高新技术电镀废水处理技术突破———膜技术治理电镀废水实现零排放
卢月红1陈彩平2
(1、嘉兴市循环经济研究院，浙江嘉兴3140002、嘉兴职业技术学院，浙江嘉兴314000)
摘要：高分子薄膜分离技术具有低能耗、无相变、无污染，且分离效率、浓缩倍数高等优点，我们利用它成功地开发出电镀废水零排放系统并实现重金属回收再用。该系统采用二级膜分离技术，来实现分离、浓缩电镀器件漂洗水。设计浓缩倍数为100倍，处理流量为500m3/H(r25℃)。被膜分离后的浓缩液经过特殊研制的萃取剂，将浓缩的重金属自动萃取回到电解槽再用。本装置适合各类电镀系统，处理后电镀废水污染物含量优于国家最新《电镀污染物排放标准》GB21900-2008。膜集成技术用于电镀废水资源化不仅不会造成二次污染，而且还回收了废水中的有害重金属，变害为宝，使水资源得到再利用，从而推动我国电镀工业的持续发展。一年多使用证明，本装置不仅由于实现电镀废水处理的零排放和回收再利用重金属取得巨大经济、社会效益，也为在两年过渡期内全国所有电镀企业达标作出应有贡献。
关键词：薄膜分离技术;萃取剂;重金属回用;污染零排放
1电镀企业污染零排放和重金属回收再用
电镀是当今全球三大污染工业之一。据不完全统计，全国电镀行业每年排出的电镀废水约有40亿立方米，相当于几个大中城市的自来水供水量，严重加剧水资源的短缺。电镀用水量大、电镀漂洗水严重污染，导致了电镀工业无法持续发展。
电镀生产过程产生各种漂洗废水和废液，成为环境污染的主要来源。电镀行业中，常用的镀种有镀镍、镀铜、镀铬、镀锌、镀镉镀铅、镀银、镀金和镀锡。以铬电镀工艺为例，电镀生产工艺流程为：碱洗(洗油污)→清洗→酸洗(除氧化皮)→清洗→镀镍(第一层)→回收(回收带出镀液)→清洗→镀铬→(回收带出镀液)→铬还原→中和→清洗→滚洗→烘干→成品。
电镀工艺流程中有多次清洗、碱洗、酸洗、滚洗等产生大量清洗水，因此电镀废水的主要污染因子是铬、镍锌、铜等重金属离子、氰化物和COD等。这些污染物有的毒性较大，有些还含致癌、致畸致突变的剧毒物质，对人类危害极大。必须经过强化化学方法处理，通过氧化破氰、还原除铬、中和反应、混凝沉淀等工艺消除污染，并通过精密过滤彻底去除污染因子。
据统计，全国27条主要河流，大多数被严重污染，其中部分重金属污染的元凶就是电镀废水和废液。由于重金属不能被任何手段分解和破坏，只能转变其物理和化学形态如离子态的重金属经化学处理可能变成固态的重金属污泥，如果这种含有重金属的污泥处置不当，通过土壤、空气和水的作用，重金属有可能重新以离子态进入环境，并通过食物链危害人体健康。进入人体的重金属经过不断累积，轻者造成慢性中毒，重者将导致死亡。目前这种由电镀废水和废液导致的重金属污染已经严重威胁到饮用水源等环境保护的敏感区域。
嘉兴市循环经济研究院以积极开展循环经济为己任，早就开展以我为组长的《电镀废水零排放技术》项目开发，经过3年多研究，终于在2008年完成研究，并进行小批量生产提供浙江地区30多家电镀企业使用，获得非常满意的市场效应。处理后的废水完全优于《电镀污染物排放标准》GB21900-2008标准，并实现废水循环使用、零排放，其中回收的重金属不仅避免对环境污染，而且可以回收利用，经济、社会效益明显。
2电镀废水零排放处理和重金属回收再用装置
2.1基本原理和主要技术特色
本装置通过超滤、反渗透法膜集成技术和离子交换法，分离、浓缩电镀废水重金属离子，再使用特殊研制萃取剂萃取浓缩的重金属离子，并自动重新应用于电镀槽。超滤是一个以压力差为推动力的膜分离过程，是一种筛孔分离过程。
