摘要:在分析我國(guó)電鍍廢水處理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家相關(guān)政策法規(guī)，比較了電鍍廢水處理的各種工藝流程，并對(duì)未來電鍍廢水處理的發(fā)展進(jìn)行展望，為電鍍行業(yè)實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排”提供參考。
1·電鍍廢水現(xiàn)狀
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)廢水排放量大量增加，用于處理工業(yè)廢水的資金投入也隨之逐年攀升。2006年我國(guó)工業(yè)廢水總排放量已接近250億噸，約占總廢水排放量的45%，同時(shí)該年我國(guó)用于處理工業(yè)廢水的總投資額已近150億元人民幣，接近該年全國(guó)總工業(yè)污染處理投資額的1/3，這給企業(yè)和國(guó)家?guī)沓林氐慕?jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和環(huán)保壓力。因此響應(yīng)國(guó)家“清潔生產(chǎn)，節(jié)能減排”號(hào)召，發(fā)展更為先進(jìn)、高效的工業(yè)廢水處理技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006年我國(guó)約有電鍍廠15000個(gè)，年均電鍍廢水排放量高達(dá)40億t，占總工業(yè)廢水排放量的1/6，但其中約有50%的電鍍廢水未達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期以來，我國(guó)電鍍企業(yè)以大量消耗資源的粗放型經(jīng)營(yíng)為特點(diǎn)，與國(guó)外相比，我國(guó)電鍍行業(yè)存在明顯差距，據(jù)報(bào)道國(guó)外電鍍1m2的鍍件平均用水量?jī)H為0．08t，而我國(guó)的平均用水量為0．82t，是國(guó)外的10倍多，每年我國(guó)單對(duì)含重金屬電鍍廢水的處理費(fèi)用就高達(dá)4億元以上。電鍍廢水水質(zhì)復(fù)雜，涉及到各種重金屬離子和氰化物，有些還含致癌、致畸、致突變的劇毒物質(zhì)，對(duì)人類危害極大。這些電鍍廢水若未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)直接進(jìn)入環(huán)境，必定會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境及人類產(chǎn)生廣泛而嚴(yán)重的危害。另外，回收電鍍廢水中的重金屬可以徹底全面利用資源，極具經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此電鍍廢水的治理是工業(yè)廢水治理的重中之重的問題。
2·國(guó)家相關(guān)政策
對(duì)于電鍍廢水處理，國(guó)家也在相關(guān)政策、法規(guī)上予以支持與鼓勵(lì)?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》第六篇二十四章第三節(jié)提出要加強(qiáng)重金屬污染治理的決心。電鍍廢水中因含有大量重金屬，所以電鍍廢水處理被列為國(guó)家十一五規(guī)劃的一個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目?！吨腥A人民共和國(guó)清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》自2003年1月1日起施行，該法第十九條規(guī)定“企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)改造過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物、廢水和余熱等進(jìn)行綜合利用或者循環(huán)使用;并采用能夠達(dá)到國(guó)家或者地方規(guī)定的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放總量控制指標(biāo)的污染防治技術(shù)”，可見，對(duì)電鍍廢水的處理和綜合利用也是一種企業(yè)清潔生產(chǎn)的一種體現(xiàn)。另外《中華人民共和國(guó)清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》法第三十五條規(guī)定“對(duì)利用廢物生產(chǎn)產(chǎn)品的和從廢物中回收原料的，稅務(wù)機(jī)關(guān)按照國(guó)家有關(guān)規(guī)定，減征或者免征增值稅”，可見電鍍廢水的處理是國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)扶持的項(xiàng)目，若能提出一種有效地處理電鍍廢水的工藝，必然會(huì)得到國(guó)家的大力支持及廣泛推廣。
