樊銳 ，李才 ， 邵敏 ， 劉玉坤 ， 管志云

（1.新蘇環(huán)保研究院（江蘇）有限公司，江蘇常州213000；2.上海環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200040）

1 電鍍污泥的市場規(guī)模

1.1 電鍍污泥的產(chǎn)生量

在電鍍工藝中，會(huì)采用包括銅、鋅、鎳、鉻等多種重金屬，電鍍后，其中金屬會(huì)進(jìn)入了電鍍廢水。現(xiàn)階段對(duì)電鍍廢水的處理，一般是物理法、化學(xué)法和生物法。其中化學(xué)法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的，據(jù)報(bào)道，我國約有41%的電鍍廠采用化學(xué)法處理電鍍廢水[1]。

我國約有15000家電鍍生產(chǎn)企業(yè)，有3億m2電鍍面積生產(chǎn)能力，每年排放約40億m3電鍍廢水，廢水產(chǎn)生約1000萬t電鍍污泥[2]。

1.2 電鍍污泥的經(jīng)濟(jì)效益

電鍍污泥中通常含有3%～5%鉻、2%～4%鎳、1%～2%銅、1%～2%鋅和80%水。品位遠(yuǎn)高于金屬富礦石，具有很高的經(jīng)濟(jì)效益。以鎳為例：一般鎳礦石，當(dāng)含量達(dá)到2%的鎳時(shí)就具備了開采條件，而一般電鍍污泥中鎳含量為2%～4%，可見電鍍污泥的金屬回收利用價(jià)值很高。例如：假設(shè)某危廢處置企業(yè)每年處置含銅電鍍污泥20萬t，銅含量平均在2%，按照銅回收率98%，回收銅金屬價(jià)格30000元/t，污泥處置費(fèi)是 2000元/t，那么一年的總收入是：5.2億元。那么全國1000t的電鍍污泥，僅銅的資源化總值是：260億元，由此可見，電鍍污泥資源化的經(jīng)濟(jì)效益是很可觀的。

2 電鍍污泥的性質(zhì)與危害

電鍍污泥含有銅、鎳、鉻和鐵[3]等多種金屬，成分很復(fù)雜，有些具有電鍍污泥還含有大量的氰化物等。但電鍍污泥中重金屬等有害物質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，在環(huán)境中會(huì)遷移性，導(dǎo)致生物體內(nèi)積累，重金屬在外部環(huán)境作用下會(huì)流入環(huán)境，分布在水體、大氣和土壤中，最終進(jìn)入食物鏈，造成全生態(tài)系統(tǒng)的污染。

3 電鍍污泥的處置方法

3.1 電鍍污泥的減量化處理

電鍍污泥是來源電鍍廢水，作為電鍍污泥的產(chǎn)生單位，要想實(shí)現(xiàn)電鍍污泥的減量化，主要有三個(gè)辦法：一是采用更先進(jìn)的、更環(huán)保的電鍍工藝，做到電鍍廢水減量或電鍍廢水中的金屬最大化利用。二是實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的分流，需將不同電鍍工藝（電鍍銅、電鍍鎳、電鍍鋅等）產(chǎn)生的廢水分開存儲(chǔ)與處理，一方面可提升電鍍污泥中的金屬品味，提高附加值；另一方面降低電鍍污泥的處理難度。三是采用節(jié)能減排技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出廠的電鍍污泥含水率降低，減少電鍍污泥的總量，減輕了電鍍污泥的存儲(chǔ)、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)和下游危廢處置企業(yè)的處置壓力。

3.2 電鍍污泥的資源化處理

3.2.1 火法處理技術(shù)

火法熔煉前，電鍍污泥要先進(jìn)行烘干等前處理，有時(shí)為了提高熔煉效率，通過添加目標(biāo)金屬來提高污泥中的金屬含量，加入鐵礦石、石英石、石灰石等作為熔煉輔料，以煤炭、焦碳為燃料，并以碳和煤燃燒過程產(chǎn)生的一氧化碳為還原物，在電鍍污泥火法熔煉中，添加劑的種類與用量等因素對(duì)工藝影響較大。由于電鍍污泥含有大量水，熱值低，同時(shí)金屬含量相對(duì)較少且金屬種類多等特點(diǎn)，所以火法熔煉在處理電鍍污泥會(huì)存在能耗高、金屬回收單一且回收率不高、煙氣難以處理達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)。

3.2.2 濕法處理技術(shù)

