電鍍廢水有機污染物去除技術初探

孫威 張莉 吳小麗 艾勝書

摘 要：本文介紹了活性炭吸附法、混凝沉淀法、生物法和高級氧化技術去除電鍍廢水有機污染物的基本原理、工藝特點、應用及研究現狀，結合了電鍍廢水中有機污染物來源及成分復雜等特點，總結了電鍍廢水中有機污染物去除的發展趨勢并指出高級氧化技術和電化學氧化技術是該領域的發展方向和研究熱點，為電鍍廢水處理的實際應用提供一定的理論支持。

關鍵詞：電鍍廢水 有機污染物 廢水處理 應用技術

中圖分類號：X78 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0104-03

電鍍加工產品由于其裝飾性與功能性等特點，使電鍍行業已成為我國社會和經濟發展中不可缺少的熱點工業。據2007年不完全統計，僅廣東珠江三角洲地區和浙江溫州地區的電鍍企業就多達8300余家，年產值逾百億人民幣。我國傳統工業中電鍍行業扮演著重要角色，而且它在高新技術產業，如微電子技術、現代電子技術、產品制造業和通訊技術中也發揮著越來越重要的作用。電鍍工業不僅僅是耗水大戶，也是污廢水產生的主要源頭之一，電鍍廢水難達標排放的特點極大限制了電鍍工業在我國的發展[1-3]。有關資料表明，目前我國電鍍企業每年產生的重金屬離子廢水就高達4億m3，加之其他污染物的排放，給環境造成了極大的壓力。實現電鍍廢水的綜合治理及循環利用，在減少污廢水排放量、降低水體流域污染程度的同時，有效節約水資源，對緩解日趨突出的水資源危機具有重要的應用價值和意義[4]。

有機污染和重金屬污染是電鍍廢水兩個最重要的特征，其中有機污染是電鍍廢水處理和循環利用的瓶頸[5]。電鍍廢水的有機污染問題之前并未引起電鍍界及環保界的重視，隨著電鍍廢水回用率的提高，廢水有機污染物濃度由于沒有針對性處理單元而不斷升高，進而影響重金屬處理單元的正常運轉和有機污染物排放濃度超標，嚴重制約了電鍍廢水回用率[6]。因此，電鍍廢水有機污染的治理勢在必行。

1 電鍍廢水有機污染物的來源

電鍍廢水的有機污染物主要電鍍前處理工藝、電鍍工藝和電鍍后處理工藝3個來源，具體有機物含量及份額見表1，電鍍廢水前處理工藝和鍍后處理工藝是產生有機污染的主要來源，而電鍍工藝本身占有的比例較低。前兩種工藝污染物的主要成分是礦物油、表面活性劑、蠟以及電鍍工藝廢水中添加的各種光亮劑，多為混合高分子有機化合物組成，而電鍍后處理廢水的有機污染物一般在脫水處理、退鍍處理和化學防腐處理過程中產生的，通常包括苯并三氮唑、表面活性劑、間硝基苯磺酸鈉等[7]。電鍍加工產品趨于多功能化且趨勢越發明顯，電鍍廢水中有機污染物組分也將隨之越發復雜。

2 電鍍廢水有機污染物去除技術初探

由于近幾年電鍍界和環保界才開始對電鍍廢水有機污染問題做出關注，所以相關的研究較少。大量的文獻調研結果表明，我國電鍍企業已有的廢水處理工藝近乎都沒有針對有機污染物去除的處理單元。最近幾年，由于社會和企業環保意識的逐漸加強，部分電鍍企業在處理電鍍廢水重金屬離子污染后，又對廢水后續跟進了常規深度處理，大多采用活性炭吸附法去除大部分有機污染物，以部分實現電鍍廢水的循環利用。與國內相比，國外環保要求較為嚴格，電鍍廢水的有機污染問題較早地受到了企業重視，很多新型的工藝和技術得到了嘗試和運用，相關經驗對我國電鍍廢水的有機污染治理有一定的借鑒意義。

2.1 活性炭吸附法

活性炭吸附法由于其操作簡單易行、可同時吸附多種物質的特點，普遍應用于污染物種類復雜的電鍍廢水處理。其中炭成本較高是活性炭吸附法推廣的制約因素，根本原因是顆粒活性炭吸附處理COD的動態吸附容量在10%左右（重量百分比），即吸附處理廢水100kg左右的COD需要消耗1t的活性炭[8]。而顆粒活性炭再生困難，因此此法處理成本極高，導致顆粒活性炭處理電鍍廢水有機污染物技術的應用推廣受限。

國內外很多學者也對活性炭吸附法進行了廣泛深入的研究，主要有以下兩個方面。

2.1.1 活性炭材料的改性及其吸附性能研究

通過掌握的一些吸附機理，利用各種手段對活性炭材料的表面物化性質進行改性，增加吸附有機污染物容量和效率，對相關的吸附機理進行探究，建立科學的模型并用于指導實際應用[9-10]。

