電鍍廢水的納濾膜處理工藝及案例
電鍍廢水中存在多種致癌、致畸、致突變或劇毒物質(zhì),如重金屬離子或氰化物等,對(duì)環(huán)境與人類危害極大,必須加以嚴(yán)格治理.人們開發(fā)了許多工藝和方法用于處理電鍍廢水,主要有:化學(xué)沉淀、吸附、生物、電解、離子交換和膜分離等.膜分離、離子交換或其結(jié)合工藝在電鍍廢水的處理應(yīng)用中,通常可以實(shí)現(xiàn)在線回收,并且回用水的水質(zhì)較高[1, 2].然而,由于生產(chǎn)規(guī)模、鍍件基材、鍍層材料、電鍍工藝、管理控制水平以及電鍍場(chǎng)建設(shè)歷史等諸多較為復(fù)雜的原因,許多現(xiàn)有電鍍企業(yè)或電鍍生產(chǎn)線上實(shí)行完全意義上的全循環(huán)(電鍍金屬和水)仍然是難以實(shí)現(xiàn)的.因此,研究開發(fā)適合于末端處理電鍍廢水的工藝技術(shù),最大程度地處理、回用水資源,實(shí)現(xiàn)廢水的零排放或微量排放仍然具有實(shí)際意義.
1 交互平衡式膜分離-化學(xué)沉淀工藝
1.1 化學(xué)沉淀法處理電鍍廢水
化學(xué)沉淀法是利用廢水中的成份與某些化學(xué)成份反應(yīng)生成難溶化合物,從而將廢水中的污染成份沉淀去除的方法.電鍍廢水中的重金屬通常是銅、鎳、鉻、鋅、鎘等,這些重金屬在堿性條件下形成低溶度積的氫氧化物沉淀;或者在硫離子存在時(shí)生成硫化物沉淀.然而,由于硫化物的沉淀性和毒性等問題,實(shí)際運(yùn)行中,通常采用提高pH,形成重金屬氫氧化物沉淀的處理方法[3].但是,單純的化學(xué)沉淀法處理電鍍廢水存在這樣幾方面的問題:首先,當(dāng)幾種重金屬共存時(shí),pH的調(diào)節(jié)將變得復(fù)雜.如在Cu和Ni共存的廢水中,由于Cu和Ni的“沉淀完全的pH”分別為6.8和9.5,因此,為使Cu和Ni“沉淀完全”就必須梯度提升pH,并采用分步沉降分離的操作過(guò)程.這將給實(shí)際處理操作帶來(lái)不便,甚至難以滿足排放或回用標(biāo)準(zhǔn).第二,處理后產(chǎn)水水質(zhì)品質(zhì)不高,使得回用水只能處于低質(zhì)回用狀態(tài),難以用于對(duì)水質(zhì)要求高的工藝段.第三,處理水不可濃縮.當(dāng)需要回用產(chǎn)水時(shí),通常采用NF或RO對(duì)這部分產(chǎn)水進(jìn)行進(jìn)一步處理,以提高水質(zhì).但是由于水中的殘余離子處于溶度積的臨界狀態(tài),因此,這種水存在造成膜系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn),使得膜處理過(guò)程難以或不能達(dá)到較高的水回收率,即不可濃縮.
1.2交互平衡式膜分離-化學(xué)沉淀工藝
交互平衡式膜分離-化學(xué)沉淀工藝(IBMS-CP是將納濾系統(tǒng)嵌入化學(xué)沉淀過(guò)程中,并使化學(xué)沉淀和膜過(guò)程交互循環(huán)并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的工藝過(guò)程(圖1).如圖1所示,在IBMS-CP工藝中,經(jīng)化學(xué)沉淀處理的廢水,經(jīng)過(guò)多級(jí)沉降池去除沉淀后與含有重金屬的廢水在綜合調(diào)節(jié)池中混合,再進(jìn)入膜分離單元進(jìn)行濃縮分離.視回用水質(zhì)的要求,膜分離單元的透過(guò)液,或直接回用,或經(jīng)進(jìn)一步處理而回用.而濃縮液則回到化學(xué)沉淀單元進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)處理過(guò)程.一般此處的膜分離單元采用納濾系統(tǒng).其原因在于:納濾可以較好地截留濃縮二價(jià)和高價(jià)重金屬離子,同時(shí)使一價(jià)鹽進(jìn)入透過(guò)液,從而避免一價(jià)鹽在IBMS-CP循環(huán)過(guò)程中的積累.
