電鍍廢水化學法綜合處理及回用工程設計

北極星水處理網訊:摘要：本文通過分析企業廢水來源和廢水含量，應用化學法處理含鉻、含鎳、含氰等多類型廢水，利用膜分離技術進行回水再利用，設計建立了廢水處理中心系統。該系統由pH和ORP控制儀控制各處理單元自動加藥，過程穩定可控，結果可數據化且可實時傳遞至環保管理部門，達到清潔生產Ⅱ級要求，實現了企業節能減排的目的。

關鍵詞：電鍍廢水；化學法處理；膜分離技術；水回用；節能減排

桂林航天電子有限公司是航天機電元器（組）件的高科技企業，主要研製生產軍用繼電器、連接器、特種開關和小型儀器設備等產品，表面處理工藝主要有鍍金、鍍銀、鍍銅、鍍鎳等。為進一步改善廢水排放指標，按照「十二五」基礎設施改造和節能減排固定資產投資項目的要求對電鍍廢水進行綜合處理及回水利用。廢水來源及其水質

1.1 廢水來源及其分類

電鍍廢水來源及其水質分析是廢水處理工藝設計的基礎，各企業因生產工藝、生產產品不同而致使廢水各不相同，需全面分析。

1.1.1 前處理廢水

表面前處理由鍍件除油和去除氧化膜兩個主要工序組成。工件通常採用表面活性劑乳化方式除油，此部分廢水化學需氧量（Chemical Oxygen De⁃mand，簡稱 COD）較高。氧化膜去除工藝的選擇與基體材料密切相關，通常處理溶液由各類酸組成，此部分廢水含基體材料金屬離子。總的來說，前處理工序以酸性和鹼性廢水為主，含 Ni²⁺、Cu²⁺、Ag⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、COD等汙染物。

1.1.2 電鍍廢水

根據生產工藝，電鍍廢水主要分為以下三類：

1）含鉻廢水：含鉻廢水主要來自於銀合金的鉻酐酸洗、銅合金的鉻酐鈍化以及銀鍍層的出光等工序，廢水中主要含有 Cr⁶⁺以及極少量的 Cu²⁺、Ag⁺等金屬離子。

2）含鎳廢水：含鎳廢水主要有兩個來源：電鍍鎳和化學鍍鎳。其中電鍍鎳廢水主要來自酸性鍍鎳生產線的漂洗水，廢水中主要含有NiSO4、NiCl₂ 等。化學鍍鎳廢水組成較為複雜，通常含有絡合劑、穩定劑、pH 值緩衝劑等。

3）含氰廢水：含氰廢水由氰化鍍銅、氰化鍍銀及鍍金產生，廢水中含有CN-、Cu2+、Ag+等汙染物，鍍金廢水回收後再排入含氰廢水中。

1.1.3 廢棄鍍液和退鍍溶液

由於鍍液到達使用壽命、鍍槽處理以及退鍍零件等原因會產生廢棄鍍液和退鍍溶液，該類廢液通常濃度較高、成分較複雜，可以單獨收集、預處理後緩慢投加至相應廢水中進行處理，也可以單獨收集，委託外部資質單位進行處理。

1.2 進水水量和水質

分質分流是做好廢水處理的前提，因此需要明確每個鍍槽排出廢水的類別，計量每種廢水的排放量並控制地面排水的流向。

前處理廢水歸屬於酸鹼廢水；含氰鍍液廢水歸屬於含氰廢水；含鉻酐鍍液廢水歸屬於含鉻廢水；

化學鍍鎳廢水經初步處理後與鍍鎳廢水一起歸屬於含鎳廢水；衝洗鍍槽以及車間地面的廢水按類別歸入相應的廢水。項目廢水的平均排放量約為120 m³/d，按有關要求，廢水處理設施設計處理能力144 m³/d，每天按 8 h 運行，各類廢水設計處理水量和水質如表1所示。

2 設計目標

排放水質滿足《電鍍汙染物排放標準》 （GB21900—2008）中的表2要求。電鍍用水重複利用率達到2015年環境保護部等三部委25號公告中附件 2《電鍍行業清潔生產評價指標體系》Ⅱ級要求，回水利用率≥40%，回用水質優於《金屬鍍覆和化學覆蓋工藝用水水質規範》（HB5472—1991）B類水標準，回用水電導率≤100 µS/cm。安全防範達到《國防科技工業安全防範系統技術要求》的二級。

