摘要:在分析我國電鍍廢水處理現(xiàn)狀的基礎上，結合國家相關政策法規(guī)，比較了電鍍廢水處理的各種工藝流程，并對未來電鍍廢水處理的發(fā)展進行展望，為電鍍行業(yè)實現(xiàn)“清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排”提供參考。
1·電鍍廢水現(xiàn)狀
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國工業(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%，同時該年我國用于處理工業(yè)廢水的總投資額已近150億元人民幣，接近該年全國總工業(yè)污染處理投資額的1/3，這給企業(yè)和國家?guī)沓林氐慕?jīng)濟負擔和環(huán)保壓力。因此響應國家“清潔生產(chǎn)，節(jié)能減排”號召，發(fā)展更為先進、高效的工業(yè)廢水處理技術對實現(xiàn)國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大。
據(jù)統(tǒng)計，2006年我國約有電鍍廠15000個，年均電鍍廢水排放量高達40億t，占總工業(yè)廢水排放量的1/6，但其中約有50%的電鍍廢水未達到國家排放標準。長期以來，我國電鍍企業(yè)以大量消耗資源的粗放型經(jīng)營為特點，與國外相比，我國電鍍行業(yè)存在明顯差距，據(jù)報道國外電鍍1m2的鍍件平均用水量僅為0．08t，而我國的平均用水量為0．82t，是國外的10倍多，每年我國單對含重金屬電鍍廢水的處理費用就高達4億元以上。電鍍廢水水質復雜，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，對人類危害極大。這些電鍍廢水若未達到排放標準直接進入環(huán)境，必定會對生態(tài)環(huán)境及人類產(chǎn)生廣泛而嚴重的危害。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)濟價值。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·國家相關政策
對于電鍍廢水處理，國家也在相關政策、法規(guī)上予以支持與鼓勵?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》第六篇二十四章第三節(jié)提出要加強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家十一五規(guī)劃的一個重點項目?！吨腥A人民共和國清潔生產(chǎn)促進法》自2003年1月1日起施行，該法第十九條規(guī)定“企業(yè)在進行技術改造過程中，應當對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢物、廢水和余熱等進行綜合利用或者循環(huán)使用;并采用能夠達到國家或者地方規(guī)定的污染物排放標準和污染物排放總量控制指標的污染防治技術”，可見，對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《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進法》法第三十五條規(guī)定“對利用廢物生產(chǎn)產(chǎn)品的和從廢物中回收原料的，稅務機關按照國家有關規(guī)定，減征或者免征增值稅”，可見電鍍廢水的處理是國家獎勵扶持的項目，若能提出一種有效地處理電鍍廢水的工藝，必然會得到國家的大力支持及廣泛推廣。
國家發(fā)改委和國家環(huán)保總局于2005年5月編制《電鍍行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系》，該法規(guī)定企業(yè)用指標體系檢查衡量本身清潔生產(chǎn)水平，使從事相關管理活動的部門依據(jù)本指標體系審核企業(yè)的清潔生產(chǎn)。當前電鍍行業(yè)的主要環(huán)境問題是水污染，指標體系中廢水處理占據(jù)很大比重，因此對電鍍廢水進行處理和綜合利用，是一種非常必要的執(zhí)法活動。國家環(huán)境保護總局科技標準司于2005年7月開始著手編制電鍍行業(yè)污染物排放標準，并規(guī)定2008年起使用國標GB21900－2008對電鍍行業(yè)廢水排放進行標準限值。
3·電鍍廢水處理方法
目前，我國處理電鍍廢水常用的方法有:化學法、生物法、物化法和電化學法四種。其中化學法包括: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;電化學法包括原電池法、電滲析法、電凝聚氣浮法、電化學氧化法和電化學還原法。本文對這些處理電鍍廢水的方法進行總結，并對它們進行分析比較。
3．1 化學法
化學法是依靠氧化還原反應或中和沉淀反應將有毒有害的物質分解為無毒無害的物質，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)生直接的化學反應，形成難溶的固體物而分離去除，一般化學沉淀法處理廢水的缺點是達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+等低價態(tài)離子及造成色度、味、嗅、的各種有機物以及致病微生物。
(3)還原法。通過投加還原劑，將電鍍廢水中有毒物質還原為無毒或低毒物，主要用于處理廢水中Cr6+和Hg2+等高價態(tài)重金屬離子。
(4)中和法。通過酸堿中和反應，調節(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法的優(yōu)點是:投資少、處理裝置簡單、處理成本較低、安裝維修及操作容易。但其缺點是處理效率低、出水水質差、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80年代。生物法處理的機理在于互生共生的關系，有著化學、物理和遺傳等三個層次的相互協(xié)作機制。一些微生物代謝產(chǎn)物能使廢水中的重金屬離子改變價態(tài)，同時微生物菌群本身還有較強的生物絮凝、靜電吸附作用，能夠吸附金屬離子，使重金屬經(jīng)固液分離后進入菌泥餅，從而使得廢水達標排放或回用。