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由于納濾膜對(duì)一價(jià)鹽的透過(guò)率將隨其濃度上升而增大,因此,在IBMS-CP工藝中,進(jìn)入和透出IBMS-CP系統(tǒng)的一價(jià)鹽將在其到達(dá)某濃度時(shí)自動(dòng)達(dá)成動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),從而使一價(jià)鹽在表觀上“穿過(guò)”IBMS-CP循環(huán).同時(shí),該過(guò)程的產(chǎn)水被“軟化”,這是IBMS-CP工藝的特點(diǎn),也是其能夠運(yùn)行的關(guān)鍵.另外,由于納濾過(guò)程提高了多價(jià)離子的濃度并大幅減少了廢水總量,因此將使化學(xué)沉淀設(shè)備的容量顯著減小且反應(yīng)沉淀過(guò)程更迅速、完全,IBMS-CP工藝是一個(gè)使得化學(xué)沉淀和膜過(guò)程有機(jī)結(jié)合且相互促進(jìn)、強(qiáng)化的過(guò)程.
2 IBMS-CP的工程應(yīng)用
該工程為江蘇省某大型電子產(chǎn)品公司的電鍍廢水回用項(xiàng)目,其主要從事高性能電聲產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和銷售,電鍍?cè)谄渲圃爝^(guò)程中是最關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié).目前,該公司有自動(dòng)和手動(dòng)滾鍍線共五條,鍍件主要為鐵質(zhì)基材,鍍種為鍍銅、鍍鎳、鍍鉻和鍍金等,其中,鍍金線已實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán);除含氰、含鉻廢水單獨(dú)收集外,其余廢水(包括地面水)全部收集于同一廢水儲(chǔ)池,在場(chǎng)內(nèi)統(tǒng)稱銅鎳廢水.該公司的電鍍廢水原來(lái)以化學(xué)法為主進(jìn)行處理,但由于生產(chǎn)的不規(guī)則變化和產(chǎn)能的擴(kuò)大,使得原來(lái)的處理設(shè)施的處理能力漸顯不足并幾次發(fā)生“超標(biāo)”現(xiàn)象.加之排放總量的定額無(wú)法增容,促使公司決定以更先進(jìn)可靠的處理技術(shù),達(dá)到廢水的“零排放”,實(shí)現(xiàn)水的最大程度回用.
2.1 電鍍廢水的水質(zhì)、水量及回用水質(zhì)要求
需要處理的電鍍廢水的水質(zhì)、水量匯總于表1.經(jīng)處理的水全部回用于生產(chǎn)線,用于制造過(guò)程工藝用水,其水質(zhì)為:pH6~7;電導(dǎo)率<300μS/cm;總重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.1×10-6;SS<10×10-6.
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2.2 電鍍廢水的處理、回用工藝
本項(xiàng)目中涉及不同電鍍工藝產(chǎn)生的多種廢水,根據(jù)各種類廢水的水質(zhì)、水量、回用水水質(zhì)以及無(wú)廢水外排的要求,設(shè)計(jì)該項(xiàng)目的處理工藝.其工藝包括:預(yù)處理、IBMS-CP、RO凈化濃縮以及濃液蒸發(fā)等部分.預(yù)處理包括:含氰廢水的氧化破氰,含鉻廢水的還原破鉻,各部分廢水的匯聚均質(zhì)和pH初調(diào)等部分.該廢水的處理工藝流程圖如圖2所示,各類廢水經(jīng)不同的預(yù)處理單元處理后,進(jìn)入IBMS-CP處理.其產(chǎn)水進(jìn)入兩級(jí)RO系統(tǒng)進(jìn)一步凈化濃縮.RO產(chǎn)水返回生產(chǎn)線回用,而二級(jí)RO的濃液由結(jié)晶蒸發(fā)設(shè)備作最終處理.
IBMS-CP工藝的納濾膜選用DL-8040C,該元件具有較高的一價(jià)鹽透過(guò)率,適用于有機(jī)物脫鹽、廢水金屬的應(yīng)用.一級(jí)RO(RO I)系統(tǒng)選用BW 30-400反滲透元件.該元件具有99.5%的穩(wěn)定脫鹽率.二級(jí)RO(RO II)系統(tǒng)采用SW30 HR LE-400海水淡化反滲透元件.IBMS-CP的納濾膜系統(tǒng)、兩級(jí)RO系統(tǒng)采用“圣誕樹”式二段排布.三處膜系統(tǒng)均采用自動(dòng)與手動(dòng)控制相結(jié)合,并設(shè)有高低壓、流量自動(dòng)保護(hù)、定時(shí)自動(dòng)快速?zèng)_洗功能.膜系統(tǒng)均以壓差、膜通量和累積運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行化學(xué)清洗.上述參數(shù)任意一個(gè)達(dá)到設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)給出清洗提示信息與警報(bào),化學(xué)清洗用人工方式進(jìn)行.
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2.3 IBMS-CP工藝單元的運(yùn)行狀況與討論
該項(xiàng)目的電鍍廢水處理與回用系統(tǒng)已投入實(shí)際運(yùn)行達(dá)17個(gè)月.運(yùn)行期間,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的水質(zhì)、水量的數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況,對(duì)部分操作參數(shù),比如:系統(tǒng)回收率、自動(dòng)快速?zèng)_洗周期和化學(xué)清洗周期設(shè)定等進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整.目前,該項(xiàng)目已經(jīng)通過(guò)當(dāng)?shù)厥屑?jí)環(huán)保質(zhì)監(jiān)部門和用戶單位的驗(yàn)收,本文著重對(duì)IBMS-CP工藝單元的情況進(jìn)行總結(jié)和討論.