2.1.2 吸附飽和活性炭的再生技術研究

對于一些廢水處理量較大的電鍍企業，活性炭再生不僅可以降低成本，還可以避免二次污染[11]。很多研究者研究了吸附飽和活性炭的再生技術，包括熱再生法、濕式氧化再生法、微波再生法等[12]。雖然新的再生技術在工藝路線上還不太成熟，但它們的提出為活性炭的再生提供了新探討與新思路。

2.2 混凝沉淀法

混凝沉淀法作為處理工業廢水中有機污染物的傳統工藝，其基本原理是：廢水中的膠體、懸浮物和可絮凝的其他物質在混凝劑的作用下，通過降低界面的電位、壓縮微顆粒表面雙電層和電中和等電化學過程，經過物理化學過程形成“絮團”，沉降后實行固液分離，設備頂部流出的是色度和濁度較低的出水。混凝沉淀法處理電鍍廢水時，混凝階段的運行狀態決定了出水效果。混凝劑的選擇直接影響了混凝沉淀法的運行效果。我國目前采用的混凝劑主要包括聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、二元或三元金屬鹽的復合物、聚丙烯酰胺及其衍生物等[13]。一般根據廢水的實際情況選擇一種或兩種混凝劑搭配使用。研究表明，無機和有機高分子混凝劑合理搭配使用能明顯提高電鍍廢水的絮凝效果，在優化運行參數的同時，可使電鍍廢水有機污染物去除率升至70%～80%[14]。這是混凝沉淀法在實際應用中難以得到全面推廣的原因。

2.3 生物法

電鍍廢水可生化性差、水質不穩定及高金屬離子的特點是傳統生化工藝處理電鍍類廢水效果差的主要原因，這些特點都大大限制了傳統生物工藝對電鍍廢水的應用。而國內已有的科研單位對電鍍前處理工藝廢水進行的生物法研究都是在小試基礎上進行的，投加的微生物也是經過培養馴化的特殊菌種。一般通過在生物處理工藝前添加物化工藝削弱此現象。

2.4 高級氧化技術

高級氧化技術應用于工業廢水治理領域較廣泛，國內外學者也對此技術在電鍍廢水處理應用進行了研究探索[15]。雖然這些高級氧化技術可以在一定程度上降解有機污染物，但要較完全地去除它們也存在諸多問題，如二次污染問題和成本較高等。

近年來，電化學氧化技術因其處理效率高、環境友好、操作簡便等優點，在電鍍廢水處理領域引起很大關注。大量研究結果表明，電化學氧化技術能有效地氧化苯酚、氯酚、苯磺酸、硝基苯、EDTA等多種有機污染物，是一種值得推廣的廢水處理新技術[16]。

陽極是電化學氧化的核心，理想的陽極既要有很強的氧化選擇性，又要有很高的電流效率，同時陽極的使用壽命和制作成本也是限制其工程化的關鍵因素。在已開發出的各種電極材料中，摻硼金剛石（Boron doped diamond， BDD）電極在釋氧過電位與電化學穩定性方面，已能滿足工業化應用要求，但這種電極制作成本很高。其他電極材料，如SnO2、PbO2，盡管制作成本相對較低，但性能方面明顯不如BDD。開發新型電極材料或對上述電極材料進行改性一直是該領域的研究熱點。

3 電鍍廢水有機污染物去除技術的發展方向

3.1 廢水循環利用是電鍍行業發展的主題

電鍍廢水回用是實現減少電鍍廢水排放量、降低工藝用水量以減輕環境污染、節約水資源的重要舉措。實現高效全面的電鍍廢水回用，對整個電鍍行業的可持續發展具有巨大的實際意義。

3.2 提高廢水回用率，必須治理有機污染物

目前，我國電鍍廢水處理工藝還沒有針對有機污染物的處理單元，隨著電鍍廢水回用趨勢的上升，廢水回用率逐漸提高，水中有機污染物濃度逐漸積累，這嚴重影響了電鍍廢水重金屬處理單元的正常運轉，而且有機物濃度到達上限時，廢水必須排放，因此，高級氧化技術將在有機污染治理中扮演重要角色，傳統廢水生物處理工藝對電鍍廢水處理效果較差，高濃度金屬離子對作用微生物具有毒殺作用，都大大限制了傳統生物工藝對電鍍廢水的應用。

3.3 電化學氧化技術將是該領域的研究熱點

近年來，美國、德國、日本、香港等許多國家和地區均投入了大量人力與資金，開展了電化學氧化技術處理有毒、有害、難降解有機廢水的研究。由于此技術對有機污染物具有去除效率高、操作簡便、環境友好等優點，對重金屬離子也有較好的去除效果，加之工藝設備占地面積小，在電鍍廢水治理領域有較好的應用前景。

4 結語

目前我省乃至全國眾多電鍍企業都存在著有機污染物普遍超標的問題，必須加快電鍍廢水有機污染物去除技術研究開發，建立一套行之有效的電鍍廢水有機污染物去除的技術體系，突破電鍍廢水處理和循環利用的瓶頸，避免電鍍廢水難處理、難達標的狀況制約電鍍行業的發展。充分利用電化學氧化技術的優勢，為電鍍行業可持續發展奠定基礎。

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