金屬表面處理廢水深度處理與回用技術初探

顧 維

（蘇州市宏宇環境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215010）

金屬表面加工處理過程中，所產生的廢水中有害物質含量較高，尤其重金屬含量遠遠超出正常標準，如果不及時對其加以有效處理而直接排放將會對環境造成巨大的污染。因此，在金屬加工行業現代化發展的過程中，人們對金屬表面處理廢水的凈化處理提出了更高的要求，相關人員需結合廢水的類型，針對廢水的具體情況，選擇最佳的處理方式，以提高廢水處理的有效性，降低廢水對環境和人體健康的危害。

1 金屬表面處理廢水的種類與危害

1.1 種類

在金屬表面處理領域，由于處理方式的差異性，廢水的種類也存在一定的區別，一般分為以下幾種：①電鍍廢水，此類廢水主要由電鍍工藝所產生，包含前處理廢水、電鍍漂洗廢水、鍍后鈍化處理廢水、退鍍廢液等；②陽極氧化廢水，此類廢水主要在鋁、鎂合金陽極氧化處理過程中產生，此外除油、酸拋光、氧化、電解、著色、染色等工序也會產生此類廢水；③涂裝前處理廢水，一些金屬加工件在表面處理時，在涂裝前進行預處理產生的廢水，即除油、酸洗除銹、表面調整與磷化處理等環節所產生的廢水；④電泳涂裝廢水，主要是水溶性電泳生產環節產生的廢水[1]。

1.2 危害

金屬表面處理廢水中含有的有害物質非常多，如重金屬、酸堿離子等各類物質，這些物質存在較大的危害性，如果不經專業處理，直接排放可能會誘發極為嚴重的自然生態破壞。例如，重金屬進入環境后，難以被分解，會在自然界中長期存留、積累與遷移，最終造成極為嚴重的危害；重金屬還可以在藻類與底泥中積累，被魚和貝類吸附后，將打破原有食物鏈的平衡，釀成不可挽回的損失；重金屬進入人體以后，會造成重金屬中毒，危害人體健康。

此外，金屬表面處理廢水中還含有大量的氮、磷等有害物質，這些物質會造成水體中硅藻、藍藻等藻類的大量繁殖，進而使得水體中的溶解氧含量大大降低，同時化學耗氧量顯著增加，最終造成水體的富營養化，破壞水體生態平衡[2]。根據有關數據顯示，我國金屬表面處理廢水中僅電鍍廢水的排放量已經遠遠超過40億噸，且該數值仍在逐年增加。日益嚴峻的水資源短缺問題成為了當前關注的重點，對金屬表面處理廢水的深度處理與回用在此背景下顯得極為關鍵。

2 目前深度處理及中水回用方法

2.1 膜法處理技術

2.1.1 超濾

超濾技術是膜法處理技術中的一種，屬于加壓膜分離處理工藝，應用此工藝需借助外壓，當壓力條件滿足廢水處理要求時，被分離的溶液會以一定的流速沿著超濾膜表面流動，在此過程中，溶液中的溶劑和低分子物質將從高壓側經過超濾膜進入低壓側，經過超濾膜的這些溶劑和低分子物質將會作隨同濾液排出或回用，而溶液中的高分子物質、膠體微粒及微生物等會被超濾膜加以截留，最終以濃縮液的形式排出。超濾膜的孔徑非常小，可以有效截留廢水中的懸浮物、膠體、微粒與細菌等大分子物質[3]。

超濾工藝具有能耗相對較低、生產周期相對較短以及運行費用相對較低的優勢，尤其是對于電泳廢水更為有效，并且濾膜可以有效截留漆料，實現回收利用。

2.1.2 反滲透

反滲透又稱逆滲透，在具體應用過程中，往往將壓力差作為推動力，從溶液中分離溶劑。現階段，反滲透膜的透過機理并未得到一致的解釋，大多數專家更認同選擇性吸著-毛細管流機理。

該理論下，吉布斯吸附式是基礎依據，由于膜表面存在親水性，能夠在廢水處理的過程中實現水分子的吸附，當施加一定壓力以后，純水層不斷通過毛細管流過反滲透膜，從而達到分離溶液中大分子有害物質的效果。

從反滲透技術的實際應用來看，這一技術最早應用于重金屬廢水的處理，比如鍍鎳、鉻、鋅廢水以及混合重金屬廢水的處理。

總體來看，反滲透具有無明顯相態變化、常溫操作、設備簡單、效益高、能耗低等優勢，但要達到最理想的處理效果，一般需要借助高壓設備來完成。在實際的處理過程中，膜面發生污染的概率相對較高，再加上整個工藝處理時，膜的穩定性、耐藥性與耐熱性等相對有限，這些局限性使得反滲透在工藝應用方面仍需要加強工藝改進，并與其他技術結合應用以達到最佳的處理效果。

