環境保護和清潔生產方面要求的提高，在我國北京、上海、廣東及江浙等經濟發達地區，新建或改造電鍍生產線項目，環境保護管理部門都要求水的回用率在50%～90%以上，有的甚至需要零排放。這就要求電鍍工作者、專業設備制造廠及環保專家在電鍍廢水的回收利用方面做更深入的工作。
要避免片面盲目地追求電鍍廢水的“零排放”，要綜合考慮所涉及的各方面因素，應將能源消耗和排放達到最小化，以達到國家要求的水的小排放或微排放為宜。從目前環保技術的水平，要達到廢水零排放不是不可能，但不能為減少達標的電鍍廢水的少量排放而耗費大量的電能或熱能，因為電能或熱能意味著大量的炭排放，這是一種得不償失的污染的轉移，從經濟上考慮也是不適宜的。
1·我國電鍍廢水回用的現狀
目前很多電鍍工廠，在電鍍廢水的回收利用方面，通常是將電鍍廢水進行常規的化學處理，達到排放標準后再對該水進行反滲透去鹽處理這種最初級的方法。電鍍生產線產生的電鍍廢水在進行常規的化學處理后，雖然去掉了重金屬離子，但水中的非重金屬離子和可溶解性鹽類等雜質比例還非常高，經測定水的電導率在0．15～0．25 S/m左右。這類水的性質和海水差不多，只能用于工廠的衛生間沖洗和有限的水景觀，甚至不能長期用于綠化。采用反滲透法對該水過濾去鹽處理可以將水的電導率降低到0．035～0．045 S/m，達到工業用C級水的標準，只能回用于電鍍生產線前處理的部分粗洗，所以這種方法不能實現真正意義上的水的循環利用。
其典型的處理流程為:電鍍廢水→常規的化學處理→達標排放水→砂濾→炭濾→精密濾→超濾→反滲透濾→再生水→電鍍生產線前處理粗洗。上述的方法優點:
1)由于再生水部分與廢水處理部分是相對獨立的，對于已有電鍍廢水處理設施的工廠來說，可以比較方便地增加反滲透裝置對排放水進行進一步的凈化處理，使之產生有限的回用，并對已有的電鍍廢水處理設施沒有影響和改動。
2)反滲透裝置制取再生水方便可靠，管理簡便。可以根據需要決定是將處理達標后的水排放還是用來深度去鹽處理回用于電鍍生產線上。缺點:
1)由于反滲透方法本身的特性，其生產再生水率最高只有70%，如果計算電鍍線上那些不宜回收而直接排放的水量，整個系統水的回收率僅在50%左右。這對于國內環境保護要求高的地區(一般工業用水的回收率在80%～90%)的工廠就必須采用另外的方法。
2)電鍍廢水雖然進行了常規的化學處理，但還殘留有少量的氧化性雜質和有機雜質，這些都會對反滲透過濾膜起中毒和堵塞效應。由于反滲透系統本身生產再生水率最高只有70%，這是指新裝置第一年使用期內的數據，一年后盡管有良好的保養維護措施，也只能達到50%左右。
3)反滲透再生水處理裝置的設備投資和使用維護費用很高。由于目前國內的反滲透系統設備的產品效能還不是很好，所以絕大多數電鍍廢水處理的反滲透系統設備都是采用國外名牌產品，從一次反滲透過濾來看，20t/h處理量的反滲透系統單設備投資就需要人民幣80萬元左右，若考慮再生水的無限回用，則需要對排放水進行二次反滲透處理降低電導率，其系統的設備投資就需要人民幣130萬元左右。根據很多使用者的經驗，電鍍廢水反滲透過濾處理系統的運行費用為5元(人民幣)/t左右，這里包括能耗、藥品、人工及膜損耗等。電鍍廢水反滲透過濾處理系統里關鍵元件為反滲透過濾膜，一般采用國外(主要是美國)的產品，在維護好的條件下使用更換周期為2～2．5年，1個處理量為1t/h的膜(管)更換成本為0．6～0．8萬元人民幣。綜上所述，根據電鍍廢水反滲透過濾處理系統的優缺點，認為其并不是最理想的電鍍廢水處理回用的好方法。根據對全國各地已有該裝置的電鍍工廠的考察，有80%以上并不經常使用。在與國外(特別是歐盟和美、日等國)同行的交流和實際考察，他們在電鍍廢水的處理上也不推崇這種方法［3-12］。
2·關于電鍍廢水進行線邊處理的探討
近幾年國外和臺灣地區開始興起以電滲析(EDI)技術了代替反滲透過濾方法在電鍍廢水處理方面的應用，取得了不錯的效果，但是電滲析設備的建設投資目前無疑是很高的，在應用于實際工程方面還需要做一定的工作。
