電鍍廢水再生和回用

石泰山

（廈門市威士邦膜科技有限公司，福建 廈門 361101）

宏觀而言，電鍍行業(yè)涉及企業(yè)多、鍍種雜、區(qū)域廣，環(huán)境監(jiān)管困難重重，任務(wù)艱巨。微觀而言，單個(gè)電鍍企業(yè)鍍種相對(duì)簡單，污染物種類相對(duì)穩(wěn)定，僅污染物濃度波動(dòng)較大，治理相對(duì)容易。中小電鍍企業(yè)采用電鍍園區(qū)模式，涉及污染物種類多，污染物濃度相對(duì)穩(wěn)定，治理可能較為困難。

我國電鍍廢水治理經(jīng)歷了零排放、閉路循環(huán)、資源回收路徑，經(jīng)歷了離子交換、鈦質(zhì)薄膜蒸發(fā)器、膜法鎳回收之后，正向電鍍廢水的深度處理、廢水再生、 中水回用突進(jìn)。許多地區(qū)在開展清潔生產(chǎn)、環(huán)評(píng)批復(fù)、行政許可中強(qiáng)制規(guī)定電鍍中水回用率，大大超前于HJ 2002-2010《電鍍廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》5.1.1 中“有條件的企業(yè)，廢水處理后應(yīng)回用”的要求，而電鍍中水回用率一般應(yīng)為50%～90%[1]。

反滲透技術(shù)由于優(yōu)良的脫鹽性能，已逐步取代離子交換，并廣泛應(yīng)用于電鍍給水、在線循環(huán)水、鎳回收、廢水再生以及中水回用。但由于電鍍廢水成分復(fù)雜，反滲透處理成本較高(5 元/t)，設(shè)施效率低下[1]。中水回用和閉路循環(huán)甚者導(dǎo)致雜質(zhì)累積，槽液維護(hù)頻繁，污染物排放增加，廢水處理設(shè)施負(fù)荷加重，廢水處理難度和成本增加，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放困難，并引發(fā)廢水再生和中水回用設(shè)施運(yùn)行的不穩(wěn)定。反滲透處理技術(shù)會(huì)不會(huì)沿襲離子交換、蒸發(fā)、鎳回收的路子？

1 電鍍中水回用

中水即再生水，是沿用日本的叫法，特指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，成為可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水?！爸兴币辉~何時(shí)應(yīng)用于電鍍行業(yè)有待考察，用詞和詞意是否合理也有待分析。本文的電鍍中水特指進(jìn)入廢水處理廠的電鍍廢水被處理至達(dá)標(biāo)排放后(包括傳統(tǒng)化學(xué)混凝、沉淀之后出水，也包括直接混凝微濾或超濾的水)，再經(jīng)適當(dāng)技術(shù)處理最終所得的滿足用水品質(zhì)的水。中水回用指廢水再生和回用的全過程。

中水回用率50%～90%的法規(guī)要求，意味著電鍍廢水再生和回用要直接用于電鍍生產(chǎn)線，從而明顯減少外部給水(包括自來水、地下水、地表水)。如果僅用作綠化、生活雜用水、冷卻塔等非電鍍生產(chǎn)線用水，意味著用水量較少，中水回用率較低。中水回用率為50%，電鍍企業(yè)的用水總量應(yīng)該減少50%。中水回用率需要以企業(yè)申報(bào)用水量指標(biāo)和實(shí)際用水量的縮減量來驗(yàn)證。

達(dá)標(biāo)排放的電鍍廢水可采用簡單的砂濾、微濾 (超濾)、消毒后用于沖廁，屬于低品質(zhì)回用；且因含鹽量較高，不能用于綠化和地面清洗。這種方式用水點(diǎn)分散、用水量較少，需要重新設(shè)置管道，24 h 供水，需要穩(wěn)壓給水裝置或高位水塔，運(yùn)行成本和投資費(fèi)用相對(duì)較高，操作復(fù)雜。