電鍍污泥濕法提取重金屬是添加化學(xué)試劑將電鍍污泥浸出與分離。其前提是將重金屬從電鍍污泥中浸出并在溶液中穩(wěn)定存在，電鍍污泥的處理主要有酸浸和氨浸兩種工藝。

3.2.2.1 酸浸

李盼盼[4]以硫酸為浸出劑，研究電鍍污泥中銅和鎳的浸出率，從不同的酸加入量考察了對(duì)銅和鎳浸出效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入10%硫酸，振蕩0.5h后，污泥中銅和鎳的浸出率均在95%以上；而李鵬[5]則分別考察了三種低分子有機(jī)酸對(duì)電鍍污泥中鋅和鉛等重金屬浸出效果，結(jié)果表明檸檬酸對(duì)鋅和鉛浸出效果比其他有機(jī)酸要好。

濕法浸出電鍍污泥的金屬的大量研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)浸出液濃度提高，整個(gè)工藝產(chǎn)生廢水量小，但酸浸存在金屬浸出選擇性差，浸出液凈化過程復(fù)雜，消耗大量的酸堿及除雜劑等缺點(diǎn)。

3.2.2.2 氨浸

因酸浸存在選擇性差等缺點(diǎn)，研究者開發(fā)了氨浸法資源化處理電鍍污泥中工藝。氨浸法是采用氨水為浸出劑，利用氨水中的銨根選擇性絡(luò)合電鍍污泥中有價(jià)金屬元素，從而達(dá)到與其他金屬元素分離的目的。

程潔紅[6]使用 NH3·H2O-（NH4）2SO4體系對(duì)電鍍污泥中銅、鎳、鋅浸出，采用氫還原實(shí)現(xiàn)氨浸液中銅、鎳與鋅的分離。

但氨浸法也存在如濃度大于18%時(shí)的氨水容易揮發(fā)，有很大的刺激性氣味等缺點(diǎn)，操作環(huán)境惡劣，所以氨浸法對(duì)設(shè)備的密封性要求很高，浸出裝置要求較高的密封性和耐腐蝕性。

3.2.3 火法-濕法聯(lián)用處理技術(shù)

火法-濕法聯(lián)合處理電鍍污泥工藝，是先通過火法工藝進(jìn)行預(yù)處理，脫除電鍍污泥一些成分如水、有機(jī)物及部分雜質(zhì)，預(yù)處理后，有價(jià)金屬得到富集，再選用合適的浸出劑浸出有價(jià)金屬。該工藝對(duì)處理高有機(jī)物、復(fù)雜成分的污泥較有意義。

陳嫻等[7]對(duì)電鍍污泥先采用炭還原和焙燒，再采用硫酸浸出和萃取對(duì)銅進(jìn)行了分離，萃取得到的硫酸銅溶液，經(jīng)濃縮結(jié)晶后，得到純度大于97%的硫酸銅晶體，該聯(lián)用工藝解決了火法工藝處理電鍍污泥的原料金屬品位低、投資高、二次污染嚴(yán)重的問題，同時(shí)相對(duì)單獨(dú)的熔煉設(shè)備，采用還原焙燒預(yù)處理工藝，其設(shè)備的投資和控制難度也低。為混合電鍍污泥的資源化利用提供了另一個(gè)可行方案。

3.2.4 電鍍污泥資源化處置技術(shù)對(duì)比（表1）

表1 電鍍污泥資源化處置技術(shù)對(duì)比

3.3 電鍍污泥的無害化處理

3.3.1 材料化

電鍍污泥的材料化技術(shù)是指利用電鍍污泥為原料或輔料生產(chǎn)建筑材料、磁性材料、陶瓷材料等材料的過程。Ract[8]進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將含量是2%的含鉻電鍍污泥加入水泥中，不會(huì)影響水泥的強(qiáng)度，這進(jìn)一步為電鍍污泥無害化處理提供了思路。

3.3.2 固化/穩(wěn)定化

固化/穩(wěn)定化處置電鍍污泥是一種非資源化處置方法，目的是使電鍍污泥中的重金屬被包容起來，無凈出毒性，以降低危險(xiǎn)性，最終予以填埋。Hills[9]研究發(fā)現(xiàn)，水泥和粉煤灰按照一定的比例加入并固化，可以很好的防止重金屬的浸出。