國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家環(huán)?？偩钟?005年5月編制《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》，該法規(guī)定企業(yè)用指標(biāo)體系檢查衡量本身清潔生產(chǎn)水平，使從事相關(guān)管理活動(dòng)的部門依據(jù)本指標(biāo)體系審核企業(yè)的清潔生產(chǎn)。當(dāng)前電鍍行業(yè)的主要環(huán)境問題是水污染，指標(biāo)體系中廢水處理占據(jù)很大比重，因此對(duì)電鍍廢水進(jìn)行處理和綜合利用，是一種非常必要的執(zhí)法活動(dòng)。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局科技標(biāo)準(zhǔn)司于2005年7月開始著手編制電鍍行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定2008年起使用國(guó)標(biāo)GB21900－2008對(duì)電鍍行業(yè)廢水排放進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)限值。
3·電鍍廢水處理方法
目前，我國(guó)處理電鍍廢水常用的方法有:化學(xué)法、生物法、物化法和電化學(xué)法四種。其中化學(xué)法包括:沉淀法、氧化法、還原法、中和法和氣浮法;生物法包括:生物絮凝法、生物吸附法和生物化學(xué)法;物化法包括離子交換法、膜分離法、吸附法和蒸發(fā)濃縮法;電化學(xué)法包括原電池法、電滲析法、電凝聚氣浮法、電化學(xué)氧化法和電化學(xué)還原法。本文對(duì)這些處理電鍍廢水的方法進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)它們進(jìn)行分析比較。
3．1 化學(xué)法
化學(xué)法是依靠氧化還原反應(yīng)或中和沉淀反應(yīng)將有毒有害的物質(zhì)分解為無毒無害的物質(zhì)，或者直接將重金屬經(jīng)沉淀或氣浮從廢水中除去。
(1)沉淀法。向電鍍廢水中投加沉淀劑，使之與廢水中欲去除的污染物發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，形成難溶的固體物而分離去除，一般化學(xué)沉淀法處理廢水的缺點(diǎn)是達(dá)不到深度處理的效果，須配合使用其它各種高分子絮凝劑等。
(2)氧化法。通過投加氧化劑，將電鍍廢水中有毒物質(zhì)氧化為無毒或低毒物，主要用于處理廢水中的CN－、S2－、Fe2+、Mn2+等低價(jià)態(tài)離子及造成色度、味、嗅、的各種有機(jī)物以及致病微生物。
(3)還原法。通過投加還原劑，將電鍍廢水中有毒物質(zhì)還原為無毒或低毒物，主要用于處理廢水中Cr6+和Hg2+等高價(jià)態(tài)重金屬離子。
(4)中和法。通過酸堿中和反應(yīng)，調(diào)節(jié)電鍍廢水的酸堿度，使其呈中性或接近中性或適宜下步處理的酸堿度范圍，主要用來處理電鍍廠的酸洗廢水。另外用電石渣作為中和劑處理酸廢水有較好的效果，可以達(dá)到“以廢治廢”的目的。
(5)氣浮法。氣浮法的原理是利用壓力容器工作水驟然減壓釋放的大量微氣泡，與電鍍廢水初步處理產(chǎn)生的凝聚狀物黏附在一起，使其比重小于水而浮到水面上成為浮渣排除，從而使廢水得到凈化?；瘜W(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是:投資少、處理裝置簡(jiǎn)單、處理成本較低、安裝維修及操作容易。但其缺點(diǎn)是處理效率低、出水水質(zhì)差、處理深度淺、不能回收利用重金屬以及產(chǎn)生污泥量大。
3．2 生物法
利用微生物處理電鍍廢水的研究源于20世紀(jì)80年代。生物法處理的機(jī)理在于互生共生的關(guān)系，有著化學(xué)、物理和遺傳等三個(gè)層次的相互協(xié)作機(jī)制。一些微生物代謝產(chǎn)物能使廢水中的重金屬離子改變價(jià)態(tài)，同時(shí)微生物菌群本身還有較強(qiáng)的生物絮凝、靜電吸附作用，能夠吸附金屬離子，使重金屬經(jīng)固液分離后進(jìn)入菌泥餅，從而使得廢水達(dá)標(biāo)排放或回用。
(1)生物絮凝法。利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進(jìn)行絮凝沉淀。目前，對(duì)重金屬有絮凝作用的生物絮凝劑約有十幾個(gè)品種，生物絮凝劑中的氨基和羥基可與Cu2+、Hg2+、Ag+、Au2+等重金屬離子形成穩(wěn)定的鰲合物而沉淀下來。