被处理废水在压差的推动下，达到分离与浓缩的目的。超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料，以后还用聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、氯乙烯醇等以及无机膜材料。膜的孔径大约0.002～0.1μm,截留分子量大约为500～500000。其操作压力在0.07-0.7MPa左右。反渗透技术是20世纪60年代发展起来的一项膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。
萃取剂选择为了能将浓缩后重金属萃取送回到电镀槽，我们特别研制用于电镀液的重金属萃取剂。我们选择常用三种金属萃取剂EDTA、HNO3和CaCl2，在一定的萃取条件下，研究不同的萃取剂对重金属、Zn、Cu和Cd的萃取效率及萃取前后的金属形态变化特征。发现三种萃取剂的萃取效率依次为EDTA>HNO3>CaCl2。其中较好萃取剂--ED-TA不仅能萃取酸溶解态的金属，还能萃取部分铁-锰氧化物结合态、硫化物及有机结合态和残渣态的金属。为了获得更佳萃取剂，我们选用多元回归分析这三种萃取剂不同量组合，找出复合萃取剂的最佳组成。我们自己特有萃取剂就保证装置性能和我们设备品牌效益。
本工艺技术创新之处在于首次将超滤技术和反渗透技术有机地组合起来治理电镀废水，利用超滤除去废水的部分一价盐，并对金属离子进行预浓缩，经滤预浓缩后的含金属料液再经反渗透浓缩后由萃取剂直接送回电镀槽，超滤透过液做工艺水回用。本工艺充分发挥了超滤技术和反渗透技术的特长。
因此，膜集成技术用于电镀废水资源化不仅不会造成二次污染，而且还回收了废水中的有害重金属，变害为宝，使水资源得到再利用，从而推动我国电镀工业的持续发展。
2.2技术流程
电镀后的镀件先进入回收槽，再经过两个溢流漂洗水槽回收槽的漂洗水通过增压装置进入预处理装置，经过两道预处理和重金属捕捉系统后，出水直接回到2号水洗槽，溢流到1号水洗槽和回收槽，形成一个闭路水循环。重金属捕捉装置饱和后，经过浓缩、萃取后直接自动加到镀槽重新回用。
2.3技术关键
前期预处理系统主要是为了前期预处理，除杂物和系统保护;微滤第二次预处理系统;主要再次预处理和系统保护;高分子重金属捕捉、浓缩系统是本装置关键部件;采用美国高分子重金属捕捉材料、抗污染浓缩分离膜来捕捉、浓缩电镀镍漂洗水，设计捕捉能力99%以上、浓缩倍数为100倍(以体积计);处理流量为1-500m3/Hr(25℃);特制萃取剂是本装置特色;高分子重金属捕捉材料饱和后，用萃取剂萃取下来的浓缩金属自动回到镀槽，实现重金属回收再用。所有的漂洗废水做为回用水从新用于漂洗。在镀镍镍回收装置上，实际已经控制[Ni2+]≤0.1mg/1，达到国家一级排放标准，在国内率先实现电镀废水处理的零排放。
2.4技术指标
废水处理能力按照企业需要：1-500T/;电镀废水处理装置出水水质指标达到国家《电镀污染物排放标准》GB21900-2008。设备连续运行中需要大体每15天换萃取剂;每30天换高分子滤芯。设备有自动检测提示灯，待提示灯闪烁表示应该尽快换新萃取剂或高分子滤芯。并自动与我公司发送更换信息。到萃取剂和高分子滤芯对废水处理发生改变时会自动停机。
设备无故障运行时间>8000小时;设备使用寿命>10年，焊接符合[GB/T985一1998[]JB/T4785-1997]规定。本系统选用国外先进的膜元件、增压泵高压泵，以及各种仪表、SDI仪和电动球阀整个系统采用可编程逻辑控制器(PLC)，安装COD、重金属特征污染物在线自动监控装置，同时完成电气和仪表的自动控制与监测能自动对设备的运行工艺状态、运行参数实时监测，同时系统也可以进行就地手动操作。本装置中的污染物排放自动监控设备，能与当地政府的环境污染源监控中心联网。
