石泰山

（廈門市威士邦膜科技有限公司，福建 廈門 361022）

電鍍廢水除含重金屬離子外，還含有有機物和其他無機鹽。有毒污染物總鉻、六價鉻、總鎳、總鎘、總銀、總鉛、總汞在車間或生產(chǎn)設施廢水排放口執(zhí)行GB 21900-2008《電鍍污染物排放標準》的排放限值，含氰廢水和含鉻廢水應單獨收集與處理。氧化、還原、中和沉淀是電鍍廢水治理達標排放的主要手段，電鍍 企業(yè)一般要優(yōu)選HJ 2002-2010《電鍍廢水治理工程技術規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)中的處理技術和方法。

沉淀劑一般有氫氧化物、硫化鈉、重金屬離子捕捉劑，氧化劑主要為含氯化合物，還原劑主要為亞硫酸鹽或相關化合物。采用氫氧化物沉淀法處理電鍍廢水，很難滿足重金屬離子含量低于0.5 mg/L 的要求[1]。要達到重金屬離子含量低于0.5 mg/L 的排放標準，須使用重金屬離子捕捉劑[2]、硫化物、反滲透、離子交換、活性炭吸附等深度處理技術，處理成本呈幾何級數(shù)增長。若廢水中存在配位劑，將影響重金屬離子的化學轉化和物理沉淀分離，還需要進行破絡。

離子交換樹脂技術、反滲透技術、電滲析技術、電解、活性炭吸附等若作為末端達標排放處理技術，成本很高。電鍍廢水治理經(jīng)歷了石灰法、離子交換除鉻、反滲透回收鎳、反滲透中水回用之后，最終都回歸《規(guī)范》中的化學沉淀、化學氧化、生物氧化等終端技術?；瘜W沉淀是電鍍企業(yè)廢水達標排放不可缺少的工藝過程。

在清潔生產(chǎn)、總量控制、濃度控制、中水回用率、節(jié)能節(jié)水等指標的壓力下，電鍍行業(yè)面臨更大的環(huán)保投入。某些地區(qū)中水回用率指標為50% ～ 90%[3]。引入中水回用系統(tǒng)后，可能對原有化學沉淀法污水處理系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

1 概念與術語

依據(jù)GB/T 3138-1995《金屬鍍覆和化學處理與有關過程術語》、HJ 496-2009《環(huán)境工程技術分類與命名》以及文獻[4]，本文對電鍍廢水的相關術語和概念作如下總結。

1.1 電鍍廢水

指電鍍生產(chǎn)過程中排放的各種廢水，包括鍍件酸洗廢水、漂洗廢水、鈍化廢水，刷洗地坪和極板的廢水，由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”產(chǎn)生的廢水，以及廢水處理過程中的自用水和化驗室排水等。

1.2 電鍍廢水再生

指電鍍廢水經(jīng)物理、化學或生物處理之后能夠達標排放的廢水，經(jīng)過離子交換、電滲析、反滲透、超濾、活性炭吸附等一種或數(shù)種技術組合處理后，能滿足某種使用目的的水處理過程。

1.3 中水回用

指中水再生和回用的過程，用水點與廢水產(chǎn)生點可能相同，也可能不同。電鍍中水回用一般指回用于電鍍生產(chǎn)線，而非生活雜用水?；蚺c自來水混合作為給水，或直接回用于清洗、槽液蒸發(fā)補充水等。

1.4 水循環(huán)和水再用

水循環(huán)指電鍍生產(chǎn)線的清洗水用離子交換、電滲析、反滲透、電解等一種或數(shù)種技術組合處理后，回用于原用水點，如反滲透鎳回收的純水用于鍍鎳工藝后續(xù)的清洗，水循環(huán)也可稱為在線水循環(huán)。水再用指用過的水用于其他用途，如堿性清洗水用于酸性清洗，鍍鉻后清洗水用于前處理清洗。

1.5 中水回用率

中水回用率可以指中水回用總水量與中水回用前總用水量之比，也可指再生水與進入中水再生系統(tǒng)的中水量之比，還可指再生水與進入廢水處理設施廢水總量之比。參照相關傳統(tǒng)定義，也可認為是再生水與再生水和外排水總量之比，但在缺乏排水計量的企業(yè)，往往很難測算。

