楊偉志，劉文源

（1. 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院，廣東 梅州 514015； 2. 廣東省粵東商貿(mào)技工學(xué)校，廣東 梅州 514013）

電鍍廢水綜合處理及回用技術(shù)研究

楊偉志1，劉文源2

（1. 嘉應(yīng)學(xué)院 物理與光信息科技學(xué)院，廣東 梅州 514015； 2. 廣東省粵東商貿(mào)技工學(xué)校，廣東 梅州 514013）

以某線路板廠電鍍廢水綜合處理的工程設(shè)計(jì)為實(shí)例，通過分析工程概況與工藝要求，采用物理法、化學(xué)法、物化法、生物法等對(duì)含鎳廢水、有機(jī)廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進(jìn)行分類綜合處理，并運(yùn)用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實(shí)現(xiàn)廢水回用處理。工程實(shí)際運(yùn)行表明廢水處理后能達(dá)標(biāo)排放和回用，系統(tǒng)合理、有效、可靠，對(duì)電鍍企業(yè)的廢水處理、循環(huán)利用和清潔生產(chǎn)具有重要參考意義。

電鍍廢；綜合處理；化學(xué)法；廢水回用

由于工業(yè)廢水成分復(fù)雜、不易凈化、處理困難，導(dǎo)致水體水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，根據(jù)目前水環(huán)境狀況的分析，工業(yè)廢水已成為我國(guó)環(huán)境污染的主要來源[1]。電鍍行業(yè)是關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的行業(yè)，也是高污染、高用水量的行業(yè)。如果其產(chǎn)生的廢水未處理達(dá)標(biāo)就排放，將對(duì)水體造成極大的危害。國(guó)內(nèi)對(duì)電鍍廢水的治理雖然已經(jīng)有50多年的歷史，但相關(guān)的行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)在2008年才出臺(tái)[2]。在清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排這一環(huán)保主題之下電鍍廢水的處理和回用，重金屬回收以及零排放工藝受到越來越廣泛的關(guān)注。

不同的污水處理對(duì)象，不同的污水處理環(huán)境，將需要有不同的污水處理工藝來處理。對(duì)于電鍍廢水，需采用多種處理方法相結(jié)合，分質(zhì)處理，才能達(dá)到最佳的處理效果。本文以某線路板廠電鍍廢水綜合處理的工程設(shè)計(jì)為實(shí)例，通過分析工程概況與工藝要求，采用物理法、化學(xué)法、物化法、生物法等對(duì)含鎳廢水、有機(jī)廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進(jìn)行分類綜合處理，并運(yùn)用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實(shí)現(xiàn)廢水回用處理。

1 工程概況與工藝要求

該廢水處理站為某線路板廠自建的污水處理站，該廠原在2006年建有100 m3/d廢水處理系統(tǒng)一套，現(xiàn)大部分指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，需要進(jìn)行徹底的改建。該廠主要進(jìn)行線路板加工制造，進(jìn)行鍍鎳、鍍金、鍍錫、OSP涂覆等工藝。線路板生產(chǎn)過程中的廢水包含大量的銅、鎳、錫，并含有極少量的金、銀、氟、氰、有機(jī)物和有機(jī)絡(luò)合物等。因有多種金屬?gòu)U水和有機(jī)廢水排出，成分復(fù)雜，處理難度較大。

根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)及工藝流程，電鍍廢水主要包括以下幾種類型的廢水：含鎳廢水、有機(jī)廢水、含氰廢水和綜合廢水。由統(tǒng)計(jì)資料顯示，排放的廢水量為500 m3/d，系統(tǒng)的最大運(yùn)行時(shí)間為20 h/d。根據(jù)建設(shè)單位生產(chǎn)廢水的預(yù)期排放情況，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，其進(jìn)水水質(zhì)情況分析如下表1所示。