(2)生物吸附法。利用生物體的化學(xué)結(jié)構(gòu)及成分特性來吸附溶于水中的重金屬離子，再通過固液分離而去除金屬離子的方法。
(3)生物化學(xué)法。通過微生物處理含重金屬?gòu)U水，通過微生物與金屬離子之間發(fā)生直接的化學(xué)反應(yīng)，將可溶性離子轉(zhuǎn)化為不溶性化合物而去除。生物法的優(yōu)點(diǎn)是:選擇性強(qiáng)、吸附容量大、不使用化學(xué)藥劑;處理技術(shù)比較簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低，功能菌對(duì)金屬離子的富集程度高。另外生物法生成污泥量少，污泥中金屬濃度高，二次污染明顯減少，而且污泥中重金屬易回收，回收率高。但其缺點(diǎn)是功能菌和廢水中金屬離子的反應(yīng)效率并不高，且培養(yǎng)菌種的培養(yǎng)基消耗量較大，造成處理成本仍然較高，另外由于生物菌的過量投加，水中的殘余生物還能繁殖可能還會(huì)造成二次水污染。
3．3 物化法
物化法是利用離子交換或膜分離或吸附劑等方法去除電鍍廢水所含的雜質(zhì)，其在工業(yè)上應(yīng)用廣泛，通常與其它方法配合使用。
(1)離子交換法。利用離子交換劑分離廢水中有害物質(zhì)的方法，含重金屬?gòu)U水通過離子交換劑時(shí)，交換器上的離子同水中的金屬離子進(jìn)行交換，達(dá)到去除水中金屬離子的目的。在電鍍工業(yè)上使用最普遍的是樹脂法，離子交換樹脂處理貴金屬?gòu)U水的經(jīng)濟(jì)效益最為顯著。
(2)膜分離法。利用高分子所具有的選擇性進(jìn)行物質(zhì)分離的技術(shù)，包括電滲析、反滲透、膜萃取等。
(3)吸附法。利用吸附劑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)去除重金屬離子的一種方法。傳統(tǒng)吸附劑有活性炭、腐植酸、聚糖樹脂、碴藻土等。
(4)蒸發(fā)濃縮法。對(duì)電鍍廢水進(jìn)行蒸發(fā)，使重金屬?gòu)U水得以濃縮，并加以回收利用的一種處理方法，一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等含重金屬電鍍廢水。目前，一般將之作為其它方法的輔助處理手段。物化法的優(yōu)點(diǎn)是:管理方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、分離效率高、深度處理效果好、出水可以回用，在廢水治理中應(yīng)用廣泛。但物化法在不同程度都存在著工藝復(fù)雜、能耗大、成本高、占地面積大、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用高、有二次污染等弊端。
3．4 電化學(xué)法
電化學(xué)法處理廢水應(yīng)用起始于20世紀(jì)40年代，但直到60年代，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學(xué)法才被真正地用于廢水處理過程。電化學(xué)方法被稱為電鍍廢水處理的“環(huán)境友好”工藝。隨著電極材料的開發(fā)、反應(yīng)器的研制以及對(duì)傳統(tǒng)電化學(xué)工藝的改進(jìn)，電化學(xué)方法在電鍍廢水治理領(lǐng)域里的應(yīng)用越來越廣闊。
(1)原電池法。以顆粒炭、煤渣或其他導(dǎo)電惰性物質(zhì)為陰極，鐵屑為陽極，廢水中導(dǎo)電電解質(zhì)起導(dǎo)電作用構(gòu)成原電池，通過原電池反應(yīng)來達(dá)到處理廢水目的。
(2)電滲析法。電滲析技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替地排列于正負(fù)電極之間，并用特制的隔板將其隔開，在電場(chǎng)作用下以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，從而實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的濃縮、淡化、精制和提純。
(3)電凝聚氣浮法。采用可溶性陽極(Fe、Al等)材料，生成Fe2+、Fe3+、Al3+等大量陽離子，通過絮凝生成Fe(OH)2、Fe(OH)3、Al(OH)3等沉淀物，以去除水中的污染物。同時(shí)，陰極上產(chǎn)生大量的H2微氣泡，陽極上產(chǎn)生大量的O2微氣泡，以這些氣泡作為氣浮載體，與絮凝污物一起上浮。大量絮體在豐富的微氣泡攜帶下迅速上浮，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。
(4)電化學(xué)氧化法。利用陽極的高電位和有催化活性的陽極電極反應(yīng)產(chǎn)生的具有強(qiáng)氧化能力的活性自由基來氧化降解電鍍廢水中有機(jī)物的一種氧化方法。