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圖3給出了自設(shè)備運(yùn)行至2009年7月期間,進(jìn)水壓力與進(jìn)水電導(dǎo)率之間的關(guān)系.由此可見,進(jìn)水電導(dǎo)率對(duì)納濾的進(jìn)水壓力影響不顯著.納濾系統(tǒng)的運(yùn)行壓力(進(jìn)水壓力)波動(dòng)較小,表明該系統(tǒng)運(yùn)行非常平穩(wěn).進(jìn)水電導(dǎo)率最高達(dá)6 100μS/cm,最低為2 020μS/cm,對(duì)應(yīng)的運(yùn)行壓力(進(jìn)水壓力)分別為9.2和5.9 kg/cm2.隨著回用水系統(tǒng)投入運(yùn)行,循環(huán)于生產(chǎn)線與處理系統(tǒng)間的水質(zhì)得到改善,廢水的電導(dǎo)率明顯下降至4 000μS/cm以下,這與原來(lái)的5 300μS/cm相比,差異顯著.由此,處理能耗得到降低.納濾系統(tǒng)的產(chǎn)水水質(zhì)受進(jìn)水水質(zhì)、形成進(jìn)水水質(zhì)的各種成分的絕對(duì)和相對(duì)量、運(yùn)行參數(shù)(如溫度、pH)等影響.雖然產(chǎn)水電導(dǎo)率不能完全反應(yīng)產(chǎn)水水質(zhì),但它仍然可以在一定程度上反應(yīng)納濾膜的性能和運(yùn)行狀態(tài).如圖4所示,納濾系統(tǒng)對(duì)該電鍍廢水具有相對(duì)穩(wěn)定的脫鹽率,且其對(duì)總鹽的表觀截留率隨進(jìn)水含鹽量的降低有小幅上升.這與納濾本身的特性是相符的,但由于進(jìn)水中多價(jià)離子的含量較高,因此,一價(jià)鹽效應(yīng)相對(duì)減弱.對(duì)納濾產(chǎn)水進(jìn)行重金屬檢測(cè),表2匯總了幾次檢測(cè)的結(jié)果.從檢測(cè)結(jié)果可知,納濾對(duì)廢水中的重金屬離子的截留率較高,但殘余離子仍不能達(dá)到回用要求,這是需要進(jìn)一步采用RO處理的主要原因.
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圖5所示為納濾系統(tǒng)運(yùn)行和經(jīng)化學(xué)清洗前后的系統(tǒng)壓差變化圖.圖5峰值處表明,在化學(xué)清洗后,系統(tǒng)壓差可以恢復(fù)到初始狀態(tài),該系統(tǒng)的清洗周期約為3個(gè)月.另外,運(yùn)行期間對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)快速?zèng)_洗周期也進(jìn)行了進(jìn)一步摸索,初步運(yùn)行結(jié)果表明:每6 h進(jìn)行一次自動(dòng)快速?zèng)_洗有利于該納濾系統(tǒng)的污染控制.
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ROⅠ與ROⅡ分別運(yùn)行于72%~80%與75%~82%的回收率之間,因此總的系統(tǒng)回收率處于93%~96%之間.系統(tǒng)運(yùn)行非常平穩(wěn).至今,兩級(jí)RO系統(tǒng)均進(jìn)行了3次化學(xué)清洗,恢復(fù)良好.RO產(chǎn)水中,重金屬含量均低于檢測(cè)下限.
3 結(jié)論
介紹了IBMS-CP工藝的設(shè)計(jì)思路和工藝路線,并結(jié)合某公司的電鍍廢水處理和回用項(xiàng)目取得了這一應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù),得出如下結(jié)論.
1) IBMS-CP工藝適用于含重金屬的廢水處理和/或回用領(lǐng)域.IBMS-CP工藝運(yùn)行平穩(wěn),受來(lái)水水質(zhì)波動(dòng)影響較小,產(chǎn)水水質(zhì)穩(wěn)定,系統(tǒng)易于控制且易恢復(fù).
2) IBMS-CP工藝與RO聯(lián)合應(yīng)用,可以使RO系統(tǒng)在極高的回收率下運(yùn)行并得到較高的產(chǎn)水水質(zhì),可以實(shí)現(xiàn)電鍍末端廢水的零排放或微量排放.
3)處理系統(tǒng)的主要單元均為膜系統(tǒng),因此便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行,減少人力需求和勞動(dòng)強(qiáng)度,也大大改善了運(yùn)行環(huán)境.
參考文獻(xiàn)
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