2 廢水回用對廢水處理設施的影響

電鍍中水再生和回用一般采用反滲透技術處理，根據(jù)中水回用率指標，或多或少會排放反滲透濃水，需要進一步處理方可達標排放[5]。反滲透濃水的溶解性固體含量很高，類似于苦咸水或海水，如果沒有獨立的濃水處理系統(tǒng)，將其直接排入原廢水處理系統(tǒng)，會影響污水處理設施的運行。以下通過5 個假設模型，定性分析反滲透中水回用系統(tǒng)正常運行對污水處理設施(化學沉淀)的影響。

假設電鍍車間原使用自來水為1 000 m3/d，不考慮蒸發(fā)等損失，廢水處理設施接受水量1 000 m3/d，不考慮污水處理設施用水，達標排水量等于電鍍車間用水量(圖1)。

圖1 無中水回用系統(tǒng)的廢水處理流程 Figure 1 Process for wastewater treatment without reuse system of reclaimed water

引入中水回用系統(tǒng)后，假設中水回用率為50%，則自來水減少為500 m3/d，再生水為500 m3/d，反滲透濃水為500 m3/d，電鍍廢水處理系統(tǒng)處理水量為1 500 m3/d，達標排放水為500 m3/d(圖2)。

圖2 有中水回用系統(tǒng)的廢水處理流程 Figure 2 Process for wastewater treatment with reuse system of reclaimed water

電鍍達標排放廢水的電導率為0.15 ～ 0.25 S/m[3]，根據(jù)經(jīng)驗推測其中離子質量濃度為810 ～ 1 350 mg/L。一些具體案例中，RO(反滲透)進水鹽度達2 600 mg/L，電導率為4 800 μS/cm[6]，文獻[7]引用的典型電鍍案例中，RO 進水電導率為4 000 μS/cm，按文獻[6]比例折算鹽度約2 160 mg/L。文獻[7]的電鍍廢水含銅、鎳、鉻，經(jīng)計算可知，最大總金屬離子含量約為64.2 mg/L，鹽度約為150 mg/L(以硫酸鹽折算)，一般自來水的溶解性固體(TDS)約為200 mg/L，則文獻[7]的電鍍廢水的鹽度約為500 mg/L，經(jīng)物化處理達標后其鹽度增大至2 160 mg/L，約增大了1 500 mg/L。

2.1 模型一

假設自來水的溶解性固體為200 mg/L，廢水回用率為50%時，車間用水溶解性固體為125 mg/L。假設車間排放廢水(調節(jié)池)的TDS(不考慮溶解性有機物，下同)為500 mg/L，經(jīng)物理化學處理后達標排水的TDS約為2 000 mg/L。反滲透濃水的TDS 為4 000 mg/L，反滲透淡水中約50 mg/L 的TDS 忽略不計。假設廢水經(jīng)廢水處理系統(tǒng)處理一次，TDS 約增加1 500 mg/L。

假設電鍍企業(yè)只有一套污水物理化學處理系統(tǒng)。新增反滲透中水再生系統(tǒng)后，廢水處理量為1 500 m3/d，處理水量增加50%，廢水量對處理設施產(chǎn)生沖擊。引入中水再生系統(tǒng)后，反滲透濃水的溶解性固體在廢水處理和中水再生系統(tǒng)中循環(huán)累積[5]。因此，隨再生水循環(huán)次數(shù)迅速增多，廢水處理設施進水和出水、反滲透濃水中的溶解性固體含量迅速增大。

圖3為濃水第1 次循環(huán)的示意圖。隨循環(huán)次數(shù)增加，總溶解性固體迅速增多。溶解性固體的累積，使廢水離子強度增大，鹽溶效應增強，金屬氫氧化物顆粒細小，完全沉淀困難，從而影響某些或全部金屬離子的達標排放。廢水中鹽濃度的增大會使反滲透膜進水的滲透壓增大，在進水壓力不變的情況下，產(chǎn)水率降低。

圖3 第1 次濃水循環(huán) Figure 3 First recycle of reverse osmosis concentrate

將反滲透濃水排入原廢水處理設施進行處理的中水回用設計，會惡化廢水處理的運行，導致中水再生系統(tǒng)運行不正常，再生水水質波動較大，嚴重時會導致品質事故發(fā)生。如果槽液維護頻率增大，排入廢水處理系統(tǒng)的重金屬離子也會增多，廢水處理設施將進一步惡化。

模型一的中水再生系統(tǒng)注定為“面子工程”，或反滲透濃水不進行處理就直接排放。采用活性炭吸附系統(tǒng)，需經(jīng)常更換或再生活性炭，成本很高，不可能長期運行，也無法解決無機鹽累積的問題。

