去除電鍍廢水中高鹽成分的水處理技術(shù)

＊徐健元

（南平市建陽(yáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合執(zhí)法大隊(duì) 福建 353000）

引言

電鍍廢水除含有酸堿外，還含有鉻、鎘、鎳、鋅、金、銀、銅等重金屬污染物，這些污染物會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害。電鍍廢水的治理已受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，研發(fā)了各種治理技術(shù)來(lái)消減污染物的排放。目前電鍍廢水治理已經(jīng)進(jìn)入總量控制、綜合防治和資源回用階段[1]。

然而環(huán)境監(jiān)管過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，提高電鍍廢水回用率，當(dāng)污水處理沒(méi)有去除廢水中的全鹽量工藝時(shí)，會(huì)提高廢水中的鹽分含量和電導(dǎo)率，造成膜系統(tǒng)容易污堵，提高了運(yùn)行成本，還會(huì)影響污水處理系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.常用的電鍍廢水處理技術(shù)

電鍍廢水處理技術(shù)總的來(lái)講可分化學(xué)處理法、物化處理法、電化學(xué)處理法和生物處理法等四類。由于電鍍廢水種類繁多，單一的處理方法很難達(dá)到理想的處理效果，因此在實(shí)際運(yùn)用中，通常是上述幾種方法的合理搭配，相互補(bǔ)充、綜合防治，以達(dá)到最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果[2]。

2.常用電鍍廢水處理工藝中存在的問(wèn)題

以福建南平某規(guī)模電鍍企業(yè)電鍍廢水處理技術(shù)為例，項(xiàng)目現(xiàn)有電鍍廢水分流分質(zhì)處理，全廠排放的電鍍廢水分為含油廢水、酸堿綜合廢水、含磷廢水及含鉻廢水4股。污水處理工藝采用“化學(xué)還原+化學(xué)沉淀+RO膜系統(tǒng)過(guò)濾”處理含鉻廢水，采用“化學(xué)沉淀+RO膜系統(tǒng)過(guò)濾”處理酸堿綜合廢水、含油廢水、含磷廢水，廢水經(jīng)RO膜系統(tǒng)過(guò)濾處理后清水回用于生產(chǎn)，濃水返回至調(diào)節(jié)池，不排放。

根據(jù)表1福建南平某規(guī)模電鍍企業(yè)現(xiàn)狀污水處理站出水情況一覽表數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各污染物去除效率較低，且全鹽量與電導(dǎo)率較高，水質(zhì)達(dá)不到生產(chǎn)用水回用要求。其原因主要為污水處理站工藝中無(wú)去除全鹽量工藝，且廢水循環(huán)使用不外排，形成高鹽廢水。

高鹽廢水會(huì)加劇對(duì)膜系統(tǒng)的污染，造成膜系統(tǒng)的污堵頻繁，不僅運(yùn)行成本提高，還會(huì)影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。如果高鹽廢水排入自然環(huán)境，將會(huì)直接導(dǎo)致江河水質(zhì)礦化度提高[3]，破壞納污水體的水微生物生長(zhǎng)環(huán)境，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)的自凈作用。因此采取措施去除電鍍廢水中高鹽成分勢(shì)在必行。

表1 福建南平某規(guī)模電鍍企業(yè)現(xiàn)狀污水處理站出水情況一覽表（單位：mg/L）

3.去除電鍍廢水中高鹽成分的水處理技術(shù)

高鹽廢水治理技術(shù)目前主要有蒸發(fā)塘處理法、膜處理法、電滲析法和熱蒸發(fā)處理法等。

蒸發(fā)塘處理法是利用適合的氣候條件，將高鹽廢水自然蒸發(fā)，最終在蒸發(fā)池底部形成結(jié)晶鹽的一種技術(shù)方法，這種方法受氣候條件限制，比較適用于陽(yáng)光充足、氣候干燥的北方地區(qū)[4]。

膜處理法的工作原理為在外力的作用下，廢水中的小分子物質(zhì)通過(guò)多孔膜到另一側(cè)，大分子物質(zhì)被截留，從而將廢水中的物質(zhì)分離出來(lái)。

電滲析法是利用高鹽廢水的高導(dǎo)電性能，在陽(yáng)極和陰間產(chǎn)生強(qiáng)電流，使廢水中的鹽分及有害物質(zhì)分別在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)，在陰極發(fā)生還原反應(yīng)，從而去除廢水中污染物的一種技術(shù)。

熱蒸發(fā)處理法是將高鹽廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理、熱蒸發(fā)、結(jié)晶等工藝進(jìn)行處理，提高廢水的回收利用率，并對(duì)結(jié)晶鹽進(jìn)行無(wú)害化和資源化處理的一種廢水處理技術(shù)。