電鍍廢水經(jīng)反滲透膜處理后可回用于電鍍清洗或前處理清洗，屬于高品質(zhì)中水回用。電鍍清洗需要充分考慮回用水中的有機(jī)物、無機(jī)物、微生物等污染指標(biāo)，進(jìn)行全方位的用水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，防止污染物在鍍液間交叉污染。若回用水中含有機(jī)物，其用于六價(jià)鉻電鍍工藝前道工序的清洗時(shí)，可能影響鉻的利用率；若回用水中含少量硫離子(廢水處理中使用硫化鈉)，鍍酸銅的清洗就會(huì)存在問題。

2 電鍍中水回用實(shí)踐

2.1 中水再生工藝

電鍍中水回用工藝一般包括預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)和中水消毒系統(tǒng)三部分，預(yù)處理為砂濾、炭濾、微濾、精密濾、保安濾、超濾、納濾、正滲透等一種或數(shù)種的組合，反滲透淡水為回用水。有的回用工藝不使用炭濾或超濾，有的包含全部工藝組合，最簡單的組合為“砂濾─微濾─保安濾─反滲透”。為了保證電鍍用水安全，有的工藝還采用二級(jí)二段反滲透系統(tǒng)[2]。電鍍中水回用的核心是反滲透，預(yù)處理工藝是為了防止反滲透膜堵塞和損傷，延長清洗周期，具體使用何種預(yù)處理工藝或組合，需要根據(jù)水質(zhì)決定。

全套預(yù)處理組合，即“砂濾─炭濾─微濾─超濾─保安濾─反滲透”，無需考慮水質(zhì)和成本，至少需要四級(jí)泵水。達(dá)標(biāo)排放廢水經(jīng)提升泵泵入“砂濾─炭濾─微濾”系統(tǒng)，進(jìn)入儲(chǔ)水箱，然后泵入超濾系統(tǒng)，再泵入保安濾器，由高壓泵增壓后進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，反滲透淡水經(jīng)給水泵用于各用水點(diǎn)。如果采用多級(jí)反滲透，泵水次數(shù)更多。最簡單的組合，即“砂濾─微濾─反滲透”，也需要三級(jí)泵水，包括反滲透預(yù)處理給水、反滲透高壓給水以及回用給水。

以現(xiàn)有的自控技術(shù)，再復(fù)雜的給水系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。但過長的流程意味著投資和運(yùn)行成本增加，故障概率增大，操作繁雜。

引入中水回用系統(tǒng)后，需要根據(jù)中水回用率情況配套建設(shè)一套反滲透濃水處理系統(tǒng)。如果將濃水直接排入原廢水處理系統(tǒng)混合處理，會(huì)造成水量沖擊和污染物累積[3]。污染物累積速率與廢水污染物濃度、中水回用率、廢水處理使用藥劑等有關(guān)。電鍍企業(yè)是否有配套濃水處理系統(tǒng)是電鍍中水回用的驗(yàn)證指標(biāo)之一。

清潔生產(chǎn)越好的企業(yè)，用水量越少，廢水污染物濃度越高，物理化學(xué)處理法使用的化學(xué)試劑量就越大，廢水中溶解性固體濃度越高，氫氧化物沉淀顆粒較細(xì)，完全沉淀困難。同時(shí)，廢水含鹽量越高，廢水再生成本和難度就越大，反滲透系統(tǒng)運(yùn)行就越不穩(wěn)定，濃水就越難達(dá)標(biāo)排放，循環(huán)傳導(dǎo)影響中水回用和污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至可能影響電鍍生產(chǎn)線的給水。清潔生產(chǎn)如果出現(xiàn)重金屬離子濃度降低的情況，則有利于中水回用。

GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定了污染物排放限值：總鉻1.0 mg/L，總鎳0.5 mg/L，總銅0.5 mg/L，總鋅1.5 mg/L，CODCr80 mg/L。按此標(biāo)準(zhǔn)，假設(shè)中水回用率為50%，反滲透濃水污染物濃度增加1 倍，需要再處理方可達(dá)標(biāo)排放。用常規(guī)方法都難穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的企業(yè)，新增反滲透濃水后更難達(dá)標(biāo)。