模型一的水量影響可以通過增大中水回用率來減弱，當回收率達90%時，原廢水處理系統(tǒng)水量僅僅增加10%，但仍無法改善反滲透濃水的含鹽量累積和由此造成的影響。若使用高成本蒸發(fā)技術，溶解性固體填埋也會造成環(huán)境污染。由于雜質較多，鹽的市場價格不高，綜合利用價值不大。

2.2 模型二

假設在中水回用系統(tǒng)建設之后，新上一套濃水處理系統(tǒng)與之配套，系統(tǒng)的水循環(huán)模式如圖4。

圖4 帶濃水處理系統(tǒng)的廢水處理模型 Figure 4 Model for wastewater treatment with treatment system of reverse osmosis concentrate

獨立的反滲透濃水處理系統(tǒng)，反滲透濃水含鹽量為4 g/L。處理系統(tǒng)包括酸化、氧化、中和沉淀、pH 調整等流程[5]，藥劑用量比處理一般電鍍廢水多，達標排放廢水含鹽量可能達4 ～ 8 g/L，中水回用率越高，則排放廢水的鹽濃度越高。反滲透濃水經(jīng)處理后出水含鹽量高，可以采取各種方法回收或排放水中的溶解性固體[8]。

反滲透中水回用和反滲透濃水處理系統(tǒng)組合是中水回用的較佳模式，但成本較高。由于中水回用系統(tǒng)進水全部為電鍍廢水，有機物含量較高，需要以“砂濾─炭濾─微濾”組合作為前處理，甚至需要超濾和納濾作為前處理，流程較長，操作復雜，投資大，費用多，成本高。

2.3 模型三

電鍍企業(yè)必須做到濃度達標、總量達標、清潔生產(chǎn)達標、廢水回用率達標，處理設施必須按照《規(guī)范》要求設計，一類污染物需分質收集、分類處理。因此，一些電鍍企業(yè)建設多套廢水預處理和處理系統(tǒng)，如鉻系統(tǒng)、氰系統(tǒng)、鎳系統(tǒng)、鎘系統(tǒng)等。筆者考察了可回收和不可回收兩套平行處理系統(tǒng)，其水平衡見圖5。

分質收集、分類處理是電鍍企業(yè)污水處理達標的基礎，含氰、鎳、鉻、汞、鉛、鎘的廢水必須單獨收集、單獨處理。當電鍍廢水中含磷酸鹽時，獨立處理時磷可能會超標。圖5為兩套系統(tǒng)，對于存在多套系統(tǒng)的企業(yè)可以根據(jù)水質情況合并為兩套系統(tǒng)，即可回收系統(tǒng)和不可回收系統(tǒng)。

可回收系統(tǒng)進入中水再生系統(tǒng)再生，不可回收系統(tǒng)達標排放。可回收系統(tǒng)一般為電鍍清洗廢水，不可回收系統(tǒng)一般為前處理廢水。如此可以使進入中水回收系統(tǒng)中的有機物減少，避免模型二中活性炭吸附容量和反滲透濃水有機物氧化問題。

當不可回收系統(tǒng)處理能力為100 m3/d 時，可回收系統(tǒng)處理能力為900 m3/d，要滿足500 m3/d 的再生水(回用率50%)，可回收系統(tǒng)出水的再生率至少應為55.5%。當可回收系統(tǒng)為800 m3/d，則要求中水回用率為62.5%。

圖5 兩套平行廢水處理系統(tǒng)模型 Figure 5 Model for wastewater treatment with two parallel treatment systems

假設可回收系統(tǒng)出水含溶解性固體為1 000 mg/L，當不可回收電鍍廢水為200 m3/d，可回收電鍍廢水為800 m3/d，再生水為500 m3/d，中水回用率為62.5%時，反滲透濃水為300 m3/d，TDS 為2 700 mg/L，排入不可回收系統(tǒng)，總處理量為500 m3/d，TDS 為1 800 mg/L，經(jīng)處理后達標排放水的TDS 可能翻番。

此模型存在與模型一相同的處理水量問題。一般企業(yè)廢水處理系統(tǒng)設計處理量有限，不可能接受過大的水量波動。如果不可回收系統(tǒng)的處理能力設計很大，則中水再生和回用系統(tǒng)使用不會產(chǎn)生影響。然而濃水含鹽量大，出水不易達標。此模型采用二級或多級反滲透可以滿足中水回用率50% ～ 70%的要求，但投資和運行成本可能較高。

