膜分離技術(shù)在電鍍廢水處理中的應用
一、 概述部分
1、 電鍍工業(yè)的發(fā)展概況
電鍍是一種借助電流的作用，將有關(guān)金屬均勻涂覆到基底材料表面的過程。作為一種表面精湛工藝，電鍍已成為機械、電子、儀器、儀表、輕工、航天等諸多領(lǐng)域中提升產(chǎn)品質(zhì)量檔次的一種必不可少的重要手段。它伴隨著被鍍產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展，同時又對被鍍產(chǎn)品質(zhì)量的提高起著重要作用，其特有的裝飾性、防護性及多功能賦予了被鍍產(chǎn)品多種新的功能，能夠更好地滿足工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畹男枰，是被鍍產(chǎn)品在激烈競爭中占領(lǐng)市場的重要支撐。電鍍工業(yè)已經(jīng)成為我國重要的加工行業(yè)之一，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。
據(jù)粗略統(tǒng)計，全國現(xiàn)有電鍍生產(chǎn)企業(yè)約15000多家，與電鍍生產(chǎn)企業(yè)配套的企業(yè)數(shù)百家，形成了5000多條不同規(guī)模的生產(chǎn)線，年生產(chǎn)能力達到3×109㎡以上的電鍍面積。近十年來，民營電鍍企業(yè)發(fā)展迅速，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，年電鍍能力超過10㎡的企業(yè)不足500家，大多數(shù)企業(yè)使用的技術(shù)和設備較為陳舊，生產(chǎn)線一般為半機械化和半自動化控制，少數(shù)仍然是手工操作。從行業(yè)分布上講，電鍍企業(yè)中約有33.8%分布在機器制造工業(yè)，20.2%在輕工業(yè)，5-10%在電子工業(yè)，其余主要分布在航空、航天及儀器、儀表工業(yè)。從電鍍品種上講，我國電鍍加工中涉及最廣的是電鍍鋅、銅、鎳和鉻，其中鍍鋅占45-50%，鍍銅鎳鉻占30%，氧化鋁和陽極化膜占15%，電子產(chǎn)品鍍鉛、錫和金銀等貴重金屬約占5%。
2、 電鍍工業(yè)存在的問題
我國電鍍行業(yè)目前存在的主要問題包括以下幾個方面：
①工業(yè)布局欠合理，電鍍工業(yè)的分布和發(fā)展缺少總體和完善的規(guī)劃。由于工廠多、規(guī)模小、專業(yè)化程度低，造成生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟效益差。
②對電鍍工業(yè)和電鍍技術(shù)研究投入不夠，缺乏必要的技術(shù)支撐。生產(chǎn)工人缺乏必要的專業(yè)性訓練和在崗培訓，電鍍企業(yè)的管理水平和技術(shù)更新能力普遍較低，適應市場變化的能力較差。
③大部分電鍍企業(yè)的物耗、能耗都大大超過國外平均水平，對電鍍廢棄物的處置隨意性較大。
上述三方面的原因使電鍍行業(yè)變成了污染最大的行業(yè)之一。
