电镀废水多组分污染物组合控制技术浅析

摘要：本文在介绍电镀废水主要来源及特征的基础上，针对电镀废水中常见多组分污染物探讨组合控制技术措施，为电镀工业项目废水治理及其他相关环保工作提供参考。通过将传统的化学或物理方法与新型的膜透析、离子交换或膜生物反应进行合理搭配，在提高电镀废水中各类污染物出水指标并达到资源回收目的的同时，进一步解决了设备维护难度大与保养成本高的问题。

电镀工业在现代工业中有广泛且重要的应用，对于我国经济社会发展起着不可或缺的作用。与此同时，电镀也是一个高污染行业，在我国每年可排放约40亿立方米的废水、5亿吨固体废物和3000万立方米酸性气体，其中约有50%以上未达到国家污染物排放标准[1]。在电镀工序中，由于本身大量消耗各种原辅材料以及新鲜用水，产生的电镀废水中伴随着大量氰、锌、铬、酸碱等污染物。这些未经处理的废水一但进入自然环境，将会给当地生态及人体健康带来严重危害[2]。

我国电镀企业由于存在布局分散的特点，污染源亦较为分散，且存在清洁生产工艺技术水平不高、自动化专业化程度低、污染防治水平及有效治理率低等一系列问题。同时，在工艺生产过程中，由于镀种的丰富多样，涉及具体工艺环节也不尽相同，势必导致多种污染物复合排放的问题，例如不同浓度的有机氰化有机污染物与重金属离子共存排放的情况[3]。针对电镀废水的污染特点，《电镀废水治理工程技术规范》（HJ 2002-2010）强调电镀废水需分类收集、分质处理。“十二五”期间，电镀行业的清洁有序发展为我国超额完成重金属减排总额目标做出了突出贡献。“十三五”中明确提出：以钢铁、水泥、石化、有色金属、玻璃、燃煤锅炉、造纸、印染、化工、焦化、氮肥、农副食品加工、原料药制造、制革、农药、电镀等行业为重点，推进行业达标排放改造。新形势下，为了进一步响应国家号召，本次文章在系统识别电镀行业复合污染成因与治理思路的基础上，提出更为行之有效的整体解决方案。

1. 电镀废水的来源及特征

由于电镀工业需要消耗大量用水，绝大部分工艺都以水作为溶剂，其废水来源大致作如下分类：（1）电镀生产过程中的镀件漂洗废水是电镀废水的主要来源之一，约占车间废水排放量的80%以上，此过程中可产生多种重金属离子、有机活性剂、稳定剂等无机有机污染物。（2）在镀液过滤过程中，残余镀液、失效或变质的废镀液、清洗镀槽产生的含高浓度污染物的废水，此部分废水虽然量较小，但各种污染物浓度高，一般需进行单独处理。（3）化验用水主要包括电镀工艺分析和废水、废气检测等化验分析用水，其水量不大，但成分较复杂，一般排入电镀混合废水系统进行统一处理后排放。（4）其他杂用水，如冲洗机械设备、车间地面等产生的废水[4]。

电镀行业虽然种类繁多工艺复杂，不同企业的电镀废水水质相差较大，但共同特征是均含有大量的重金属离子、酸、碱等污染物。常见的重金属离子污染物包括铬、铜、镍、锌、金、银以及铅等，常见的酸、碱类污染物包括硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氧化钠、碳酸钠等，此外废水中还含有一定量的有机物、氨氮等[5]。因此，针对不同类型的特征污染物，一般也将电镀废水进一步划分为：（1）高COD浓度废水；（2）含氰废水；（3）含重金属离子废水；（4）同时混合了多种污染物的综合废水。考虑电镀废水污染物的多样性，分质处理显得尤为重要，这是由于电镀废水产生过程中伴随生成的各类有机物或氨氮，可能与重金属离子发生相互作用，导致废水混合后处理难度大大增加。譬如，镀镍废水必须与含氰废水分开处理，因为镍和氰化物会形成氰化镍，氰化镍属于比较稳定的及难处理的化合物；镀铜工序中，焦磷酸盐镀铜法产生的废水一般含有氨，也需与其他含金属离子废水分开处理，否则将生成金属络合物，使金属离子难以去除[6,7]。

