膜工藝在電鍍廢水處理工程中的應用研究

薛 琦，劉芊妤，汪 超

(江蘇龍環環境科技有限公司,江蘇 常州 213000)

在加工行業中，電鍍工業是一個重要的內容，但是電鍍生產中需要消耗很多工藝用水，并且會有大量廢水產生。包括設備冷卻洗滌工序廢水、廢電鍍液、鍍件漂洗廢水、鍍件前處理廢水等，其中都含有金、鉻、鎘、鎳、鋅、銅等一種或多種重金屬離子，以及氰化物、酸堿有害物質等。如果直接排放廢水，將會造成嚴重的生態系統破壞及環境污染問題。所以，對電鍍廢水應當進行有效的處理，甚至實現一定程度的回用，對于電鍍行業的健康可持續發展非常重要。

1 膜生物反應器在電鍍廢水處理中的應用

以某金屬表面加工公司為例，在正常開工條件下，每天可產生廢水250m3。在電鍍生產車間，排放的廢水中含有不同種類污染物，廢水的水質也有較大差異。雖然已經建立了化學氧化還原預處理系統，兩級反應沉淀處理系統等，但是處理后的廢水仍然難以達到排放標準水質。所以，以現有的設施和工藝為基礎，對廢水處理進行改造升級[1]。加強分類收集和分質預處理，然后進入綜合調節和兩級反應沉淀處理，最后增加膜分離廢水深度處理。應用生物膜反應器，模塊化的系統設備能減少占地面積，所以有較好的可行性。相比于傳統活性污泥處理技術，膜生物反應器的污泥濃度、容積負荷都比較高，可避免污泥膨脹，保持良好運行狀態。利用這種方法，廢水中可生化降解的有機污染物質，能夠通過好氧微生物、兼性微生物作用降解為水、二氧化碳等無機物，從而提升廢水處理效果。

2 膜集成技術在電鍍廢水回用中的應用

2.1 成套膜集成工藝

在膜集成工藝中，選擇分離性能不用的膜，通過組合形成系統，或將一種或多種膜過程，與其它傳統凈水技術相結合，形成新的處理工藝。通過運用成套膜集成工藝，能夠讓系統中不同的水處理方法，分別在最為合理的情況下工作，從而提升效率[2]。例如某大型電鍍企業中，為了擴大生產規模，滿足廢水處理標準，需要建設廢水回用工程。綜合電鍍廢水每日量為916m3，分別設置多介質過濾器預處理、超濾凈化、一段反滲透濃縮、二段納濾濃縮，建立集成膜分離工藝，具體工藝流程如圖1所示。電鍍廢水經多介質濾器，將顆粒性懸浮物、部分膠體物質去除，分別進入功能不同的成套膜分離裝置。能夠深度凈化廢水，將肺水腫各種小分子有機物和各種無機離子截留，回用水回到回用水箱，濃縮水經過多種工藝流程處理后，能夠符合排放標準水質。

圖1 膜集成系統處理與回用電鍍廢水工藝流程

2.2 單元膜分離工藝流程

以回用水目標為基礎，各個單元膜過程，在膜集成系統中，具體工藝參數見表1所示。在不同的成套膜分離設備中，利用最先進的集散型控制系統，對操作參數實現集中監測、分散控制，從而能夠提升管理效率，對各級出水水質、設備安全運行、系統能耗控制等進行管理[3]。各個膜系統作為單元操作，分別都有獨立性和完整性。因此，及時在廢水處理過程中，有某個設備需要性能維護或故障檢修而停止運行，也只會影響本單元，不會對其它單元造成影響，保證了廢水處理的連續性和安全性。