4 電鍍污泥資源化處置方法的發(fā)展趨勢

4.1 火法

火法有色金屬冶煉和金屬再生冶煉經(jīng)歷了從傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐到富氧熔池熔煉技術(shù)的發(fā)展，60年代中期，中國成功地進(jìn)行了料封式密閉鼓風(fēng)爐工業(yè)試驗(yàn)后，相繼用以改造敞開式鼓風(fēng)爐，解決煙害問題。至此中國的敞開式鼓風(fēng)爐銅锍熔煉已全被料封式和料鐘式密閉鼓風(fēng)爐取代，至此密閉鼓風(fēng)爐得到快速發(fā)展，特別在冶金行業(yè)，2006年，某公司首次將密閉鼓風(fēng)爐應(yīng)用到電鍍污泥的火法熔煉，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在危廢處置領(lǐng)域的應(yīng)用，但早在2011年，鼓風(fēng)爐在銅再生領(lǐng)域就被列入重點(diǎn)淘汰產(chǎn)品《國家明令淘汰的落后生產(chǎn)工藝裝備產(chǎn)品目錄》，目前比較先進(jìn)的技術(shù)有富氧熔池熔煉（頂吹、底吹、側(cè)吹）等。

從市場看，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐工藝在危廢領(lǐng)域已有成功應(yīng)用案例，并且越來越多的環(huán)保企業(yè)開始采用該先進(jìn)的工藝來進(jìn)行危廢資源化：某公司于2014年已將該技術(shù)成功應(yīng)用于重金屬危廢資源化項(xiàng)目，處理規(guī)模8萬t/a，該項(xiàng)目已運(yùn)行3a多，目前該公司有其它兩個(gè)類似項(xiàng)目正在進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。

現(xiàn)從以下幾點(diǎn)對(duì)比密閉鼓風(fēng)爐與富氧側(cè)吹熔池熔煉爐處理電鍍污泥優(yōu)缺點(diǎn)（表2）。

表2 密閉鼓風(fēng)爐與富氧側(cè)吹熔池熔煉爐處理電鍍污泥優(yōu)缺點(diǎn)

4.2 濕法

由于電鍍污泥的含水率很高，可以利用電鍍污泥中的水分充當(dāng)溶解介質(zhì)，所以濕法工藝在處理電鍍污泥中有一定優(yōu)勢，主要有酸法和堿法，兩者對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)如表3。

表3 酸法和堿法處理電鍍污泥的對(duì)比

由此可見：酸法和堿法在處置電鍍污泥各有弊端，但隨著技術(shù)的發(fā)展，以后發(fā)展方向有一下幾點(diǎn)：①廢水的零排放：不論酸法和堿法，都很難實(shí)現(xiàn)廢水的無限循環(huán)，溶解后的廢水中含有有機(jī)物、鹽類都會(huì)最終影響電鍍污泥的溶解，目前有采用MVR技術(shù)，蒸餾回收水，滿足整個(gè)工藝的水平衡。②多工藝組合處理：處置電鍍污泥的上述方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)電鍍污泥的成分進(jìn)行選擇。對(duì)有金屬回收價(jià)值的電鍍污泥，優(yōu)先考慮資源化處置技術(shù)。對(duì)于單組分且有機(jī)物含量少的電鍍污泥，可采用濕法技術(shù)，具有設(shè)備投資低、二次污染小、金屬回收率高等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于多成分且有機(jī)物含量高的電鍍污泥，可采用還原焙燒-濕法技術(shù)，解決了火法熔煉工藝設(shè)備投資高、煙氣污染嚴(yán)重、金屬回收率低的問題，還原焙燒預(yù)處理設(shè)備的投資和控制難度也大大低于熔煉設(shè)備；對(duì)于成分復(fù)雜、毒性大、金屬價(jià)值不高的電鍍污泥，可采用無害化處置技術(shù)，如固化/穩(wěn)定化。

由分析結(jié)果可見：電鍍污泥的資源化處置是當(dāng)前幾種處置方法中最有前景的。以后的電鍍污泥資源化處置發(fā)展趨勢，可以總結(jié)如下：①對(duì)于大規(guī)模的電鍍污泥資源化處置，宜采用火法資源化技術(shù)，建議采用富氧側(cè)吹熔池熔煉爐等先進(jìn)工藝進(jìn)行熔煉資源化；②對(duì)于小規(guī)模的電鍍污泥資源化處置，建議采用濕法和火法（玻璃化熔融）聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬資源回收、廢水零排放、徹底無害化。