電鍍行業(yè)的污染狀況和電鍍廢棄物的再生利用現(xiàn)狀令人擔憂。目前，全國電鍍行業(yè)每年排放約4×108T含重金屬的廢水、5×108T固體廢棄物和3×107m3酸性氣體。盡管從統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，約70%-80%的國有電鍍廠建立了污染控制設施，但其中的許多設施由于多方面原因不能正常運轉(zhuǎn)，城市電鍍企業(yè)的污染控制設施中只有50%能運轉(zhuǎn)，農(nóng)村地區(qū)只有25%，大多數(shù)民營和鄉(xiāng)鎮(zhèn)電鍍企業(yè)采取實質(zhì)性的污染控制措施較少。電鍍廢棄物的不當處置，一方面嚴重污染了日益脆弱的生態(tài)環(huán)境，另一方面也造成了資源的極大浪費。電鍍廢水中的有色金屬，大部分是我國的緊缺資源，其潛在價值很高，21世紀將成為僅次于石油的重要戰(zhàn)略資源。
二、 電鍍廢水處理方法分析
電鍍生產(chǎn)過程中的高用水量以及排放出的重金屬對水環(huán)境的污染，極大地制約了電鍍工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。傳統(tǒng)的電鍍廢水處理工藝成本過高，重金屬未經(jīng)回收便排放到水體中，極易對生物造成危害。
目前常用的電鍍廢水處理方法有以下幾種：
①傳統(tǒng)化學法
化學處理法主要是采用酸堿中和及投加化學藥劑等方法使在水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔锏姆椒。處理過程中產(chǎn)生了大量的淤泥，造成了二次污染，其處理后的水排放，造成了水資源和物料資源的極大浪費，且能耗大。
②離子交換法
離子交換法指利用離子交換樹脂將廢水中的陰、陽離子除去。較化學沉淀法具有能耗低，不產(chǎn)生污泥等優(yōu)點，但它不能產(chǎn)生濃度較高的溶液返回電鍍槽，不能除去清洗業(yè)液中的有機物，所以產(chǎn)水即使回用也不能滿足生產(chǎn)補給水要求。
③電滲析法
電滲析法即利用滲透膜使廢水中的陰、陽離子作定向遷移，濃縮電鍍廢水。電滲析法具有能耗低、濃縮液可以回用等優(yōu)點，但它無法回收鍍鉻廢液中的金屬鉻，產(chǎn)生的稀溶液只能作為清洗用水，不能回用于生產(chǎn)線，過剩的稀溶液在排放前需要進一步處理，形成了二次污染。
④電解回收法
電解回收法是利用電解將廢水中有用的金屬聚集到陰極上。電解回收法聚集的金屬可以循環(huán)再利用，但電解回收法不適用于稀電鍍廢水，且具有電流太大，處理不徹底等缺點。
⑤蒸發(fā)法
蒸發(fā)即將電鍍廢水蒸發(fā)，濃縮電鍍液。蒸發(fā)出的水也僅可以作為清洗，濃溶液可以補充電鍍液，操作簡單，維修方便，但能耗大，循環(huán)再利用的老化液難以處理，運行成本高。
三、 全膜法水處理技術(shù)—工業(yè)廢水處理回用裝置
利用膜分離技術(shù)對電鍍廢水與重金屬電鍍廢液進行處理可實現(xiàn)閉路循環(huán)設計，經(jīng)過膜分離技術(shù)處理的電鍍廢水，可以實現(xiàn)水的回用和重金屬的“零排放”或“微排放”，使生產(chǎn)成本大大降低。
①原理
全膜法水處理技術(shù)的應用是基于篩分原理，其過程即從大分子的篩分到小分子和離子的篩分。
②應用說明
工業(yè)廢水處理回用裝置的電鍍廢水處理一般包含兩個部分：以原樣回收電鍍廢液中的重金屬為目的的單元單質(zhì)系統(tǒng)和以回收廢水中的水資源補給到生產(chǎn)線的綜合處理系統(tǒng)
I.包含綜合廢水、酸堿廢水和行業(yè)廢水的綜合處理系統(tǒng)
綜合處理系統(tǒng)主要以回用廢水中的水資源為目的，其產(chǎn)水優(yōu)于自來水，可以提高鍍件表面結(jié)合力從而達到提高鍍件質(zhì)量的目的。
原水箱——原水增壓泵——疊濾——多介質(zhì)過濾——ACF過濾——DMF過濾——UF過濾裝置——UF水箱——分離高壓泵——中間水箱——RO系統(tǒng)——產(chǎn)水箱——輸送泵——生產(chǎn)線
