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電鍍廢水的治理現(xiàn)狀與未來展望
作者：劉海軍（陜西黃河集團(tuán)有限公司）
摘要：電鍍作為金屬材料防護(hù)的化學(xué)手段，在我國機(jī)械制造業(yè)中扮演著重要角色。隨著我國生態(tài)文明建設(shè)和節(jié)能減排要求的不斷提高，電鍍廢水處理問題成為了制約電鍍產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要因素。如何高效節(jié)能、低碳環(huán)保的處理廢水成為了當(dāng)前電鍍行業(yè)研究的重要方向。
關(guān)鍵詞：電鍍廢水的來源與危害；電鍍廢水處理技術(shù)；新型處理技術(shù)
隨著我國重工業(yè)的迅猛發(fā)展，其產(chǎn)生的污水排放量也在隨之增多。為了保證環(huán)境質(zhì)量，我國每年針對工業(yè)廢水處理的投資也在逐年增加。電鍍作為機(jī)械制造業(yè)的表面處理環(huán)節(jié)，所產(chǎn)生的廢水中不僅含有危害較大的六價鉻等重金屬離子，而且還含有氰化合物、酸性物質(zhì)、堿性物質(zhì)、防銀變色劑、增光增亮劑等多種毒性物質(zhì)。這些污染物對環(huán)境和人類都有極大地危害。因此，電鍍廢水的處理在我國重工業(yè)發(fā)展中顯得尤為重要。電鍍廢水處理技術(shù)的研究越來越受到國家和社會的重視，實現(xiàn)廢水的綠色化處理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用，以此獲得最佳的社會效益。當(dāng)前，電鍍廢水治理方式主要包括：化學(xué)方式、物理方式、物理化學(xué)方式、生物方式等。近年來興起了一些新型技術(shù)，如光觸媒技術(shù)、重金屬捕獲劑技術(shù)、基因工程技術(shù)。本文介紹了各種處理技術(shù)的現(xiàn)狀，最后對電鍍廢水處理技術(shù)的最新前沿動態(tài)進(jìn)行了展望。
1. 電鍍廢水的來源和危害
1.1. 電鍍廢水的來源
電鍍環(huán)節(jié)主要包含鍍件前處理、掛具電鍍、鍍件后處理、電鍍槽液維護(hù)、操作現(xiàn)場衛(wèi)生清潔等。因此，根據(jù)電鍍環(huán)節(jié)，廢水的來源主要分為前端廢水、鍍件洗滌水、后端廢水、報廢鍍液廢水、其他廢水等。
1）前端廢水
在金屬零件表面處理前會根據(jù)零件表面情況，通常需要使用石英砂、鋼丸、有機(jī)物、堿性化合物、無機(jī)酸等化學(xué)品對零件表面進(jìn)行鍍前處理 （如：噴砂、拋丸、拋光、脫脂、去銹、侵蝕等），來滿足零件表面電鍍的質(zhì)量要求，因此產(chǎn)生堿性脫脂廢水、酸性去銹廢水和酸性侵蝕廢水等。
2）鍍件洗滌廢水
在零件電鍍后，一般都需要用流動活水或者循環(huán)水沖洗以達(dá)到表面清潔。電鍍槽中的部分鍍液大部分被回收，其余的進(jìn)入沖洗水中。鍍液中的重金屬鹽、絡(luò)合劑、無機(jī)物、光亮劑等都會殘留在洗滌水中。因此，漂洗廢水即是重金屬離子的主要來源，也是電鍍廢水處理的關(guān)鍵。
3）后端廢水
在電鍍結(jié)束后，鍍層的后端處理工藝主要有合格鍍層的廢液沖洗、鈍化、封閉及不合格鍍層的脫鍍等。這些表面處理工序還需要通過有機(jī)物、酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)來進(jìn)行，因此，還會產(chǎn)生大量的有機(jī)雜質(zhì)、酸、堿、鹽、重金屬離子等物質(zhì)的廢水。
4）報廢鍍液廢水
在金屬電鍍過程中，由于各種原因會使工作槽液失去期望的作用，從而報廢重新配置。例如，彩色導(dǎo)電氧化槽在使用一段時間后，由于操作者未將其他槽液洗滌干凈而帶入氧化槽中，致使氧化槽鍍液受到污染影響鍍層質(zhì)量，只能報廢；化學(xué)鍍液的使用壽命往往有限，需要定期更換。
5）其他廢水
