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电镀废水处理工艺

电镀废水处理工艺

 

      随着工业技术发展,中国工业化的步伐加快,环境问题日益突出,电镀产品的使用量越来越大,随之产生的电镀废水也越来越多。电镀废水产量大,浓度高,成分复杂,内含大量游离金属和多种络合物,结构稳定,生物降解性差,排放会对生态环境和人类健康造成极其严重的不良影响甚至危及人们的生命。

 

      电镀技术是非常重要的现代表面加工技术,广泛应用于金属表面防护、装饰加工、电子工业、通信和军工、航天等领域,是制造产业链中不可缺少的一个环节。作为全球三大污染行业之一,电镀行业是重金属废水(包括镍、铜、铬、锌等重金属)的主要产出行业。由于电镀行业的规模快速扩大,已经使水体中含有了许多的有害物质,水资源受到了大面积的污染,所以近几年,电镀行业已经被选为全球污染严重的行业之一。早在1994年,我国就有政策规定,限制电镀行业的发展,由于不同行业对电镀的要求不同,电镀废水的性质不同,产生的废水危害也不一样。从常见的电镀废水来说,最为常见且污染最为严重的有害物质是各种重金属离子、硫酸、盐酸、氢氧化钠、碳酸钠等酸类和碱类物质,还有就是一些油、铁皮、尘土等杂质。所以说,电镀废水的成分是多种多样的,污染毒性也很大,甚至有一些会有危害到人类生命的物质。由此可见,为了防止电镀废水给人类带来更大的危害,保护环境,严格治理电镀废水已经变得至关重要。

 

      电镀废水的成分极其复杂,再加上水质的不确定性,所以对环境的污染极大。因此,电镀废水的处理一直受到政府的高度重视,且在不断地对其处理办法进行探究。早在20世纪五六十年代,就已经着手开始研究如何治理电镀废水,到目前为止,已经有了很多年的研究历史,其主要的发展历史可以分为3个阶段:第一阶段是20世纪六十年代到七十年代,电镀污染开始受到人类的关注,在这一阶段来说,治理技术相对比较单一,主要治理方法是采用化学沉淀法,主要针对的是氰和铬元素;第二个阶段是20世纪七十年代到八十年代初期,经过十多年的发展研究,已经研究出了新的治理技术,相对上一阶段的技术已经有了很大的进步,其主要采用的是离子交换法、电渗析法、反渗透法、蒸发浓缩法、活性炭吸附法等;第三阶段是20世纪八十年代后期,电镀行业就不再采用单一的治理技术,进一步降低了成本,提高了处理效率。开始广泛地使用多元化的组合技术治理。发展至今,电镀废水治理技术已经多种多样,逐渐成熟,主要方式有化学法、离子交换法、膜分离法、反渗析、电渗析、扩散渗析、液膜法、超滤法、电解法、生物法等。

 

传统的电镀废水处理方式有化学沉淀法、吸附法、离子交换法、生物法等。

 

1 化学沉淀法

     

化学沉淀法主要包括氢氧化物沉淀法和硫化物沉淀法,即向电镀废水中投放强碱氢氧化物或硫化物,使之与重金属生成氢氧化物或硫化物沉淀。但是对于电镀废水来说,为了保证镀层均匀有亮泽,镀液中常常加入EDTA、氰化物、柠檬酸等强络合剂,以及一些一元、二元和多元配体酸[3],重金属与这些物质络合后不易与氢氧化物和硫化物发生沉淀反应,该方法去除效果有限。例如李萌[4]发现在化学镀镍废水中直接投入适量的NaOH,当pH值达到9.2时,Ni浓度仍有残存1.2mg•L-1。但是当废液中含有电镀镍工艺中普遍使用的EDTA、苹果酸、柠檬酸等络合物时,加碱也不会产生Ni(OH)2沉淀,此时Ni没有去除。目前,化学沉淀法也衍生出一些更加有效的沉淀技术,如铁氧体沉淀法、螯合物沉淀法,但处理结果仍远远超过《电镀污染物排放标准》(GB 21900-2008)中规定的排放标准。化学沉淀法操作简单、不受温度和金属种类、浓度影响、对游离态金属离子去除效果好,但药剂投入大、产泥量大,对于络合电镀废水处理效果差。

 

2 吸附法

     

吸附剂由于其多孔性表面拥有巨大的比表面积和大量的活性基团,可用来吸附废水中 的污染物。较为常见的吸附剂有沸石、颗粒和粉末活性炭、氧化铝、粉煤灰等[5]。根据吸附剂的原理可将吸附剂分为物理吸附剂和化学吸附剂。吸附法操作简单,直接去除不需要任何絮凝剂,成本低,有选择性,并且一定情况下吸附剂可再生。但也存在吸附剂投加量巨大、吸附饱和后吸附容量急剧下降等缺点。

 

3 离子交换法

 

      离子交换法就是将废水中的各种离子和交换剂中的交换基团进行交换,达到去除废水中污染物的目的。离子交换法常用到离子交换树脂,主要分为四种:阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、腐殖酸交换树脂和螯合交换树脂。

离子交换法去除率高,操作设备易控,再生清洗频率低,但是设备复杂,投资成本很高。

 

4 生物法

     

生物法是利用生物自身的生理特性,如微生物和植物的絮凝、吸收、积累和富集,将废水中的重金属吸入到生物体内,从而达到去除水中金属的目的。利用生物的特性,创造出适合微生物生长的环境,可培育出高选择性、高吸附性、高降解能力的复合功能菌,用于吸附降解废水中的污染物。生物法具有适应性强、来源广泛、操作成本低、污泥量少、无二次污染等优点[6],但同时也存在菌种筛选繁殖慢、处理效率不高、重金属对微生物有毒理作用等缺点。

 

新兴处理方式主要包括膜分离法、高级氧化技术等。

 

1 膜分离法

     

膜分离法是指利用外部能量或者化学位差在膜两侧形成压力差,电镀废水中的金属离子选择性透过膜以达到与废水分离的技术。目前,膜分离法主要有电渗析、微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等。膜分离法去除效率高,操作简单,但是膜的更新速率快,成本高。

 

2 高级氧化技术

     

由于电镀废水中主要难去除的为与重金属络合在一起的有机物,因此高级氧化技术可以用来破除这种络合反应,然后辅助传统的化学沉淀技术即可使污染物浓度降到排放标准以内,并且可回收利用贵重金属,具有一定的经济效益。高级氧化技术最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应,反应中生成的有机自由基可以继续参加•HO的链式反应,或者通过生成有机过氧化自由基后,进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O,从而达到氧化分解有机物、将重金属从络合物中解离的目的。高级氧化技术反应速度快、去除效率高、对反应环境要求低、反应彻底,既可作为单独处理,也可与其他处理技术联合(如可作为生化处理技术的预处理),可降低处理成本。

 

      随着人们对生态环境的要求越来越高,传统的电镀废水处理方式单独作用已经不能达到严格的排放标准,新兴处理技术处理效果好但处理成本较高,各种处理方式各有优劣。因此,单一的处理方式已经不适合当前的环保要求和经济发展,在实际生产过程中需根据电镀废水的性质(浓度、酸碱性、各成分比例等)、产量、环境条件和经济条件综合考虑,选择合适的处理技术。同时更多采用多种方式共同作用,既满足达标排放要求,又可节省成本,推动经济和生态的可持续发展。