福建南平某規(guī)模電鍍企業(yè)電鍍廢水處理技術(shù)因缺少脫鹽工藝，且采用生產(chǎn)用水全部回用的方法實(shí)現(xiàn)零排放，造成膜系統(tǒng)的污堵頻繁，不僅運(yùn)行成本提高，同時(shí)回用的水質(zhì)達(dá)不到生產(chǎn)用水要求。根據(jù)該公司現(xiàn)有電鍍廢水處理工藝，針對(duì)高鹽問(wèn)題增加除鹽工藝，可解決該公司現(xiàn)階段面臨問(wèn)題。福建氣候條件不適合蒸發(fā)塘處理法的使用，電滲析法則運(yùn)營(yíng)成本高，結(jié)合該公司現(xiàn)階段已經(jīng)采用的RO膜處理工藝，建議對(duì)污水處理設(shè)施進(jìn)行提升改造，增加熱蒸發(fā)處理，解決膜處理后濃水進(jìn)入生產(chǎn)用水循環(huán)導(dǎo)致全鹽量高的問(wèn)題。由于蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中有機(jī)物含量不能太高，因此首先要將有機(jī)物與鹽類物質(zhì)做分離處理。廢水經(jīng)過(guò)化學(xué)還原、化學(xué)沉淀、除去大部分的有機(jī)物與SS，再用RO膜系統(tǒng)過(guò)濾分離水中不同的鹽類物質(zhì)。RO膜過(guò)濾的濃水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶單元，冷凝水回用，剩余濃液作為危廢委托處置。這樣的工藝組合可以大大減少需要處理的水量，建設(shè)的熱蒸發(fā)處理設(shè)施可以適當(dāng)縮小，同時(shí)經(jīng)前處理的污水水質(zhì)有所提升，可減少蒸汽的消耗量，降低日常運(yùn)行費(fèi)用。采用膜處理技術(shù)與熱蒸發(fā)處理法技術(shù)協(xié)作的方式，處理效果會(huì)得到顯而易見(jiàn)的提高。

4.去除電鍍廢水中高鹽成分的水處理技術(shù)的工藝流程分析

（1）含鉻廢水。電鍍廢水中的Cr主要為Cr6+，Cr6+的氧化性較強(qiáng)，其不僅不能與任何物質(zhì)反應(yīng)或共聚沉淀去除，還會(huì)對(duì)膜產(chǎn)生致命的損傷，因此需向廢水中投加還原劑將Cr6+還原成微毒的Cr3+[5]，并進(jìn)行一定去除后，才能進(jìn)入中水回收系統(tǒng)。

含鉻廢水由污水管道引至鉻調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)污水的水質(zhì)和水量，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量后的含鉻廢水通過(guò)耐腐泵抽到鉻反應(yīng)池進(jìn)行處理，通過(guò)pH自動(dòng)控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)污水的pH在2.5～3.0范圍內(nèi)，投加還原劑將含鉻廢水中的六價(jià)鉻離子還原成三價(jià)鉻離子。以焦亞硫酸鈉作為還原劑，技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、處理效果好，Cr6+被還原成Cr3+的反應(yīng)如下：

經(jīng)過(guò)鉻反應(yīng)池處理后的污水自動(dòng)泵抽到鉻pH調(diào)節(jié)池加堿，通過(guò)pH自動(dòng)控制器自動(dòng)控制廢水的酸堿度到8.0～9.0，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)pH后，污水中的三價(jià)鉻離子與堿反應(yīng)生產(chǎn)難溶性的氫氧化物沉淀，然后在鉻混凝池和鉻絮凝池分別再投加混凝劑和助凝劑。反應(yīng)如下：

再利用鉻斜管沉淀池的重力作用使絮凝體與水分離。鉻斜管沉淀池的上層清水自流至鉻清水池，鉻清水池設(shè)置有1臺(tái)抽水泵可以抽清水送入RO膜系統(tǒng)進(jìn)行處理，RO膜系統(tǒng)清水返回車間使用，過(guò)濾濃水回鉻調(diào)節(jié)池再次處理。鉻斜管沉淀池的剩余污泥排入鉻污泥濃縮池，濃縮污泥用氣功隔膜泵抽至壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水干化處理，濃縮池上清液、壓濾機(jī)殘液回流至鉻調(diào)節(jié)池再次處理。

（2）含油廢水、含磷廢水、酸堿綜合廢水。含油廢水經(jīng)隔油預(yù)處理、含磷廢水經(jīng)磷化廢水反應(yīng)池預(yù)處理，最終3股廢水均匯入綜合廢水調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)廢水的水質(zhì)和水量，再通過(guò)耐腐泵抽到中和反應(yīng)池調(diào)節(jié)pH值至8.5左右，然后再經(jīng)混凝池、絮凝池、斜管沉淀池處理，斜管沉淀池的上層清水自流至清水池，清水池設(shè)置有1臺(tái)抽水泵可以抽清水送入RO膜系統(tǒng)進(jìn)行處理，RO膜系統(tǒng)清水返回車間使用，現(xiàn)有工程過(guò)濾濃水回綜合廢水調(diào)節(jié)池再次處理。斜管沉淀池的剩余污泥排入污泥濃縮池，濃縮污泥脫水干化處理，上清液回流至綜合廢水調(diào)節(jié)池再次處理。