II.單元單質(zhì)處理系統(tǒng)
單元單質(zhì)處理系統(tǒng)是以回用重金屬電鍍廢液中的重金屬資源為目的的，其過程為全物理過程，對單一鍍種的廢液做到了原樣回收。
原水箱——原水增壓泵——疊濾——袋式過濾器——DMF過濾——UF過濾裝置——UF水箱——分離高壓泵——中間水箱——RO系統(tǒng)——產(chǎn)水箱——輸送泵——生產(chǎn)線
③效益分析
膜分離作為一項高新技術(shù)廣泛應用于電鍍、化工、制藥、電子、食品加工、生物技術(shù)及環(huán)保等領(lǐng)域，尤其是在電鍍行業(yè)的鍍鎳、鍍鉻、鍍銅等鍍液及綜合廢水處理回用工藝方面有著廣泛的應用前景。它改進了傳統(tǒng)電鍍廢水處理工藝,且可以回收廢水中有用的資源,包括水資源再利用,大大地減少了環(huán)境污染,符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,將帶來顯著的經(jīng)濟,環(huán)境和社會效益。
相對其他技術(shù)而言，膜分離技術(shù)的應用具有能耗低、常溫運行、適用范圍廣、裝置簡單、操作容易且易控制、便于維修管理、可靠性強等特點。
工業(yè)廢水處理回用裝置在電鍍行業(yè)的廢水處理上的應用實現(xiàn)了零排放或者微排放，水資源的回用和重金屬的回收，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益，其投資一般可在三年之內(nèi)回收。
四、膜分離技術(shù)在電鍍廢水處理的應用說明
1、電鍍廢水處理
（1）鍍鎳漂洗水處理 實踐證明采用RO反滲透技術(shù)在低壓條件下（2.1Mpa）具有良好的鎳分離性能，鎳鹽中的氯化物、硫酸鹽去除率為96.6%，在壓力1.4Mpa，水回收率為90%時，鎳的去除（回用）率在99%以上。特別是對硫酸鹽和硫酸銨鹽的去除率更高并證實光亮劑的存在對膜性無不良影響。
（2）鍍鉻廢水處理 鍍鉻廢水占電鍍水總量的70%，由于廢水中的pH低，并且具有氧化性，采用CA膜并調(diào)整pH4～7，對Cr3+分離率大于98%，透水性能良好。但是處理鍍鉻廢水要比處理鍍鎳廢水復雜得多，這需要在進入膜分離前先將鍍鉻廢水預處理，將六價鉻還原為三價鉻。采用PSA膜，在4Mpa下，Cr3+分高率達95%，透水速度為0.125m3/（m2d）。目前PSA管式膜裝置處理鍍鉻廢水已在廈門一家工廠使用（其他省市16家）。在一班制運行時，不到三年時間即可回收全系統(tǒng)工程設備投資費用。
（3）鍍銅廢水處理 CA膜對硫酸銅溶液具有很高的分離效果，去除率可達99%。對氰化鍍銅首先要進行破氰處理，對堿性鍍銅廢水采用PSA管式組件進行閉路循環(huán)處理，Cu2+的分離率大于95%， 透水速度大于0.2m3/（m2d）(3Mpa，25℃)，運行穩(wěn)定，對鍍件無質(zhì)量影響。
（4）RO處理鍍金，鍍銀廢水需要用膜組合工藝技術(shù)，可以巧妙地回收金銀，對氰化鍍銀漂洗水，利用“B-10”組件分離率大于80%，用PBTL膜分離率大于97%，可進行有效回收。
五、RO膜分離技術(shù)電鍍廢水典型工程實例
利用RO系統(tǒng)處理鍍鎳漂洗水，可在1～3年內(nèi)收回全部設備投資，是一項集經(jīng)濟效益，環(huán)境效益最佳投資方案。電鍍廢水工程設計一般分為綜合處理和單元處理，兩種綜合處理時以回用水為設計目標，單元處理時既以回用水又以回收物料為設計標準，無論設計標準如何，其回用水質(zhì)都優(yōu)于自來水指標。