最近，國內逐漸開始流行電鍍廢水進行線邊處理，這種處理方法既可以是針對某一條電鍍生產線的具體情況，在其旁邊設置輔助的一條廢水處理及回用生產線，也可以是針對某個電鍍生產車間(有幾條電鍍生產線)的具體情況，在車間里或附近設置輔助的一條廢水處理及回用生產線。這相對于過去的將電鍍廢水進行常規處理后達標排放有了很大的技術進步，因為以前是以達標排放為主要目的，現在是以廢水回用生產為主要目的，比較起來這更符合“清潔生產，節能減排”的環境保護趨勢，可以預計我國的電鍍生產行業都會快速地向這個方向發展。
電鍍廢水進行線邊處理，可以幫助業者(即使用者)提高這樣一種認識:電鍍生產線和附屬的電鍍廢水處理及回用生產線是一個有機的整體，二者缺一不可，兩者結合得越緊密就越能發揮其效能。所以，在建設新的電鍍生產線(車間)的同時，最好由設計和建設該電鍍生產線(車間)的專業設備制造廠家(公司)來設計和建設附屬的電鍍廢水處理及回用生產線。這是因為現代電鍍生產線的排布不但要考慮電鍍生產的工藝順序，還要顧及到廢水處理及回用生產的方便。
對于電鍍生產線處理(鍍)槽后面的漂洗槽，若需要循環回用處理，由于以目前現有的技術，不管采用何種方式(離子交換樹脂、反滲透過濾、電滲析)對漂洗水進行處理，其電導率最佳的容忍值在350μS/m以下，所以設計和建設者應該注意下面四點:
1)電鍍生產線上化學(電解)工序后的漂洗水，根據其具體的工廠工藝，是否含油污、有機物及不可預知的污染物較多，一般可選擇直接排放(電鍍廢水常規化學處理站);
2)對于生產線上漂洗水鹽分的濃度比較高的工位，應該采用靜態洗和流動洗相結合的方式設計;
3)對于生產線上高于室溫的處理(如鍍鎳、鍍鉻等)工序，在需要循環回用處理的漂洗工位前面，應該加盡可能多的回收工位;
4)在一般的需要循環回用處理的漂洗工位，應該設計二級甚至多級逆流漂洗方式。例如二級逆流漂洗，其需要循環回用處理的設備負荷只是原來的1/2。
電鍍生產線及附屬的電鍍廢水處理及回用生產線(線邊處理)的設計和建設者還應該同時考慮電鍍工藝上貴重金屬離子的回收利用問題。例如現在有些廠家對電鍍生產線上鍍鎳后的漂洗水采用線邊反滲透過濾的方法進行處理，反滲透過濾出的清水部分再回用于鍍鎳后的漂洗，而析出的含鎳離子的濃水部分直接回補到前面的鍍鎳槽中。筆者并不完全贊同此種方法，因為對電鍍槽而言，工件帶出槽液本身就是一種凈化鍍槽的途徑，而反滲透析出的含鎳離子的濃水也含有大量的其它雜質(如添加劑的分解物、工件產生腐蝕的其它重金屬離子等)，直接回補到鍍鎳槽中會造成鍍鎳槽中雜質的積累，加速縮短了鍍鎳槽的使用周期，而對鍍鎳槽的大處理也會造成鎳離子的大量流失。現在有人已經意識到這個問題，采取了反滲透析出的含鎳離子的濃水單獨收集，定期根據濃水中含鎳離子濃度的高低作價交付有關專業的金屬回收公司進行專門的凈化回收處理，這種處理方法是合理的。對于電鍍生產線廢水的線邊處理，從合理性、可靠性、運行成本、設備投資成本、操作簡易方便等因素綜合考慮，到底采用何種方式(如離子交換樹脂、反滲透過濾、電滲析等)更適合我國電鍍專業工廠(公司)的具體情況，根據多年從事這方面的研究、設計和制造經驗，以及對國外電鍍行業的考察與交流，認為在一般情況下電鍍生產線廢水的線邊處理采用離子交換樹脂方法目前是最合適的，國外特別是歐盟90%以上的電鍍生產線(車間)采用的都是離子交換樹脂方法。
離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的典型流程為:
一般電鍍廢水和含鉻廢水→砂濾→(炭濾)→精密濾→強酸陽床→弱堿陰床→精密濾→再生水→電鍍生產線精洗。
含氰電鍍廢水→砂濾→(炭濾)→精密濾→強酸陽床→弱堿陰床→強堿陰床→精密濾→再生水→電鍍生產線精洗。
離子交換樹脂方法線邊處理電鍍廢水有下列優缺點:
優點:
1)電鍍生產線(車間)的線邊處理采用離子交換樹脂方法處理電鍍廢水可以得到極高的水回用率。電鍍生產線(車間)除了少數前處理化學(電解)脫脂工序后的漂洗水，含較多油污、有機物及不可預知的污染物，一般選擇直接排放(指電鍍廢水常規化學處理站)外，其它工位的漂洗水都可以采用離子交換樹脂方法進行線邊處理，其水的回用率在90%～95%以上。筆者曾經為國外某廠商成功做過一個項目，其若按國內標準設計規則會產生排放20 t/h的電鍍廢水量，采用離子交換樹脂方法進行線邊處理后，實際排放處理后的達標水為0．3 t/d左右。若將這部分達標排放水挪作別用或用蒸發器蒸發，即是所俗稱的“零排放”。據了解在這方面最先進的案例是德國漢莎公司下屬的一家電鍍公司(若按國內標準設計規則會產生排放20t/h的電鍍廢水量)，采用離子交換樹脂方法進行線邊處理后，實際排放處理后的達標水僅為每年十幾噸。