表1 進(jìn)水水質(zhì)情況表Table 1 List of influent water quality

表2 出水排放指標(biāo)Table 2 Discharge indicators of effluent water

排放指標(biāo)為處理后混合排水的綜合參數(shù)指標(biāo)。生產(chǎn)廢水經(jīng)處理后，要求進(jìn)行回用處理，使廢水經(jīng)處理后能夠變廢為寶，重新回用于生產(chǎn)及綠化，設(shè)計(jì)的回用率為60%。生產(chǎn)工藝對(duì)回用水存在電導(dǎo)率的要求，經(jīng)處理后回用電導(dǎo)率需要基本達(dá)到生產(chǎn)純水系統(tǒng)的水質(zhì)指標(biāo)，滿足工藝要求，設(shè)計(jì)回用出水水質(zhì)為：pH值＝7～8；電阻率≥50 k?·cm；電導(dǎo)率≤20 μS/cm；有機(jī)物殘量SS≤5 mg/L。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

自廢水流入廢水處理站開始，到廢水經(jīng)處理后，排出廢水處理站為止，其內(nèi)部各組成部分，包括水處理工藝、土建、機(jī)械、電氣等各項(xiàng)內(nèi)容，均為設(shè)計(jì)范圍。根據(jù)工藝要求，設(shè)計(jì)需滿足以下要求：廢水進(jìn)行分流處理；滿足環(huán)保部門的要求，即處理后出水達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)后排放；充分利用現(xiàn)用的設(shè)施及構(gòu)筑物；結(jié)合實(shí)際，采用先進(jìn)、高效、可靠的工藝流程及設(shè)備，以技術(shù)先進(jìn)適用、生產(chǎn)操作簡(jiǎn)便、維護(hù)管理便捷為原則；技術(shù)經(jīng)濟(jì)性好，節(jié)省投資，運(yùn)行成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，站場(chǎng)布局合理。

線路板電鍍廢水產(chǎn)生的水量及水質(zhì)因產(chǎn)品的種類、生產(chǎn)能力、機(jī)組組成、工藝及操作水平等因素而異，上面所提出的水質(zhì)及水量參數(shù)僅為普通情況下的估計(jì)量，可能會(huì)有所變動(dòng)。廢水所含的污染物基本為金屬離子、有機(jī)物及酸堿，適合分別采用物理法、化學(xué)法、物化法及生物法進(jìn)行分類綜合處理。廢水處理系統(tǒng)主要為四種廢水各自的處理系統(tǒng)，以及輔助的各種系統(tǒng)，包括污泥處置系統(tǒng)、化學(xué)藥劑制備和投加系統(tǒng)等。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

2.2.1 含鎳廢水處理

含鎳的處理是本項(xiàng)目的關(guān)鍵所在，含鎳廢水主要來自化學(xué)鍍鎳生產(chǎn)工藝。在此類廢水中，Na2S對(duì)銅（ρ(Cu2+)<0.3 mg/L）的沉淀效果是比較理想的，但因NiS的溶度積較大，故對(duì)絡(luò)合鎳的沉淀則無多大作用（其出水中ρ(Ni2+)達(dá)到5 mg/L，嚴(yán)重超標(biāo)）。

本設(shè)計(jì)采用氧化法對(duì)含鎳廢水進(jìn)行處理。通過投加強(qiáng)氧化劑破壞絡(luò)合劑，運(yùn)用酸化-氧化法進(jìn)行綜合處理[3-5]：即先調(diào)酸至pH=2～3、投加Fenton試劑 (H2O2及FeSO4試劑)進(jìn)行氧化、破壞絡(luò)合劑，同時(shí)將化學(xué)鍍鎳過程中排出的還原劑次磷酸鹽氧化成正磷酸鹽，并且在酸性條件下，焦磷酸銅等絡(luò)合物極易被破壞，破絡(luò)后的廢水再進(jìn)行中和、混凝沉淀的方法進(jìn)行處理，中和時(shí)，加入廢水中的堿及 Ca2+可與磷酸鹽生成磷酸鈣、羥基磷酸鈣沉淀，從而達(dá)到去除磷酸鹽的目的。

含鎳廢水單獨(dú)進(jìn)行沉淀處理，處理后的廢水進(jìn)入有機(jī)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行反硝化反應(yīng)及進(jìn)一步脫除COD，主要脫除使用硝酸帶來的硝酸鹽。含鎳廢水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 含鎳廢水處理工藝流程圖Fig.1 Nickel-containing wastewater treatment process

2.2.2 有機(jī)廢水處理

有機(jī)廢水主要是有機(jī)類清洗廢水。有機(jī)廢水的有機(jī)物濃度較高，僅采用物化處理工藝無法較徹底的降解所含的污染物,擬采用物化和生化結(jié)合的處理方式[6,7]。