線邊循環(huán)回用具有以下優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)水含鹽量較低、水質(zhì)穩(wěn)定簡單，對(duì)反滲透(或納濾)出水水質(zhì)要求不高，管路布置相對(duì)簡單，投資和運(yùn)行成本相對(duì)較低。新線設(shè)計(jì)中融合中水回用設(shè)施容易發(fā)揮反滲透的優(yōu)勢。良好的設(shè)計(jì)不僅能夠節(jié)水，而且能夠降低常規(guī)電鍍廢水處理設(shè)施的負(fù)荷，降低廢水處理成本。舊生產(chǎn)線改造往往缺乏空間。廢水處理設(shè)施前循環(huán)回用能夠減少廢水處理設(shè)施的水力負(fù)荷，降低廢水處理成本。

2.2 反滲透結(jié)垢

城市生活污水的中水回用過程中，為防止鈣鹽和碳酸鹽在再生水系統(tǒng)中結(jié)垢，需要將pH 調(diào)節(jié)為6.9 左右，反滲透出水pH 則可能更低，需再用堿調(diào)整[3]。電鍍中水回用系統(tǒng)的進(jìn)水一般是氫氧化物(或硫化物)沉淀并進(jìn)行酸回調(diào)pH 后的達(dá)標(biāo)排放水。為兼顧達(dá)標(biāo)排放和成本控制，進(jìn)水pH 一般大于7、接近9，反滲透膜容易結(jié)垢，中水pH 較高，影響回用。如果參照城市污水中水回用而使用較低的pH，可能需要增加pH 調(diào)整工序。

電鍍廢水含鹽量較高，鹽度約為2 600 mg/L，電導(dǎo)率在4 000 μS/cm 以上[2,4]。中水再生率在50%以上，反滲透濃水含鹽量大于5 000 mg/L。過高的鹽度可能會(huì)導(dǎo)致廢水在再生過程中生成硫酸鹽沉淀，含磷酸鹽的電鍍廢水還可能生成磷酸鹽沉淀。為了預(yù)防反滲透膜結(jié)垢，處理電鍍廢水時(shí)不得過量使用硫化鈉，避免使用石灰、鐵鹽、PAM(聚丙烯酰胺)、PAC(聚合氯化鋁)等。如此一來，廢水處理設(shè)施的重金屬離子去除率和沉淀效率都可能降低，加大了反滲透進(jìn)水的重金屬離子含量和反滲透濃水的處理難度。

電鍍中水回用系統(tǒng)的進(jìn)水水質(zhì)比城市污水處理廠的水質(zhì)復(fù)雜，可能需要更多的阻垢劑，各種藥劑用量很難低于大規(guī)模(7 000 m3/d)的城市污水處理廠中水回用系統(tǒng)的藥劑用量[3]。

間接排放的電鍍廢水處理一般不設(shè)生化處理系統(tǒng)，物化處理去除CODCr的效率有限。有的電鍍中水回用工藝使用活性炭吸附，由于鹽度、有機(jī)物性質(zhì)、金屬離子競爭性吸附等原因，活性炭吸附在電鍍中水回用工藝中的效率較低[5-6]。對(duì)于不使用活性炭吸附的中水再生工藝，微濾、超濾、反滲透可能需要經(jīng)常性反洗、藥洗。反滲透出水CODCr可能較高[3]，會(huì)影響中水回用。

電鍍廢水不采用生物處理，中水回用工藝中由于存在重金屬離子，產(chǎn)生微生物污染反滲透膜的可能性較小。如果采用生物處理之后再進(jìn)入反滲透，就存在生物污染的問題。

2.3 中水的污染物

中水回用受水質(zhì)和水量約束，而水質(zhì)是關(guān)鍵因素。電鍍行業(yè)涉及面廣，缺乏統(tǒng)一的中水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。電鍍企業(yè)清洗用水量最大，非電子電鍍的企業(yè)一般對(duì)清洗水水質(zhì)要求不高，自來水經(jīng)簡單的砂濾─炭濾處理后即可用于清洗。

一般自來水或地下水的有機(jī)物含量極低，在電鍍生產(chǎn)中無需考慮。電鍍中水回用時(shí)存在有機(jī)物污染問題，許多中水回用工藝一般采用活性炭和反滲透組合去除COD。但是可生化、分子量小、親水性的有機(jī)物用活性炭無法去除[5-6]，其能夠透過反滲透膜，使反滲透淡水中含有少量COD[2,4]。專業(yè)操作的污水處理廠的反滲透淡水CODCr＜15 mg/L，BOD5＜3 mg/L[3]。非專業(yè)操作的電鍍中水經(jīng)兩段兩級(jí)反滲透處理，反滲透淡水CODCr＜20 mg/L[4]，有些低至2 mg/L[2]。