電鍍生產(chǎn)過程中除了操作人員作業(yè)過程中產(chǎn)生的電鍍廢水外，生產(chǎn)車間的地面沖洗、鍍槽電極板的保養(yǎng)和清洗，因操作不當(dāng)和管理不到位造成的“跑冒滴漏”產(chǎn)生的廢水以及化驗室產(chǎn)生的化驗廢水，都是有危害的電鍍廢水。需要按照一定的環(huán)保要求進(jìn)行收集處理，達(dá)標(biāo)后才能排放。
1.2. 電鍍廢水的特征
電鍍過程由于其工序較多，所以產(chǎn)生的廢水成分復(fù)雜，有害成分主要有：1）氰化物（ＣＮ－）；2）多種重金屬離子 （Ｎｉ２＋、Ｃｒ６＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋等）；3）有機(jī)添加劑，如絡(luò)合劑、煙霧抑制劑、分散劑、穩(wěn)定劑、光亮劑等。因此，電鍍廢水中的元素比較多，必須經(jīng)過處理達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后才能排入自然環(huán)境。
1.3. 電鍍廢水對人類和環(huán)境產(chǎn)生的危害
電鍍工業(yè)廢水如果未流入凈化系統(tǒng)而直接排放，會造成居民飲用水和工業(yè)用水的污染。不同成分的廢水造成的危害如下：1）酸、堿廢水改變水環(huán)境，影響水源的ｐＨ，使水中的一些微生物死亡；2）含氰廢水毒性大，攝入含量極低也會導(dǎo)致人的死亡；3）重金屬廢水可導(dǎo)致基因突變、致癌和致畸；4）廢水中一些含氮、含磷、含鉀等離子會導(dǎo)致水體植物異常繁殖，影響水體中其他生物的生長。因此，如何使電鍍廢水處理過程綠色、低碳、環(huán)保且高效，是電鍍行業(yè)非常重要的研究課題。
2. 電鍍廢水處理技術(shù)研究現(xiàn)狀
由于電鍍廢水的污染大、難處理、治理成本高，對電鍍廢水處理策略和工藝的研究相當(dāng)多，目前電鍍廢水處理技術(shù)在國內(nèi)外成為研究的焦點(diǎn)。國內(nèi)采用的治理手段主要有：化學(xué)、物理、物理化學(xué)、生物等方法。
2.1. 化學(xué)處理技術(shù)
化學(xué)處理技術(shù)是通過化學(xué)反應(yīng)從廢水中分離出一些有毒有害物質(zhì)，或者將其轉(zhuǎn)化為低毒微毒成分，或通過絡(luò)合、洗滌等方法將重金屬從廢水中去除。目前，該技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用較為早，為研發(fā)新技術(shù)積累了很多知識和經(jīng)驗。
1）化學(xué)沉淀法
在電鍍廢水中通過投加一定量的化學(xué)試劑，如石灰石、ＮａＯＨ、鋇鹽（ＢａＣｌ２、ＢａＳＯ４和ＢａＣＯ３）等使其與重金屬離子結(jié)合生成沉淀物，再經(jīng)靜置、沉淀、過濾等工序?qū)⒅亟饘冫}分離出來?；瘜W(xué)沉淀法是傳統(tǒng)工藝技術(shù)較為成熟，且處理成本較低，目前應(yīng)用較為廣泛。利用這項技術(shù)需要大量的沉淀劑，存在二次污染的隱患。
2）氧化破氰法
氧化破氰法主要是處理電鍍廢水中的劇毒氰化物（ＣＮ－）的方法，是在堿性條件下向廢水中添加破氰劑，如ＣｌＯ２、ＮａＣｌＯ、Ｏ３等，然后將廢水中的氰化物破壞，使其成為無害無毒的產(chǎn)品，從而徹底消除氰化物的污染問題，但在采取這一策略的過程中，必須有效控制pＨ，否則很容易產(chǎn)生二次污染。
3）化學(xué)還原法
化學(xué)還原法是向電鍍廢水中加入還原劑來處理污染物離子的一種方法。主要使用的還原劑有：氣態(tài)水合肼、氣態(tài)ＳＯ２、固體亞硫酸鹽、ＦｅＳＯ４等。主要用在處理廢水中的六價鉻（Ｃｒ６＋）和汞等重金屬有毒污染物。
4）腐蝕電池法
腐蝕電池法主要利用的是電化學(xué)中的腐蝕原理，一般用于電鍍廢水中含鉻（Ｃｒ６＋）或者含氰（ＣＮ－）物質(zhì)的去除。通常使用鐵屑法來處理含重金屬的廢水，若采用焦鐵屑法效果更好，通過吸附、催化作用，使重金屬離子成為更致密的絮狀體，易于沉淀。這種處理方式效果很好，缺點(diǎn)是處理過程耗時較長，鐵屑易凝聚，從而對處理效果產(chǎn)生影響。
2.2. 物理處理技術(shù)