首先將廢水進(jìn)行混凝沉淀，廢水中所含的大量污染物脫穩(wěn)析出，可以形成沉淀的形式，將大量的污染物分離下來。經(jīng)過沉淀后的有機(jī)廢水依然含有大量的有機(jī)污染物，必須經(jīng)過后續(xù)處理才能得到較徹底分降解。徹底分降解有機(jī)物需要利用生化系統(tǒng)進(jìn)行處理：調(diào)節(jié)pH到中性，將廢水先進(jìn)行兼氧類的水解酸化反應(yīng)，將廢水中所含的大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物，將難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可以降解的有機(jī)物，然后通過好氧系統(tǒng)，徹底的降解殘留的有機(jī)物，使廢水能夠?qū)崿F(xiàn)無污染的外排。

擬采用的生化處理工藝為：水解酸化+接觸氧化。

水解酸化反應(yīng)分為兩個(gè)階段：在水解階段，部分固體物質(zhì)降解為可溶的有機(jī)物，大分子物質(zhì)降解為小分子有機(jī)物；在酸化階段，碳水化合物降解為有機(jī)脂肪酸。水解酸化反應(yīng)進(jìn)行得較快，通常在2.5～5 h之間即可進(jìn)行完畢。同時(shí)缺氧反應(yīng)可消化大量的有機(jī)污泥，降低剩余污泥量。經(jīng)過該池，廢水中的COD、BOD、SS被部分去除，殘留的有機(jī)污染物的可生化性提高，為后續(xù)的反應(yīng)創(chuàng)造了優(yōu)越的反應(yīng)條件。

水解酸化是厭氧反應(yīng)的前兩個(gè)階段，可避免完全厭氧的產(chǎn)甲烷等問題，而且對(duì)環(huán)境的要求較低，控制因素較少，比較容易實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過水解酸化處理后的廢水，廢水的COD有所降解，去除的總量不是很多，剩余的COD依然較高。剩余COD的深度處理，通常采用好氧工藝進(jìn)行處理，以徹底的去除有機(jī)污染物。

接觸氧化工藝是一種在大、中、小型污水處理廠均廣泛使用的工藝，具有運(yùn)行穩(wěn)定、管理簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。它是在活性污泥法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良的膜法處理，徹底的解決了活性污泥法容易產(chǎn)生污泥膨脹及運(yùn)行管理復(fù)雜的缺點(diǎn)，該工藝的主要缺點(diǎn)是需要在氧化池內(nèi)投加大量的填料，增加污泥濃度，減少了停留時(shí)間和水池容積。

有機(jī)廢水處理后，直接排入pH回調(diào)池，其具體處理流程如圖2所示。

圖2 有機(jī)廢水處理工藝流程圖Fig.2 Organic wastewater treatment process

2.2.3 含氰廢水處理

在對(duì)含氰廢水進(jìn)行處理時(shí)，含氰廢水應(yīng)分開單獨(dú)收集，設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的處理系統(tǒng)，不應(yīng)與其它線路板廢水混合處理。含氰廢水的處理工藝目前國(guó)內(nèi)外多采用堿性氯化法[8,9],本設(shè)計(jì)同樣采用該法。堿性氯化法破氰分二個(gè)階段：第一階段是將氰氧化為氰酸鹽，稱為“不完全氧化”，反應(yīng)式如下：

CN-與 OCl-反應(yīng)首先生成 CNCl，CNCl水解成CNO-的反應(yīng)速度取決于pH值、溫度和有效氯的濃度。pH值、水溫和有效氯的濃度越高則水解的速度越快，而且在酸性條件下CNCl極易揮發(fā)，因此操作時(shí)必須嚴(yán)格按制pH值。 第二階段是將氰酸鹽進(jìn)一步氧化為二氧化碳和氮，稱為“完全氧化”，反應(yīng)式如下：

在破氰過程中，pH值對(duì)氧化反應(yīng)的影響很大。當(dāng) pH>10時(shí)，完成不完全氧化反應(yīng)只需 5 min；pH<8.5時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生有劇毒催淚的氯化氰氣體。而完全氧化則相反，低 pH值的反應(yīng)速度較快。pH=7.5～8.0時(shí)，需用時(shí)10～15 min；pH=9～9.5時(shí)，需用時(shí)30 min；pH=2時(shí)，反應(yīng)趨于停止。