3 工藝設計

電鍍廢水處理工藝主要有化學法、電解法、吸附法、反滲透等，而目前處理效果穩定、適應性強、處理成本低、管理簡便的處理工藝仍是化學法，加入鹼性溶劑使廢水中金屬離子形成氫氧化物絮體，然後沉澱分離去除。

本項目的目標是要提高位於中心市區企業的電鍍汙水排放的可控性，實現安全、穩定和達標排放。因此本項目在設計上採用了措施減小對周圍環境的影響，合理的將廢水進行濃縮分離、回收水資源；合理控制噪聲、氣味；妥善處理、處置固體廢棄物，避免二次汙染。同時充分考慮操作自動化，減少勞動強度；處理站內設置必要的監控儀表，提高管理水平。與企業原有電鍍廢水處理系統相比，操作全自動化、過程可控，結果數據化且實時傳遞至環保管理部門，體現了企業對社會負責的作業方式。項目電鍍廢水處理工藝流程如圖1所示。

3.1 含鉻廢水系統

電鍍廢水中的鉻主要以 Cr⁶⁺離子存在，加入還原劑將Cr⁶⁺還原成微毒的Cr³⁺，沉澱後進入酸鹼廢水系統。

選擇焦亞硫酸鈉作為還原劑［3］，設定pH為2.5~ 3，氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential 簡稱ORP）190~240 mV，在攪拌狀態下自動加入硫酸和焦亞硫酸鈉溶液，反應時間 30~45 min。反應方程式如式（1）所示。

2H₂Cr₂O₇+3Na₂S₂O₅+3H₂SO₄→2Cr（2 SO₄）₃+ 3Na₂SO₄+5H₂O （1）

還原反應完成後，用 NaOH 調節 pH 至 7.8~8.5，進行中和反應，投加聚合氯化鋁（Polyaluminium Chloride，簡稱 PAC）混凝，投加聚丙烯醯胺（Poly⁃acrylae，簡稱 PAM）絮凝，再進入含鉻廢水沉澱系統進行泥水分離，反應方程式如式（2）所示。

Cr³⁺＋3OH^-→Cr（OH）₃↓ （2）

泥水分離後汙泥進入汙泥處理系統，溶液進入酸鹼廢水系統。

3.2 含鎳廢水系統

化學鍍鎳廢水採用 H₂O₂破絡，設定 pH 為 2~ 3，反應停留時間3~5 h，破絡完的廢水採用NaOH調pH 至 10.5~11.0，進行中和反應，投加 PAC 混凝、PAM 絮凝，沉澱後清水與電鍍鎳廢水混合，汙泥排至綜合汙泥池。

含鎳廢水用 NaOH 調節 pH 至 9.6~11.0，進行中和反應，反應時間15~20 min。投加PAC混凝、PAM絮凝，再進入含鎳廢水沉澱系統進行泥水分離。

3.3 含氰廢水系統

含氰廢水採用 NaClO作為還原劑，鹼性氯化法二階段破氰。

第一階段為不完全氧化階段，將氰氧化成氰酸鹽。一級破氰的 pH 控制在 11.0~11.5，ORP 值為330~350 mV，反應時間為30 min。反應方程式如式（3）和式（4）所示。

CN^-＋ClO^-＋H₂O→CNCl＋2OH^- （3）

CNCl＋2OH^-→CNO^-＋Cl^-＋H₂O （4）

第二階段為完全氧化階段，將氰酸鹽進一步氧化分解成二氧化碳和氮氣。二級破氰的pH控制在8~8.5，ORP 值為 600~650 mV，反應時間為 30 min。反應方程式如式（5）所示。

2CNO^-＋3ClO^-＋H₂O→2CO₂↑＋3Cl^-＋ N₂↑＋2OH^- （5）

破氰後的廢水進入酸鹼廢水收集池，由下一道工序繼續處理。

3.4 酸鹼廢水系統

調節酸鹼廢水pH至8.5~9.0，反應時間30 min，投加PAC混凝、PAM絮凝，進入沉澱池沉澱［6］；上清液經多介質過濾器處理，去除懸浮物後，進入回用水處理系統進行回用處理。