2.4 模型四

模型四(圖6)為模型二和模型三的綜合，即在模型三分可回收系統(tǒng)和不可回收系統(tǒng)的基礎上，反滲透濃水經(jīng)過模型二的獨立濃水處理系統(tǒng)，如此則增加電鍍企業(yè)的廢水處理復雜性。

圖6 多套系統(tǒng)組合廢水處理系統(tǒng)模型 Figure 6 Model for wastewater treatment with several treatment systems

此模型包括可回收、不可回收、中水再生和濃水處理系統(tǒng)。投資成本較大，操作較復雜，系統(tǒng)波動容易引發(fā)連鎖反應。就整個系統(tǒng)而言，穩(wěn)定性較差，但可以滿足回用率50%以上的要求，但要達到70%以上的回用率則非常困難。

2.5 模型五

上述模型都存在指標間的沖突。文獻[7]采取預處理(如氰氧化、鉻還原)、物化處理、生物氧化(如膜生物反應器)、反滲透廢水再生等電鍍廢水處理系統(tǒng)(如圖7所示)，可以滿足廢水回用率50% ～ 90%的要求，COD 也可達標排放，生物處理出水(反滲透進水)總鎳0.10 ～ 0.33 mg/L、總銅0.14 ～ 0.23 mg/L、COD 41 ～ 59 mg/L。當廢水回用率為50%時，反滲透濃水需要獨立的濃水處理系統(tǒng)才能滿足排放標準。但出于節(jié)約成本方面的考慮，該文獻僅建議與優(yōu)質廢水混合后達標排放。

圖7 物化-生化組合廢水處理系統(tǒng)模型 Figure 7 Model for wastewater treatment with combined physical-chemical and biological treatment system

3 結論

(1) 定性分析5 個模型發(fā)現(xiàn)，任何一個模型都存在缺陷，廢水再生和回用系統(tǒng)的引入或會影響原廢水處理系統(tǒng)的正常運行，或無法滿足法規(guī)的多指標約束，或處理成本很高。在模型五的基礎上增加反滲透濃水處理系統(tǒng)能較好地滿足各種要求。

(2) 電鍍廢水治理中存在多系統(tǒng)、多目標組合，同時優(yōu)化較為困難。節(jié)水越多，廢水中污染物濃度就越高，達標排放越困難，反滲透進水水質越惡化，反滲透濃水越難處理。中水回用率越高，反滲透濃水的達標排放越困難。分質處理對某些金屬離子的去除率可能很高，但分質后相當于進水濃度增加4 ～ 5 倍，排放濃度保持不變時，相當于排放標準嚴格4 ～ 5 倍，達標困難。

(3) 電鍍廢水經(jīng)預處理、物化處理、生物處理、深度處理、反滲透廢水回用、反滲透濃水處理等流程后，可滿足廢水回用率指標和廢水排放標準的要求。電鍍廢水治理需要充分利用電鍍廢水自身的廣義酸堿中和，減少酸堿用量，降低處理費用，降低廢水TDS，才利于廢水回用和達標排放。

[1]劉定富,葛麗穎.pH 值調控對電鍍廢水處理的影響[J].環(huán)?？萍?2008,14 (1): 8-10.

[2]王文星.電鍍廢水處理技術研究現(xiàn)狀及趨勢[J].電鍍與精飾,2011,33 (5): 42-46.

[3]李峰,吳欲,胡如南.我國電鍍廢水處理回用的現(xiàn)狀及探討[J].電鍍與精飾,2011,33 (10): 17-20,30.

[4]LENS P,WILDERER P,ASANO T.工業(yè)水循環(huán)與資源回收: 分析·技術·實踐[M].成徐州,吳迪,蹇興超,譯.北京: 中國建筑工業(yè)出版社,2008: 21-33.

[5]羅偉鋒.電鍍廢水膜法回用后濃水達標處理研究[J].能源環(huán)境保護,2012,26 (1): 39-41.

[6]鄢豪,鄭豪,楊岳平,等.電鍍綜合廢水的反滲透膜法回用研究[J].浙江大學學報(理學版),2011,38 (5): 550-554.

[7]段光復.電鍍廢水處理及回用技術手冊[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2010: 356-368.

[8]王庚平,索超,張明霞,等.反滲透濃水處理與利用技術研究概況[J].甘肅科技,2011,27 (22): 93-95.