在實(shí)際處理過程中，pH值可分兩個(gè)階段調(diào)整。即第一階段加堿，在維持 pH>10的條件下加氯氧化；第二階段加酸，在pH降到7.5～8.0時(shí)，繼續(xù)加氯氧化。但也可調(diào)整pH=8.5～9,加氯氧化1 h，使氰化物氧化為氮及二氧化碳。后一方法投氯量需增加10%～30%，操作管理簡(jiǎn)便。

含氰廢水處理工藝具體流程如圖3所示。

圖3 含氰廢水處理工藝流程圖Fig.3 Cyanide-containing wastewater treatment process

2.2.4 綜合廢水處理

綜合廢水中主要含有銅、鎳離子污染物及少量的其他金屬離子及有機(jī)污染物。處理方式采用重金屬化學(xué)混凝沉淀法[10]，在廢水中添加 NaOH，調(diào)整廢水PH值，使廢水中重金屬離子形成不溶性的氫氧化物，再以沉淀分離的方式去除。由于生成的氫氧化物沉淀極細(xì)小，不易有效的沉淀分離，為了強(qiáng)化沉淀效果，需要投加混凝劑、助凝劑進(jìn)行混凝沉淀，去除金屬離子的各步反應(yīng)式如下：

M(OH)n+混凝劑+助凝劑→絮凝體

綜合廢水處理工藝流程如圖4所示。

圖4 綜合廢水處理工藝流程圖Fig.4 Comprehensive wastewater treatment process

2.2.5 回用水處理

對(duì)經(jīng)過污水處理系統(tǒng)的出水全部進(jìn)行回用處理，并根據(jù)需要分別回用于普通工藝用水和工藝純水，回用率為60%。剩余濃水回有機(jī)廢水處理池再一并處理。設(shè)計(jì)處理能力為500 m3/d。反滲透系統(tǒng)的最大產(chǎn)水能力為300 m3/d，設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)間20 h/d。

由于有脫鹽要求，采用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置，并前置超濾和保安過濾器保護(hù)RO膜。該系統(tǒng)主體為半透膜，表層有微孔，可分離去除污水中直徑0.005～0.8 μm的小分子、較大的離子微細(xì)物質(zhì)，以保證達(dá)到回用水的要求。由于原水為廢水處理后的出水，必須進(jìn)行預(yù)處理。采用的主要預(yù)處理工藝為石英砂過濾器、多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器。石英砂過濾器、多介質(zhì)過濾器去除懸浮物，活性炭過濾器去除殘留的有機(jī)物(COD)。

系統(tǒng)中還設(shè)置紫外線消毒裝置，防止生物的生長(zhǎng)，堵塞膜組件。超濾(UF)裝置：主體為非對(duì)稱性膜，表層有微孔?？煞蛛x去除污水中直徑0.05～0.10 μm的大分子、膠體、蛋白質(zhì)等分子量大于500 μm的微粒物質(zhì)。過濾動(dòng)力為膜兩側(cè)的靜壓差，操作壓力0.1～0.5 MPa。超濾膜本身的厚度很小，組成過濾單元的過濾面積很大，濾速穩(wěn)定，過濾能力很強(qiáng)，過濾周期較長(zhǎng)，可以滿足本項(xiàng)目的要求。

反滲透出水經(jīng)回用水池后提升到樓頂水池，回用于生產(chǎn)工藝?；赜盟幚砉に嚵鞒倘鐖D5所示。

圖5 回用水處理工藝流程圖Fig.5 Reused wastewater treatment process

2.3 工藝流程總體說明

有機(jī)廢水從集水池泵入酸化池，在pH=2～3和大流量空氣攪拌氣浮的條件下進(jìn)行反應(yīng)，油墨凝聚并浮于水面而去除，再流入中和池，調(diào) pH至 7.5左右后，進(jìn)入水解酸化池和接觸氧化池，利用生物的凈化作用，分解廢水中的有機(jī)物，使廢水得以凈化。接觸氧化池的排水進(jìn)入清水池進(jìn)行后續(xù)的處理，剩余污泥由污泥泵泵入污泥濃縮池。