2)經離子交換樹脂設備處理電鍍廢水制得的再生水可以無限回用在電鍍生產線的任何工位上。在實際運行過程中，只要進入離子交換樹脂處理電鍍廢水的設備機組的原水的電導率在0．350 S/m以下時，機組生產出來的再生水就很容易地控制在0．02 mS/m(凈度可以再高，但一般情況下沒有必要)，完全達到了國家工業用水標準的A級，甚至可以代替某些原來工藝中的純水洗。所以，使用這些設備的廠家(公司)要注意在新建電鍍生產線的原始配水以及生產線運行過程中的補水最好采用電導率在0．350 S/m以下的自來水或去離子水。
3)離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的運行費用非常低。根據已使用過該方法的其它單位的多年的經驗，離子交換樹脂方法處理電鍍廢水的運行費用為0．8～1．2元(人民幣)/t，這里已包括了能耗、人工、再生藥品消耗(酸、堿)、樹脂損耗等。可以計算一下其產生的經濟效益，以處理能力20 t/h的機組為例:其有關數據如下，處理水量20t/h，每天8h，每年300天，自來水成本2．0元/t，常規化學法處理電鍍廢水成本8．0元/t。那么在一年(2400h)里，可節約自來水(減排電鍍廢水)300×8×20=4．8萬噸水。
機組運行成本4．8×1．0=4．8萬元(人民幣)。減少自來水而產生的效益4．8×2．0=9．6萬元(人民幣)。
減排電鍍廢水而產生的效益4．8×8．0=38．4萬元(人民幣)。
機組運行一年所產生直接經濟效益:9．6+38．4－4．8=43．2萬元(人民幣)。
4)由于離子交換樹脂處理電鍍廢水的設備(包括其中的各種元器件)國內都可以生產，離子交換樹脂處理電鍍廢水的設備投資與采用其它方法的設備相比較低。現以處理能力20t/h的機組為例:采用手工/半自動操作控制方式的機組，國內制造廠家報價為30～40萬元(人民幣)，采用全自動操作控制方式的機組，國內制造廠家報價為40～50萬元(人民幣)。可以看出這幾乎只相當與同處理量的采用反滲透方法處理電鍍廢水的設備的投資50%。機組運行5～8年所產生直接經濟效益就可以收回設備投資。
5)現在只要一提到離子交換樹脂，認為離子交換樹脂再生麻煩，污液容易泄露，樹脂壽命短。但隨著國際和我國制造科學科技進步，無論是離子交換樹脂的再生周期和有效壽命都大大提高，國產或進口的優質玻璃鋼樹脂罐、先進的傳感檢測儀表(電導率、壓力、流量等)、控制切換元器件(氣動隔膜閥、電磁閥等)、優秀的控制操作若干界面(PLC、觸摸屏等)這些無疑給離子交換樹脂方法這種比較傳統成熟的凈水技術帶來了新的面貌，也給使用單位和操作人員提供了一個便捷、干凈、舒適的環境。離子交換樹脂處理電鍍廢水機組在滿負荷生產條件下一般每個月對樹脂再生1～2次，離子交換樹脂的有效使用壽命為2～3年。
6)離子交換樹脂處理電鍍廢水機組也可用于電鍍后工件漂洗水中貴重金屬離子的回收。一般產生的含貴重金屬離子濃液以氯化物形式存在，質量濃度大約在20～50 g/L。含貴重金屬離子的濃液單獨收集，定期根據濃液中貴重金屬離子濃度作價交付專業的金屬回收公司進行凈化回收處理。
缺點:
離子交換樹脂處理電鍍廢水機組樹脂定期再生會產生一定量的濃酸和濃堿廢液，1．5～3 t/次。有現成的常規化學法處理電鍍廢水站條件的工廠(公司)，可將其送入處理。否則需要另外配置一小型常規化學處理電鍍廢水站對其進行中和處理。
4·結語
綜上所述采用離子交換樹脂法線邊循環回用處理電鍍廢水有許多優點，但不是唯一的方法，各個廠家(公司)應該根據單位的實際情況、目的和工藝來決定采用哪種方法。也可在同一個項目案例中根據具體情況同時采用兩個或多個方法。值得提出的是，在一個項目案例中對電鍍廢水進行線邊處理回用，往往還需要同時采用其它多種輔助的措施(如鉻霧蒸發濃縮器、除油過濾機、多道逆流漂洗、靜態/流動漂洗等)相結合，才能達到理想的效果。
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