2.1 电镀废水主要处理方法

长期以来电镀行业废水的处理主要立足于重金属的无害化控制与有机质的降解。大致可分为化学法，物理化学法，生物化学法[8,9]。其中化学沉淀法应用最为广泛，主要是因其具有投资较少、工艺相对简单等一系列优点。然而该方法受影响因素较多，比如废水水质的波动、沉淀时间长短、搅拌条件、管理水平等，都会导致出水水质不够稳定，且沉淀物的分离以及污泥的二次污染都不容忽视。物理法则是通过在不改变物质化学性质情况下，根据物理性质的不同将污染物从体系中分离去除，一般常用于水中悬浮态污染物或重金属离子的分离、去除或浓缩收集，主要有吸附法、蒸发浓缩法及膜分离法等。生物化学处理法通过微生物的代谢活动降解、吸附去除水中有机或无机污染物，有着处理成本低，环境效益好，污泥较少且无二次污染的优点，有着广阔的应用前景[10]。

总体而言，不同的污水处理方法适用性不同，过于依赖单一的处理方法很难使电镀废水处理后达标排放；因此，如何在众多的处理工艺中，筛选得到处理效果好、经济成本低、操作简单、不产生二次污染，并易于实现工业化的处理工艺是今后电镀废水处理技术发展的趋势。为实现这一目标，将两种或几种优势工艺有效组合，是目前电镀废水处理技术研究的主要内容和方向，如离子交换-电沉积联用法、化学法-膜分离技术、生物膜-电解法、生物法-膜分离技术等。

2.2 基于膜分离技术的组合控制方法

膜分离技术是利用膜的选择透过性实现物质分离的手段，主要包括微滤、纳滤、超滤法、反渗透、电渗析、扩散渗析等[11]。采用膜分离法处理电镀废水处理，尤其是处理镀铜、镀锌、镀镍废水，处理效率高且工艺操作简单，同时易于实现金属的回收，无任何二次污染。该技术也存在缺点，如膜易因堵塞而使用寿命缩短，单独使用膜分离法投资费用较高。因此，通常需要在膜透析工艺之前，组合相应工艺使其净化效果最大化，延长膜使用寿命。云南某厂电镀车间[12]引入TiO2光催化对废水进行处理，成功降低预处理废水COD 75%以上，从而降低其超滤以及反渗透的运行负荷，延长膜清洗周期及使用寿命，水回用率可提高至85%。白心平[13]将纳滤系统嵌入化学沉淀池中，实现膜透析与化学沉淀的交互循环，能够更有效地除去溶液中各类阳离子和重金属离子。

2.3 基于离子交换的组合控制方法

离子交换法是采用以高分子树脂为主的离子交换剂与溶液中的物质发生离子交换的可逆反应[14]。离子交换法适用于许多污染物浓度较低的电镀废水，具有能耗低，化学试剂使用少，无污泥产生，处理效果好等优点，但运行费用较高，设备需要维护，且树脂易被污染。通过将离子交换与其他技术联用，可进一步提高清洁生产水平，改善出水水质。张惠灵[15]采用R32型离子树脂吸附含有铜离子的电镀废液，处理后高浓度的解吸液进入电解池通过电解实现铜的回收利用，纯度高达99.7%。联用电解法的优势在于减少了处理过程中设备运行的经济损失，降低了水资源的消耗和对环境的影响。此外，也可以将离子交换法与膜透析技术联用，发挥其对离子型污染物的去除优势；刘国昌[16]通过耦合离子交换与纳滤技术，成功将Cr（VI）与Cl-分离并浓缩至3200 mg/L，大大提高铬的回收效率。

2.4 基于生物膜反应的组合控制方法

生物膜处理法是生物法的一种。目前而言，电镀废水中污染物的重金属毒害作用是限制生物处理法的最关键问题之一[17]，如何降低重金属毒性对微生物生命活动的影响日益受到人们的关注。膜生物反应器（Membrane Bio-Reactor，MBR）是将生物处理技术与膜分离技术有机结合的新型水处理技术[18]。废水中污染物的去除主要通过微生物的代谢活动，联合膜组件的高效分离作用使废水处理效率得到加强。目前，制约其广泛应用的主要因素是膜污染速度快、更换和清洗成本高等问题。刘星[19]通过添加生物膜水解反应器强化MBR处理工艺，在高浓度重金属情况下，可提高COD去除率。韩立明[20]在MBR反应器中投加悬浮生物载体构成复合式MBR工艺（Hybrid MBR）；与普通MBR工艺作对比发现，由于悬浮填料的投加改变了反应器中生物相的丰度占比，为微生物提供了更多样化的生存环境，从而更有效的富集了铜、镍和铬等重金属，COD、氨氮、总氮等污染物平均去除效率也达到了94.4%、74.8%、51.0%。

3.总结

对于电镀废水中不同浓度，不同种类的多组分污染物而言，应根据污染物产生之间的相互作用，从废物资源化的角度组合出最合适、最高效的控制技术手段。如此，既实现了各工艺之间的扬长避短，也降低了设备的维护保养难度，从而促进整个电镀行业的清洁生产。

END

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