物理處理技術(shù)是利用物理規(guī)律在不改變物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的情況下分離電鍍廢水中懸浮污染物的一種方法。物理處理法包括：蒸發(fā)濃縮法和反滲透法。
1）蒸發(fā)濃縮法
蒸發(fā)濃縮回收處理技術(shù)是利用蒸發(fā)原理，對電鍍廢水中的重金屬進(jìn)行濃縮提純后循環(huán)使用的一種方法。在電鍍廢水的處理中，雖然蒸發(fā)濃縮法無需加入其他試劑，不會產(chǎn)生二次污染，但能耗較大，所以通常采用蒸發(fā)濃縮法與其它方法相結(jié)合來的方式處理廢水。
2）反滲透法
反滲透法是借助半透膜來分離廢水中雜質(zhì)離子的一種水凈化技術(shù)。該方法主要應(yīng)用于重金屬離子的分離，其具有物理性操作、濃縮液可回收循環(huán)利用、稀釋液可循環(huán)沖洗、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
2.3. 物理化學(xué)處理技術(shù)
物理化學(xué)處理技術(shù)是利用物理和化學(xué)兩種技術(shù)綜合處理電鍍廢水中雜質(zhì)的一種方法。目前應(yīng)用較為廣泛的主要有以下三種技術(shù)。
1）膜分離處理法
膜分離法是運(yùn)用特殊膜材料對電鍍廢水進(jìn)行分離凈化的一種新技術(shù)。該技術(shù)具有綠色低碳、節(jié)能環(huán)保、重金屬回收率高、凈化率好等優(yōu)點(diǎn)。它被認(rèn)為是很有前景的凈水技術(shù)之一。滲析、超濾是目前常見的膜分離方式。
2）吸附法
吸附法是借助一些比表面積大和孔結(jié)構(gòu)豐富的吸附劑對電鍍廢水中有毒有害離子進(jìn)行吸附和去除的一種方法。它的優(yōu)點(diǎn)是材料易得、可重復(fù)使用、性能穩(wěn)定等?；钚蕴渴悄壳俺Ｒ姷奈絼┲?。
3）離子交換法
離子交換法是借助離子交換劑使廢水中的重金屬離子含量降低或者徹底去除的一種廢水凈化方法。它的優(yōu)點(diǎn)有能耗低、處理量大、水可以循環(huán)使用等，但合成的離子交換樹脂需要較高的合成成本，且相對容易被污染，樹脂也是一種難再生的材料，且操作不簡單，因此不適合一些小企業(yè)使用。該方法目前主要應(yīng)用于含金（Ａｕ）、含鎳（Ｎｉ）、含鉻（Ｃｒ）等電鍍廢水的處理。
2.4. 生物處理技術(shù)
生物處理技術(shù)是利用生物體的生命活動來凈化廢水的一種方法。生物法具有環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)性高、有效回收重金屬等優(yōu)點(diǎn)。但就生物法的實際情況而言，其整體水平較低，需要進(jìn)一步的綜合分析和研究才能被廣泛應(yīng)用。生物法主要有以下三種處理技術(shù)。
1）生物吸附處理技術(shù)
生物吸附法又稱吸附再生法是借助生物體吸附劑經(jīng)過吸附和固液分離后提取廢水中重金屬離子的一種水處理技術(shù)，其主要有細(xì)菌類、藻類等。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可再生、選擇性好、吸附解吸速率快、綠色低碳等，未來市場前景較好。
2）生物絮凝處理技術(shù)
生物絮凝法是指利用微生物代謝產(chǎn)物將電鍍廢水中的某些污染元素凝聚成絮狀物或絮狀物在水中沉淀分離。它的特點(diǎn)是無毒無害、無二次污染、安全方便、經(jīng)濟(jì)性高、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，具有較好的市場前景。
3）植物修復(fù)處理技術(shù)