電鍍過程因電流通過或槽液維護(hù)中使用氧化劑，一些有機(jī)添加劑會(huì)被分解為低分子有機(jī)物。廢水處理需要氧化、還原等預(yù)處理，或通過氧化破絡(luò)避免配位劑影響沉淀。達(dá)標(biāo)排放廢水含有大量低分子有機(jī)物，采用活性炭吸附法的去除率較低[6]，可透過反滲透進(jìn)入中水，影響回用。氧化劑用量越多，低分子有機(jī)物就越多，活性炭和反滲透的去除效果就越差。

經(jīng)過反滲透處理的回用水，無機(jī)物含量一般較低，電導(dǎo)率小于200 μS/cm[4]，重金屬未檢出[2,4]，能夠滿足電鍍清洗水使用。廢水再生可除去磷，但無法脫氮[2]，可能存在氨氮的污染。中水由于含少量可生化的有機(jī)物，在儲(chǔ)水、供水和用水過程中容易發(fā)生微生物污染。

給水水質(zhì)較差的情況下，清潔生產(chǎn)很難進(jìn)行。給水水質(zhì)穩(wěn)定、純凈才能使清潔生產(chǎn)技術(shù)和工具得到發(fā)揮。給水水質(zhì)波動(dòng)影響是全方位的，涉及槽液維護(hù)、金屬回收、用水縮減、污水處理、中水回用等方方面面。許多電鍍企業(yè)在給水中很少使用反滲透而在中水回用中大量使用，這種做法值得反思。

2.4 中水回用對(duì)生產(chǎn)操作的影響

電鍍中水回用使用反滲透技術(shù)，回用水引發(fā)的無機(jī)物交叉污染可能性較小，但存在有機(jī)物、氨氮污染引發(fā)交叉污染的可能性，尤其可能對(duì)鎳回收閉路循環(huán)和六價(jià)鉻電鍍工藝產(chǎn)生潛在的影響。

中水回用可能會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)，還可能影響電鍍生產(chǎn)線的給水系統(tǒng)。隨著管理制度和技術(shù)的變革，電鍍生產(chǎn)線一般存在3 個(gè)層次供水：正常生產(chǎn)給水，在線循環(huán)給水(如鎳回收)，中水回用給水。3 個(gè)層次的給水系統(tǒng)可能會(huì)導(dǎo)致操作困難和用水控制困難。如果把回用水與原供水管網(wǎng)合并，則會(huì)增加不穩(wěn)定因素，產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 反滲透濃水達(dá)標(biāo)排放

反滲透濃水直接排入原廢水處理系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致廢水中溶解性有機(jī)物和無機(jī)物累積，影響化學(xué)沉淀效果和反滲透進(jìn)水水質(zhì)。設(shè)置獨(dú)立的反滲透濃水處理系統(tǒng)，需要酸化、氧化破絡(luò)、調(diào)節(jié)pH，加入硫化鈉、重金屬捕捉劑等，才能保證重金屬離子和CODCr達(dá)到排放的標(biāo)準(zhǔn)[7]。

中水回用率越高，反滲透濃水水量越少而鹽度越高，水量對(duì)原廢水處理設(shè)施的影響越小，但鹽度對(duì)反滲透系統(tǒng)和原廢水處理設(shè)施的影響越大，二者很難相容。引入反滲透中水回用，一般需要單獨(dú)的濃水處理系統(tǒng)，以除去濃水中的重金屬污染物，使廢水達(dá)標(biāo)排放，避免其干擾原廢水處理設(shè)施和造成雜質(zhì)累積。

2.6 中水回用成本

以30 m3/h 純水再生為例(進(jìn)水60 m3/h，純水30 m3/h，濃水30 m3/h，回用率50%)，分析電鍍廢水反滲透再生的各種工藝成本，包括反滲透電耗、反滲透膜折舊、藥劑費(fèi)用、濃水處理、炭過濾等。