3.5 中水回用及濃水處理系統

中水回用工藝流程如圖 2所示，中間水槽收集各類廢水，調整pH後進入膜回用水系統［7］。柱式連續膜過濾（Cylindrical Continuous Membrane Filtra⁃tion，簡稱 CCMF）裝置作為回用系統的前置，採用20 µm 袋式過濾，由 9支單段式反滲透（Reverse Os⁃mosis Membrane，簡稱RO膜）膜組件構成，設計通量為 45~60 L/（m2·h），設備產水能力 6 m³/h，配備反洗系統實現自我再生。採取逐級過濾的方式，確保系統出水水質符合濃水系統進水要求。CCMF連續超濾濃水及反洗水由於含有懸浮物及微量膠體，將其回流至酸鹼水池再經沉澱處理。

中水經過反滲透處理後產生一定量的濃水，存在離子濃度和 COD 超標風險。濃水處理工藝流程如圖 3 所示，先將濃水 pH 調節為 3 左右，加入 H₂O₂ 及FeSO₄氧化廢水中難降解物質，加入混凝劑，然後調節 pH 為 9左右進行混凝反應，廢水進入 60°斜板固液分離，設計最大表面負荷為1.0 m2·h，上層清液進入回收水池，汙泥進入綜合汙泥池。原水經過多介質過濾器，濾料設計吸附值≥1000 mg/ g，粒徑0.44~3 mm，比表面積 700～1400 ㎡/g，確保出水汙染指數（Silting Density Index，簡稱 SDI）≤5，去除有機物和餘氯，降低色度、濁度，延長膜系統的使用壽命［8-9］。

3.6 汙泥處理系統

各類廢水經固液分離，沉澱汙泥由斜板沉澱池收集，經氣動泵輸送至板框壓濾機壓幹，壓濾機出水排至濃水收集池。

3.7 土建和安防系統

本項目新增216 ㎡使用面積，土地進行硬化防腐處理，彩鋼瓦覆蓋。依據《國防科技工業安全防範系統技術要求》的二級防範要求，周界設置高度2.4 m的金屬柵欄，豎杆間距150 mm，配備4臺高清攝像頭，視頻圖像記錄像素大於704×576（4CIF），記錄幀率大於25幀/秒，圖像信息保存時間大於30 d。設計門禁系統，新建應急處理池，安裝水質在線監測設施並與環保局聯網。

4 處理效果

工程已建成投入使用，運行情況良好。加藥單元採用自動控制系統，設備開停現場手動和程序自動控制，中央監控室設監控屏顯示系統運行狀態。處理後出水達到設計出水標準及電鍍汙染物排放標準（GB21900—2008），經當地環保部門驗收合格。回用水可滿足工件清洗質量及不影響後工序鍍槽鍍液質量，水重複利用率達40％。

5 效益分析

本套電鍍廢水處理設施以節能和自動化為依據，在配電設計、化學藥劑的選用和自動化程度上進行優化篩選以達到節約成本的目的。工藝技術人員由電鍍工藝員兼職，配備汙水處理操作人員 1 人，八小時工作制。日常運行費用主要包括電費、藥劑費及人工費用等，以含鉻廢水處理回用系統為例，其處理成本主要包括耗電費和藥劑費兩項，具體核算數據如表 2所示，其它廢水處理系統運行成本參考表 2 核算數據進行計算，具體見表 3。按照每天 120 m³/d的廢水處理量計算，廢水的平均處理成本為9.6 元/m³，工程運行費用較低。

6 結論與展望

本文在分析企業廢水來源、廢水含量的前提下，做好分質分流，應用化學法處理含鉻廢水、含鎳廢水、含氰廢水和酸鹼廢水，技術成熟、效果穩定，對重金屬汙染物去除適應性強；由 pH 和 ORP 控制儀控制各處理單元自動加藥，操作簡便。

應用膜分離技術進行回水再利用，達到了清潔生產Ⅱ級要求，減少了汙染物排放，且可根據需要進行擴展。安防、防腐、應急設備設施均滿足要求。

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