植物修復(fù)處理法是借助植物體對電鍍廢水中污染物離子進(jìn)行吸收、沉淀和富集的一種水凈化技術(shù)，達(dá)到污水處理和生態(tài)修復(fù)的目的。它的特點(diǎn)是環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)性高、無二次污染等。然而，鑒于水生植物數(shù)量、種類龐大，如何培養(yǎng)適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性高的水生植物將是今后關(guān)注的焦點(diǎn)。另外，怎樣將不同的水生植物結(jié)合起來，形成互補(bǔ)的小生態(tài)系統(tǒng)也是今后植物修復(fù)研究的重要方向。
2.5. 新型處理技術(shù)
目前，新型的電鍍廢水處理處理技術(shù)主要有光觸媒處理技術(shù)、重金屬捕集劑技術(shù)和基因工程技術(shù)等。
1）光觸媒處理技術(shù)
光觸媒也叫光催化劑，其原理是在光照條件下，光觸媒中的光生空穴（ｈ＋）與Ｈ２Ｏ反應(yīng)后可將電鍍污水中的有機(jī)污染物降解為Ｈ２Ｏ、ＣＯ２。目前主要研究的光觸媒主要有：①非金屬光觸媒，如：Ｃ３Ｎ４、石墨烯、碳量子點(diǎn)等；②金屬氧化物光觸媒，如：ＣｕＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３等；③貴金屬摻雜光觸媒，如：Ｒｈ摻雜ＴｉＯ２、Ａｇ摻雜ＴｉＯ２、Ｐｄ摻雜ＳｎＯ２、Ｐｔ摻雜ＺｎＯ等。光觸媒處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有適用性強(qiáng)、降解率高、綠色環(huán)保等。被認(rèn)為是最有潛力的廢水處理方法之一。
2）重金屬捕集劑技術(shù)
重金屬捕集劑技術(shù)主要是通過重金屬捕獲劑與重金屬離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生絮凝沉淀，再經(jīng)固液分離后即可回收重金屬鹽。它的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)效率較高、無二次污染、選擇性良好等。
3）基因工程技術(shù)
基因工程技術(shù)是將外源基因?qū)胛⑸锛?xì)胞中，使其能對特定的重金屬離子進(jìn)行分離的一種新型廢水處理技術(shù)。它的特點(diǎn)是高效和專一等。
3. 電鍍廢水處理技術(shù)展望
電鍍廢水處理目前主要存在的問題是處理成本高、處理回收率低、自動化控制水平低等。隨著金屬材料表面處理產(chǎn)業(yè)的不斷升級，廢水的排放要求越來越嚴(yán)格，但現(xiàn)有工藝已不能滿足越來越高的排放標(biāo)準(zhǔn)。為落實國家的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及生態(tài)文明建設(shè)等相關(guān)政策，未來電鍍廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢主要有新型清潔生產(chǎn)技術(shù)、綜合利用和循環(huán)技術(shù)、多種組合技術(shù)、微生物處理技術(shù)、納米光催化處理技術(shù)等，從電鍍產(chǎn)業(yè)的源頭、過程、結(jié)尾三個階段進(jìn)行新技術(shù)研發(fā)。
4. 結(jié)語
不同鍍種的電鍍廢水成分各異，應(yīng)盡量根據(jù)實際情況進(jìn)行分類處理。在處理方法的選擇上，要充分認(rèn)識各種方法的利弊，集合優(yōu)勢技術(shù)，對重金屬和貴金屬處理應(yīng)盡量回收，減少排放。針對化學(xué)法處理污水產(chǎn)泥量大、電化學(xué)法能耗高、膜技術(shù)處理的組件成本高、易污染等問題，可以運(yùn)用組合工藝對各種電鍍廢水處理技術(shù)進(jìn)行升級改造，提高處理效率，減少二次污染。同時，還可以與計算機(jī)軟件相結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)字智能自動化控制。此外，還可以結(jié)合納米材料學(xué)、微生物學(xué)、機(jī)械學(xué)等學(xué)科，研發(fā)出更適合電鍍廢水處理綠色、高效、環(huán)境友好的材料、工藝及新設(shè)備。