表1 膜集成系統中各個膜的工藝

2.3 集成系統膜裝置運行性能

根據系統運行結果可以發現，在任何一個膜分離裝置中，如果運行期間的進水電導率值等相關參數發生較大變化，進水水質也會發生大范圍的波動。因此，進水水質不穩定，也會對膜的運行穩定性造成影響，從而引起出水水質不穩定。基于此，系統工藝中設計了多介質濾器，在廢水進入膜裝置之前，可以將其中很多雜志濾除[4]。然后對超濾膜操作參數進行優化，從而確保超濾裝置保持良好的運行穩定性。在超濾膜裝置運行中，能夠保持16%～50%的COD去除率，而平均值在30%左右。對低分子量物質或離子，超濾膜沒有截留作用。超濾膜透過水進入反滲透膜裝置，處理后的COD值會顯著下降，逐漸達到5mg/L并保持穩定。而最后在進入納濾膜在此分離，能達到較高的脫鹽率和50%的COD去除率，從而達到電鍍工業回用水的標準水質。

3 反滲透膜在電鍍廢水中濃縮回收鎳的應用

3.1 鍍鎳漂洗水的成分

在鍍鎳漂洗水中，對于鎳的回收具有較高的價值。例如在某電鍍企業鍍鎳漂洗廢水中，不同的鍍鎳工序電鍍液，溫度條件不同，含有不同的物質成分[5]。例如在預鍍鎳工序中，溫度條件為70℃，電鍍液中主要成分包括硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。在半亮鎳工序中，溫度條件為60℃，電鍍液中主要成分包括次級光亮劑、硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。在光亮鎳工序中，溫度條件為50℃～60℃，電鍍液中主要成分包括光亮劑、硼酸、氧化鎳、硫酸鎳。從中能夠看出，不同工序及不同溫度條件下，電鍍液中都含有較多鎳的成分，因此采取有效措施進行鎳的濃縮回收，具有良好的可行性。

3.2 鍍鎳漂洗水的鎳回收工藝

在鍍鎳漂洗水處理中，可應用反滲透膜技術，能夠實現對鎳的濃縮回用。電鍍企業中，不同電鍍生產線的不同工序，鍍鎳漂洗廢水中的主要成分可能有所不同，但是均可采用活性炭吸附預處理和兩段反滲透膜處理濃縮鎳的工藝[6]。通過對前置活性炭吸附環節的設置，能夠將鍍鎳漂洗水中的雜志去除，含鎳廢水吸附精華處理后，進入反滲透膜系統，完成兩級濃縮。例如，某工程中在3個鍍鎳工序，分別配套減少反滲透槽邊回收系統，廢水總量每日130m3，不同漂洗廢水類型的處理量、和鎳濃縮倍數如表2所示。由此可見，采用反滲透膜對活性炭吸附處理后的廢水進行處理，鎳濃縮倍數最低也可達到25倍以上。

表2 反滲透處理鍍鎳漂洗廢水效果

3.3 鎳回收的經濟效益

以每天排放鍍鎳漂洗水60m3，其中鎳離子含量為300mg/L計算，使用反滲透膜凝縮到鎳離子達到9000mg/L濃度，每日濃縮液2m3，設備投資為每套40萬元。綜合相關費用，日處理成本為685.94元。根據金屬鎳每千克150元，鎳回收率50%計算，每日回收鎳的價值為1350元。根據當地水價每立方米5.95元，每日回用水的價值為345.10元。按照未回收鎳處理廢水藥劑3元/m3計算，每日減少水處理成本180元。綜上，日投資回報可達到1189.16元。因此，按照40萬元的設備投資費用計算，每年按330d計算工作時間，僅需1.02年就可收回投資，之后就能夠實現盈利。因此，對鍍鎳電鍍廢水中的金屬鎳，采用反滲透膜法進行濃縮回收，能夠快速收回成本，提高經濟效益，具有重要的經濟價值[7]。

4 結論

電鍍廢水一種常見的工業廢水類型，其中含有較多的有毒成分，且具有較高的污染物濃度。如果處理不當就直接排放，將會造成嚴重的生態破壞和環境污染。基于此，將膜工藝應用到電鍍廢水處理工程中，利用不同的集成膜技術，實現對電鍍廢水進一步的深度處理和回用，同時還能夠對電鍍廢水中價值較高的重金屬離子提取濃縮，進而提高效益。