（3）RO膜系統(tǒng)。RO膜系統(tǒng)共5道過(guò)濾，依次分別為砂石過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、保安過(guò)濾器、超濾、離子膜過(guò)濾，其中砂石過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、保安過(guò)濾器不產(chǎn)生濃水，廢水經(jīng)3道過(guò)濾后進(jìn)入超濾，超濾產(chǎn)生30%濃水、剩余70%清水進(jìn)入離子膜過(guò)濾，離子膜過(guò)濾產(chǎn)生30%濃水、剩余70%清水回用至車間，現(xiàn)有污水處理方案超濾濃液、離子膜過(guò)濾濃液均返回至調(diào)節(jié)池。

（4）擬改進(jìn)方案。擬將RO膜系統(tǒng)過(guò)濾濃水經(jīng)蒸發(fā)分離器處理后冷凝水回用至車間，剩余濃液作為危廢委托處置。

圖1 改進(jìn)后項(xiàng)目廢水處理工藝流程圖

（5）蒸發(fā)分離器的選取。常用的蒸發(fā)器有多效蒸發(fā)器和機(jī)械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（即MVR技術(shù)）。

多效蒸發(fā)器即采用多個(gè)蒸發(fā)器串聯(lián)，蒸發(fā)高鹽廢水的技術(shù),后一個(gè)蒸發(fā)器的熱源使用前一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽,通過(guò)冷凝形成淡水。多效蒸發(fā)器具有對(duì)材料要求低、傳熱效率高以及節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，但設(shè)備體積大、成本投入高且設(shè)備易結(jié)垢和腐蝕[6]。

表2 MVR蒸發(fā)和三效蒸的運(yùn)行成本比較

機(jī)械式蒸汽再壓縮蒸發(fā)器的工作原理是利用蒸汽壓縮機(jī)對(duì)二次蒸汽進(jìn)行壓縮并導(dǎo)回原系統(tǒng)的熱循環(huán)過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高鹽廢水的處理。這種蒸發(fā)器依靠自循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)濃縮的目的，在使用的時(shí)候只需要輸入很少量的新鮮蒸汽，具有熱效率高的特點(diǎn)。據(jù)研究，MVR能耗相當(dāng)于5～10效蒸發(fā)器的熱效率。席浩君等[7]使用這種方法實(shí)現(xiàn)了高鹽廢水回收的蒸發(fā)脫鹽，可產(chǎn)生95%純度以上的氯化鈉鹽和硫酸鈉鹽，實(shí)現(xiàn)鹽資源的回收利用。根據(jù)葛曉青對(duì)MVR蒸發(fā)和三效蒸的運(yùn)行成本比較，MVR蒸發(fā)器每噸水處理成本僅為傳統(tǒng)三效蒸發(fā)器的1/4[8]。

以福建南平某規(guī)模電鍍企業(yè)為例，含鉻廢水產(chǎn)生量為3.6t/d，綜合廢水（酸堿綜合廢水、含油廢水、含磷廢水）產(chǎn)生量為26.4t/d，采用MVR蒸發(fā)器比三效蒸發(fā)器每年可節(jié)省的費(fèi)用為：

87（元/噸）×30（噸/天）×300天－25.6（元/噸）×30（噸/天）×300天＝55.26萬(wàn)元。

5.結(jié)論及展望

電鍍廢水成分復(fù)雜，對(duì)環(huán)境影響較大，根據(jù)環(huán)境管理要求，企業(yè)需要尋求一種節(jié)能減排的清潔生產(chǎn)技術(shù)，提高電鍍廢水回用率，同時(shí)節(jié)約處理成本。通過(guò)在電鍍廢水污染治理設(shè)施末端增加去除廢水中的高鹽成分的MVR技術(shù)，可在保留項(xiàng)目原有污水處理設(shè)施的同時(shí)實(shí)現(xiàn)電鍍廢水除鹽，提升回用水水質(zhì)，避免因鹽分高造成RO膜污堵問(wèn)題。通過(guò)MVR蒸發(fā)脫鹽，得到純度較高的氯化鈉鹽和硫酸鈉鹽，可實(shí)現(xiàn)電鍍廢水資源化利用，節(jié)約處理成本。

隨著電鍍廢水資源化利用工藝日漸成熟，為鼓勵(lì)和促進(jìn)電鍍廢水結(jié)晶鹽的資源化利用，建議有關(guān)部門出臺(tái)相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)，為電鍍廢水結(jié)晶鹽作為副產(chǎn)品的應(yīng)用和銷售提供依據(jù)。