(1) 反滲透電耗主要為高壓泵，每m3中水的電耗約1.5 kW·h，電價(jià)按0.8 元/(kW·h)計(jì)算，每m3純水的電費(fèi)約2.4 元[2]；每m3純水的膜折舊費(fèi)約0.63 元(0.41/0.65)[3]；每m3再生水的藥劑費(fèi)用不低于0.8 元[3-4]。此項(xiàng)合計(jì)每m3純水3.83 元。

(2) 根據(jù)羅偉鋒[7]的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù)推測濃水處理成本：硫化鈉50 mg/L(每m3濃水約0.5 元)，重金屬捕捉劑10 mg/L(每m3濃水約0.3 元)，雙氧水3‰(文獻(xiàn)[7]為體積分?jǐn)?shù)30%的雙氧水，市場上27.5%雙氧水的價(jià)格是650～850 元/t，假設(shè)每m3濃水為2 元)；pH調(diào)節(jié)至4后再調(diào)整至7達(dá)標(biāo)排放(每m3濃水約0.05元)；設(shè)備折舊按照文獻(xiàn)[2]的投資費(fèi)用20年折舊推算，每m3廢水約0.42 元。此項(xiàng)合計(jì)每m3濃水3.27 元。

(3) 若再生水流程中有活性炭吸附但無活性炭再生工序，則活性炭成本可根據(jù)李平等[8]的吸附等溫方程q = 2.76C0.469(其中q 表示單位質(zhì)量活性炭可吸附有機(jī)物的量，單位mg/g；C 表示振蕩吸附飽和后濾液的CODCr值，單位mg/L)并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來估算，假設(shè)顆?；钚蕴繉?duì)CODCr的吸附量為10%，則再生噸廢水(CODCr= 50 mg/L)顆粒活性炭耗量約1 kg，成本3～10 元。

以上3 項(xiàng)，不使用活性炭吸附，噸再生水成本不低于7.1 元；使用活性炭吸附，成本可能不低于10 元?？紤]原電鍍廢水處理的噸成本為6～12 元/ m3，所以電鍍廢水處理及中水再生成本非常高。

3 結(jié)論

電鍍企業(yè)反滲透中水回用不管采用何種預(yù)處理工藝，其成本都很高。中水回用系統(tǒng)是否正常運(yùn)行可由2 個(gè)指標(biāo)驗(yàn)證，即總用水量和反滲透濃水處理設(shè)施。許多電鍍企業(yè)在給水中不使用反滲透制純水，卻大量投入中水的反滲透再生，這種做法值得思考。不計(jì)成本的電鍍廢水治理，大量投藥，大量投入設(shè)施，可能會(huì)越治越污。

電鍍中水回用需要兩級(jí)多段反滲透，才可能保證CODCr滿足用水需求。一級(jí)一段反滲透淡水無機(jī)鹽影響不大，但存在有機(jī)物交叉污染的可能。中水回用系統(tǒng)投入使用后，電鍍生產(chǎn)線給水可能有3 套系統(tǒng)，即正常給水系統(tǒng)，在線水回用系統(tǒng)，中水回用系統(tǒng)，需要綜合考慮操作效率和沉沒成本，甚至需要重新設(shè)計(jì)給水。

電鍍企業(yè)面臨濃度控制、總量控制、清潔生產(chǎn)、中水回用等指標(biāo)壓力，投資需謹(jǐn)慎，避免中水回用投資成為擺設(shè)。地方行政部門不應(yīng)該強(qiáng)制全部企業(yè)廢水處理后回用，應(yīng)該鼓勵(lì)“有條件的企業(yè)，廢水處理后應(yīng)回用”或在缺水地區(qū)強(qiáng)制性規(guī)定中水回用率，非缺水地區(qū)則鼓勵(lì)中水回用。

電鍍中水回用的可變成本等于水價(jià)是理性企業(yè)選擇回用的均衡點(diǎn)，超過當(dāng)?shù)厮畠r(jià)對(duì)企業(yè)中水再生和回用可能是負(fù)激勵(lì)，低于水價(jià)則可能是正激勵(lì)。

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