(1)生物絮凝法。利用微生物或微生物產(chǎn)生的代謝物進行絮凝沉淀。目前，對重金屬有絮凝作用的生物絮凝劑約有十幾個品種，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。利用生物體的化學結構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)生物化學法。通過微生物處理含重金屬廢水，通過微生物與金屬離子之間發(fā)生直接的化學反應，將可溶性離子轉化為不溶性化合物而去除。生物法的優(yōu)點是:選擇性強、吸附容量大、不使用化學藥劑;處理技術比較簡單、運行費用低，功能菌對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。但其缺點是功能菌和廢水中金屬離子的反應效率并不高，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，其在工業(yè)上應用廣泛，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的方法，含重金屬廢水通過離子交換劑時，交換器上的離子同水中的金屬離子進行交換，達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廢水的經(jīng)濟效益最為顯著。
(2)膜分離法。利用高分子所具有的選擇性進行物質分離的技術，包括電滲析、反滲透、膜萃取等。
(3)吸附法。利用吸附劑的獨特結構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。對電鍍廢水進行蒸發(fā)，使重金屬廢水得以濃縮，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)點是:管理方便、易于實現(xiàn)自動化、分離效率高、深度處理效果好、出水可以回用，在廢水治理中應用廣泛。但物化法在不同程度都存在著工藝復雜、能耗大、成本高、占地面積大、運轉費用高、有二次污染等弊端。
3．4 電化學法
電化學法處理廢水應用起始于20世紀40年代，但直到60年代，隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學法才被真正地用于廢水處理過程。電化學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)、反應器的研制以及對傳統(tǒng)電化學工藝的改進，電化學方法在電鍍廢水治理領域里的應用越來越廣闊。
(1)原電池法。以顆粒炭、煤渣或其他導電惰性物質為陰極，鐵屑為陽極，廢水中導電電解質起導電作用構成原電池，通過原電池反應來達到處理廢水目的。
(2)電滲析法。電滲析技術是膜分離技術的一種，它是將陰、陽離子交換膜交替地排列于正負電極之間，并用特制的隔板將其隔開，在電場作用下以電位差為推動力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現(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，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，達到凈化水質的目的。
(4)電化學氧化法。利用陽極的高電位和有催化活性的陽極電極反應產(chǎn)生的具有強氧化能力的活性自由基來氧化降解電鍍廢水中有機物的一種氧化方法。
(5)電化學還原法通過陰極發(fā)生還原反應而去除污染物的方法。可分為兩類，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。電化學法的優(yōu)點是:(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)反應速度快，產(chǎn)泥量少，出水水質穩(wěn)定，易實現(xiàn)自動化操作;(3)處理時間短，設備容積小，占地面積少;(4)可同時回收有價值金屬和去除有機物;
(5)兼具氣浮、絮凝、殺菌作用。缺點是:耗電量高、電極板消耗大、處理成本高;低濃度時電流效率低、電位窗口不夠寬;電極腐蝕、鈍化以及失活，易發(fā)生濃差極化而產(chǎn)生結垢;沉淀的氫氧化物組成并不穩(wěn)定，有重被溶解的可能，可能會引起二次污染。
4·展望
面對日益嚴重的環(huán)境污染問題，作為當今我國三大污染工業(yè)之一的電鍍行業(yè)，企業(yè)只有實施清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排，才能應對越來越大的環(huán)境壓力，從而實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。當前電鍍行業(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)才能提高自身市場競爭力，創(chuàng)造更多市場利潤，同時承擔企業(yè)應盡的社會責任。未來電鍍廢水處理的發(fā)展將著重以下四個方向:
(1)一體化技術是未來電鍍廢水處理技術的熱點。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，達不到理想的效果。只有根據(jù)電鍍廢水的成分，應用多種處理技術的一體化技術，才能達到理想效果，同時根據(jù)系統(tǒng)工程原則，合理安排好每種處理技術之間的銜接。
(2)零排放技術必將是未來電鍍廢水處理技術發(fā)展的方向。電鍍廢水是放錯位置的資源，實施循環(huán)經(jīng)濟、推行清潔生產(chǎn)，提高電鍍物質、資源的轉化率和循環(huán)利用率，從源頭上實現(xiàn)綠色電鍍技術，同時進行全過程控制，結合廢水綜合治理，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)展的一個趨勢。目前我國的電鍍企業(yè)點多面廣，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較少，而且較為分散，若每個電鍍廠都建立達標的廢水處理設備，必將給中小型電鍍廠沉重的經(jīng)濟負擔。從經(jīng)濟和環(huán)保的角度來看，可以考慮一個城市或一個地區(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用。
(4)電化學法是未來電鍍廢水處理技術中的主力軍，其最終發(fā)展的方向是價廉、高效、易操作。未來對電化學法的發(fā)展將著重三個方面的研究:①開發(fā)廉價、高效的電極，如采用非稀貴金屬電極材料并應用圓柱形電極或立體電極刷;②設計新型的電解槽，如流化床或多級串聯(lián)電極裝置;③推廣脈沖電源在電化學法中的應用，完善脈沖電解技術，從而突破傳統(tǒng)電化學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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