2.1.3 微濾

微濾又稱微孔過濾，包含死端過濾與錯流過濾，該工藝主要以多孔膜作為過濾介質，在廢水處理過程中，對于壓力也有一定的要求。當壓力處于0.1MPa～0.3MPa條件下時，濾膜受到壓力作用，可以有效截留溶液中的沙礫、淤泥與粘土顆粒，同時，大量的溶劑、小分子及少量的大分子可以透過濾膜加以有效過濾[4]。

在當前，此工藝被廣泛應用于食品飲料、醫藥衛生、電子、化工等行業。

2.1.4 納濾

納濾工藝起步較晚，此工藝應用時同樣需要一定的壓力條件，一般需要將壓力控制在0.5MPa～2.0MPa之間。根據操作壓力與分離界限的區別，一般將納濾置于超濾與反滲透之間，故人們習慣上將納濾又稱為低壓反滲透。其分離原理與機械篩分類似，納濾膜本身帶有電荷，在低壓條件下，能夠實現脫鹽處理，并有效截留廢水中的有害物質。在金屬表面處理廢水領域，該工藝的應用相對較少。

2.2 離子交換法

金屬表面處理廢水的處理過程中，離子交換法同樣是一種極為有效的方式，在應用該技術時，如果要取得較理想的效果，就必須充分了解需要交換的物質類型，即離子交換劑與廢水的具體情況，掌握二者的交換規律，就可以有效去除廢水中的金屬離子。

根據有關資料顯示，在金屬表面處理廢水的處理方面，如果應用離子交換法，金屬回收率可以高達97%。但是，應用離子交換法時，樹脂極易被氧化與污染，因此，該工藝對于廢水預處理的要求相對較高。

2.3 吸附法

金屬表面處理廢水的處理方面，吸附法同樣應用較多，其在具體的廢水處理過程中，主要利用物質本身的重量、空穴等所產生的較大吸附能力來吸取廢水中的有害物質。如果應用該處理方式對金屬表面處理廢水進行處理，需盡量選用結構相對獨特的吸附材料，一般采用改性法制取吸附材料，以便取得更為理想的吸附效果。吸附法的效果與pH值、溫度、時間等參數有著緊密聯系，因此在該工藝的應用過程中，需要加強對這些參數的科學控制。

2.4 生物技術

生物技術在金屬表面處理廢水的處理中也極為有效，采用該工藝時，為了取得最好的廢水處理效果，相關人員必須要充分了解生物處理工藝的原理與流程。生物處理技術應用時，一般要借助于專門的處理物質，比如，經人工培養與馴化的具有特定化學結構與成分的菌株，只有保障了處理物質的科學應用，才能使金屬表面處理廢水得到有效的處理，并提高廢水的處理效率。通常，生物技術包含生物絮凝法、生物化學法等。生物絮凝法主要借助微生物本身或其代謝物進行廢水中重金屬的處理，最終將重金屬絮凝與沉淀后進行分離。而絮凝沉淀的原理是依賴生物絮凝劑中的羥基和氨基，與廢水中的其他離子發生一定的反應，進而形成絮凝沉淀產物。生物化學法主要是利用微生物與金屬離子之間的反應，最終形成不溶性化學物，從而有效去除金屬表面處理廢水中的金屬離子。

2.5 電去離子技術

電去離子技術有時也被稱為填充床電滲析，此工藝是在電滲析技術基礎上形成的。在具體應用過程中，需在電滲析淡化室中進行樹脂填充，從而有效實現了電滲析技術與離子交換技術的結合，發揮了二者的優勢，屬于一種新型的電驅動膜技術。在純水制備工藝中，電去離子技術成為了當前的主流，在金屬表面處理廢水的處理領域，該技術也成為了一種可供選擇與應用的技術。比如，在含鎳廢水的處理方面，經過兩段集成的電去離子技術能夠獲得良好的處理效果。

2.6 蒸發濃縮法

蒸發濃縮法主要是通過加熱將廢水中的水加以汽化，再通過冷凝收集后進行回用，而污染物則留在未蒸發的濃縮廢水中，從而實現廢水的減量化處理。蒸發濃縮法分為單效與多效兩種，單效主要利用蒸汽所提供的熱量將廢水進行蒸發，在此過程中不直接利用冷凝熱；而多效蒸發下，實現了對冷凝熱的二次利用，實現了余熱利用，有效降低了廢水處理時的能源消耗。

3 結束語

近年來，隨著金屬加工行業的穩步發展，金屬表面處理廢水的總量日益增大，為了有效避免這類廢水對生態環境、人體健康等造成不利影響，必須要加強深度處理與回用技術的應用，以使得金屬表面處理廢水能夠滿足排放標準，促進可持續發展目標的實現。