對單一鍍種廢液采用RO處理具有以下優(yōu)點：
1、可以實現(xiàn)電鍍廢水按鍍槽液成分進行“原樣”濃縮。被濃縮的電鍍物料可重復回鍍槽使用（必要時可作周期性補充），而透過水可作為漂洗水使用，這樣即可以實現(xiàn)廢水處理的閉路循環(huán)系統(tǒng)。
2、與傳統(tǒng)投藥（化學）處理方法不同，采用RO法不需向系統(tǒng)內(nèi)添加任何化學物質(zhì)，因此不產(chǎn)生污染和殘渣，實現(xiàn)零排放，更不會導致二次污染。
3、與蒸發(fā)法和其它相變技術(shù)相比，膜法處理廢水不會產(chǎn)生相變過程，因而所需能量少、能耗低。
4、對于能生成沉淀的電鍍廢水，采用UF膜分離法對沉淀物進行濃縮與水分離，同時可實現(xiàn)對其濃縮液的回收和水的回用。
5、RO處理設備占地面積小，設備緊湊，易自控，可以連續(xù)操作和使用。
但膜分離技術(shù)在處理電鍍廢水時，由于膜對電鍍廢水中各種組分的分離率不盡相同，因此濃縮液在返回鍍槽前，需按電鍍液濃度要求進行適當補充和調(diào)整。按電鍍廢水性質(zhì)的不同，如酸堿性不同，有的含有強氧化劑，絡合劑、光亮劑、無機物和膠體，所以按操作規(guī)程運行、 維護和保養(yǎng)，也是保證該系統(tǒng)正常工作的一個關(guān)鍵。
6、鍍鎳廢水處理工藝流程及主要設備
（1）設備與配置：鍍鎳槽、三個逆流漂洗槽，貯存槽、過濾器、高壓泵、穩(wěn)壓罐、RO組件及系統(tǒng)裝置、自控閥、流量計、溫度計、pH測試儀、電導率指示計、壓力指示計及微機控制系統(tǒng)等。
（2）RO廢水處理閉路循環(huán)系統(tǒng)工藝流程。
經(jīng)濟與環(huán)境效益分析
電鍍漂洗水回用工程運行成本
計算依據(jù)
▼ 設計廢水處理量：550 m3/d
▼ 實際處理回用量（95%）
即：550 m3×95%=522.5 m3/d
▼ 回用水按自來水單價2.5元/ m3計算
即:522.5 m3 ×2.5元=1306元/d
處理水回用量: 522.5 m3/d×300天=156750 m3/a
年回用水產(chǎn)生效益:1306元×300天=391800元/a.
▼ 節(jié)約排污費:
月排污費90750元,則年排污費1089000元(排污費按每噸廢水5.5元計)
運行費用：
▼ 以每天處理量550 m3計,耗電30KW/H,按0.5元/KW計
即:30KW/H×0.5元×24H=360元/d
360元×300=10.8萬元/年
▼ 更換膜元件(材料損耗費用),RO膜的壽命為二年,整套設備需配膜組件24 支,
6000元×24=14.4萬元,
即每天損耗費為:14.4萬元÷600天=240元/d (每年300天計算)
UF膜的壽命為二年，整套設備需配膜組件10支，20000元×10=200000元
即每天損耗費為:20萬元÷600天=333元/d (每年300天計算)
則膜材料損耗:17.2萬元/年
▼其它費用：包括易耗品、設備損耗、藥劑和人工費用，約為12萬元/年。
電鍍廢水回用工程創(chuàng)收費
(回用水直接效益+節(jié)約排污費)/a-(電耗+材料消耗+其他) / a
即:(39.18萬元 +108.9萬元) /年–(10.8萬元+17.2萬元+12萬元)/年=108.08萬元/年
設備總投資220萬元（人民幣）
工程投資回收期
220萬元÷108.08萬元/年=2年
即:二年收回投資。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