含氰廢水自車間流入含氰集水井，調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)后，從集水井泵入一級(jí)破氰池，投加NaOH調(diào)節(jié)pH至11左右后，加入NaClO進(jìn)行一級(jí)破氰反應(yīng)，隨后投加H2SO4調(diào)節(jié)pH至7左右后，加入NaClO進(jìn)行二級(jí)破氰反應(yīng)，徹底氧化氰化物。破氰后的廢水進(jìn)入綜合廢水的反應(yīng)池進(jìn)一步的沉淀處理。

綜合廢水自車間流入綜合調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，用提升泵提升至反應(yīng)池，調(diào)節(jié)pH到9.5左右，并隨后進(jìn)行混凝反應(yīng)，經(jīng)快混池和慢混池后，反應(yīng)生成易沉大顆粒沉淀物，廢水在綜合沉淀池中進(jìn)行固液分離，顆粒物沉入池底，經(jīng)污泥輸送泵抽入污泥池，再進(jìn)行脫水處理。綜合沉淀池上部清水流入pH調(diào)整池，在池內(nèi)調(diào)整pH到中性，并作為后續(xù)處理的提升泵井，經(jīng)二級(jí)提升泵提入石英砂過濾器進(jìn)行過濾，過濾后的出水流入流量池及排放池達(dá)標(biāo)排放。

沉淀池池底污泥均由污泥泵泵入污泥濃縮池，濃縮后上清返回綜合調(diào)節(jié)池，濃縮污泥用空氣隔膜泵泵入壓濾機(jī)脫水，濾液返回調(diào)節(jié)池，泥餅打包積一定量后交由環(huán)保部門處理。污泥處理采用廂式壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

電鍍廢水的處理是一項(xiàng)復(fù)雜但具有重要意義的研究課題。電鍍廢水的處理方法有很多，在傳統(tǒng)處理方法的基礎(chǔ)上，積極研發(fā)新方法，以降低處理能耗、處理費(fèi)用，提升處理效果，并能滿足當(dāng)今清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排號(hào)召的新工藝，必定具有劃時(shí)代的意義[11]。本工程對(duì)某線路板廠產(chǎn)生的含鎳廢水、有機(jī)廢水、含氰廢水和綜合廢水等不同的電鍍廢水進(jìn)行分流，并采用物理法、化學(xué)法、物化法、生物法等方法進(jìn)行分類綜合處理，實(shí)際運(yùn)行表明廢水處理后能達(dá)標(biāo)排放。廢水經(jīng)處理后，進(jìn)一步運(yùn)用反滲透RO膜系統(tǒng)作為主要的控制裝置實(shí)現(xiàn)廢水回用處理，使廢水經(jīng)處理后能夠變廢為寶，重新回用于生產(chǎn)及綠化。該工程已經(jīng)結(jié)束了調(diào)試工作并投入正式運(yùn)行，運(yùn)行效果良好,對(duì)電鍍企業(yè)的廢水處理、循環(huán)利用和清潔生產(chǎn)具有重要參考意義。

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Study on Comprehensive Treatment and Recycling Technology of Electroplating Wastewater

YANG Wei-zhi1，LIU Wen-yuan2
（1. School of Physics and Optical Information Sciences, Jiaying University, Guangdong Meizhou 514015，China；2. Guangdong Yuedong Trade Technology School, Guangdong Meizhou 514013，China）

Taking the engineering design of comprehensive treatment of electroplating wastewater from a circuit board plant as an example, through analyzing engineering situation and technical requirements, physical method, chemical method and biological method, etc. were adopted to synthetically treat the elctroplating wastewater including nickel-containing wastewater, organic wasterwater, cyanide-containing wastewater and so on, and reverse osmosis RO membrane was used as the major control device to reuse treated wastewater. The practical operation of the engineering shows that treated wastewater can reach to the discharge standard or be reused, the system is reasonable, effective and reliable, which can provide an important reference for treatment and reuse of electroplating wastewater and the clean production of plating enterprises.

Electroplating wastewater; Comprehensive treatment; Chemical mehthod; Reuse

X 703

B

1671-0460（2012）09-0957-04

2012-04-23

楊偉志（1984-），男，廣東梅州人，助教，碩士，2010年畢業(yè)于華南師范大學(xué)光學(xué)專業(yè)，研究方向：從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與光電技術(shù)應(yīng)用研究。E-mail：149609043@qq.com。