(5)電化學(xué)還原法通過陰極發(fā)生還原反應(yīng)而去除污染物的方法?？煞譃閮深?，一類是直接還原，即污染物直接在陰極上得到電子而發(fā)生還原;另一類是非直接還原，是利用陰極的還原物來降解污染物。電化學(xué)法的優(yōu)點(diǎn)是:(1)不需要另外添加氧化還原試劑，避免由于外加藥劑而引起的二次污染;(2)反應(yīng)速度快，產(chǎn)泥量少，出水水質(zhì)穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作;(3)處理時(shí)間短，設(shè)備容積小，占地面積少;(4)可同時(shí)回收有價(jià)值金屬和去除有機(jī)物;
(5)兼具氣浮、絮凝、殺菌作用。缺點(diǎn)是:耗電量高、電極板消耗大、處理成本高;低濃度時(shí)電流效率低、電位窗口不夠?qū)?電極腐蝕、鈍化以及失活，易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結(jié)垢;沉淀的氫氧化物組成并不穩(wěn)定，有重被溶解的可能，可能會(huì)引起二次污染。
4·展望
面對(duì)日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，作為當(dāng)今我國(guó)三大污染工業(yè)之一的電鍍行業(yè)，企業(yè)只有實(shí)施清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排，才能應(yīng)對(duì)越來越大的環(huán)境壓力，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前電鍍行業(yè)的主要環(huán)境問題是電鍍廢水污染，所以只有先解決好電鍍廢水處理問題，電鍍企業(yè)才能提高自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)造更多市場(chǎng)利潤(rùn)，同時(shí)承擔(dān)企業(yè)應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任。未來電鍍廢水處理的發(fā)展將著重以下四個(gè)方向:
(1)一體化技術(shù)是未來電鍍廢水處理技術(shù)的熱點(diǎn)。電鍍廢水因企業(yè)和工藝的差異，僅使用一種廢水處理方法往往有其局限性，達(dá)不到理想的效果。只有根據(jù)電鍍廢水的成分，應(yīng)用多種處理技術(shù)的一體化技術(shù)，才能達(dá)到理想效果，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)工程原則，合理安排好每種處理技術(shù)之間的銜接。
(2)零排放技術(shù)必將是未來電鍍廢水處理技術(shù)發(fā)展的方向。電鍍廢水是放錯(cuò)位置的資源，實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)、推行清潔生產(chǎn)，提高電鍍物質(zhì)、資源的轉(zhuǎn)化率和循環(huán)利用率，從源頭上實(shí)現(xiàn)綠色電鍍技術(shù)，同時(shí)進(jìn)行全過程控制，結(jié)合廢水綜合治理，使得電鍍廢水經(jīng)處理后循環(huán)到電鍍工藝流程中重新利用，從而不向周圍環(huán)境排放電鍍廢水，最終實(shí)現(xiàn)電鍍廢水零排放。
(3)集中化也是未來電鍍廢水處理發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。目前我國(guó)的電鍍企業(yè)點(diǎn)多面廣，年電鍍量超過100萬m2的大型企業(yè)不足600家，電鍍企業(yè)產(chǎn)生的濃電鍍廢水相對(duì)較少，而且較為分散，若每個(gè)電鍍廠都建立達(dá)標(biāo)的廢水處理設(shè)備，必將給中小型電鍍廠沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的角度來看，可以考慮一個(gè)城市或一個(gè)地區(qū)集中回收，建立區(qū)域性的電鍍廢水的處理中心(類似城市污水處理廠)，以降低電鍍廢水處理的單位費(fèi)用。
(4)電化學(xué)法是未來電鍍廢水處理技術(shù)中的主力軍，其最終發(fā)展的方向是價(jià)廉、高效、易操作。未來對(duì)電化學(xué)法的發(fā)展將著重三個(gè)方面的研究:①開發(fā)廉價(jià)、高效的電極，如采用非稀貴金屬電極材料并應(yīng)用圓柱形電極或立體電極刷;②設(shè)計(jì)新型的電解槽，如流化床或多級(jí)串聯(lián)電極裝置;③推廣脈沖電源在電化學(xué)法中的應(yīng)用，完善脈沖電解技術(shù)，從而突破傳統(tǒng)電化學(xué)法能耗較大的局限性，有效地降低能耗，大幅度提高電鍍廢水的處理效率。
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