3投资效益分析
3.1项目经济效益事例
嘉兴市某电镀厂(图1)，每天30吨镀镍漂洗废水，投资一套10万元废水处理回收设备，一年后产生37.27万元经济效益。系统年运行费用。按照1.5吨/小时废水处理设计，每年工作300天，每天运行20小时。设备功率0.55千瓦/小时，电价0.8元度。系统年处理废水量9000吨/年;总运行电费2640元;系统年消耗高分子滤芯和萃取剂2620元。系统年运行费用5260元系统回收单位成本：5260÷9000=0.58元/吨。年创造效益：原来采用化学方法处理所需综合费用(水费+排污费+药剂+电费+人工费)大约15元/吨;现在采用本回收设备后，每吨水可以节约费用15-0.58=14.42元/吨。系统年节水产生效益：9000吨/年x14.42元/吨=12.97万元。系统每年回收镍离子2.7吨效益：2.7吨x9万元/吨=24.33万元。系统每年创造效益：回收水费+回收镍费=12.97+24.33=37.27万元。
3.2推广情况及用户意见
推广情况。该装置经浙江省30多个电镀企业使用，一致认为设备的性能可靠，技术先进，运行经济，是电镀行业值得推广的废水处理和重金属回收设备，真正实现零污染排放。用户意见。该装置由嘉兴市循环经济研究院研究设计，完全拥有自主知识产权，由嘉兴市朝晖节能环保科技有限公司生产。经过一年多的运行，各指标均达到国家《电镀污染物排放标准》GB21900-2008。其中：镍、铜、锌、铬等均能达到国家一级排放标准。经济效益明显，使用几月后就可以收回成本。
装置在电镀污染物排放监控设置和采样点符合国家标准要求，也遵照《污染源自动监控管理办法》的规定，本装置中的污染物排放自动监控设备，能与当地政府的环境污染源监控中心联网。装置自动化水平高，无人操作，装置运行和需要更换部件都有提前预警显示。
4环境、经济、社会效益
电镀企业实施国家《电镀污染物排放标准》GB21900-2008的环境、经济、社会效益。由于国家《电镀污染物排放标准》GB21900-2008已经从2008年8月1日起执行，对于全国现有电镀企业，新标准的实施无疑带来了巨大的环保和技改压力，但结合已有通过清洁生产审核并进行改造的企业经验来说，其中蕴含大量的环境、经济、社会效益。据估计，新标准实施后，全国大约60%的电镀企业需要对治理设施进一步改造或增加处理设施才能达标。执行新标准后，全国现有电镀企业需投入约12亿元对废水处理设施进行改建，每年电镀废水的处理运行费用约为4.8亿元
。废水处理后再进行重复使用，则每年又可节省大量新鲜水，同时废水实现真正零排放，节省可观的水费和废水处理费，将产生巨大的经济效益。同时节省了大量的电镀污泥处理费用。5电镀废水零排放处理和重金属回收再用装置显现巨大商机
这台由嘉兴市循环经济院研究开发，由嘉兴市朝晖节能环保科技有限公司生产的电镀废水零排放处理和重金属回收再用装置，经过一年多众多企业使用运行，获得用户好评，处理后电镀污染物各指标均达到国家《电镀污染物排放标准》GB21900-2008。其中：镍、铜、锌、铬等均能达到国家一级排放标准。经济效益明显，很快可以收回成本。新标准给了现有电镀企业2年的过渡期，也就是给我们在这2年的准备时间里，大力推广本装置，走创新废水处理重金属回收系统实现环境优化组合之路，用科技使所有电镀企业达标，为实现人与社会和谐发展作出应有贡献。
