电镀废水处理技术研究：实现无害化、资源化，保护环境与健康

电镀废水处理技术研究：实现无害化、资源化，保护环境与健康

1 简介

电镀行业废水量巨大，且污染物毒性大、处理难度大，极易造成较大的环境破坏。我国电镀企业中中小企业占很大比例，其生产工艺落后，配套的废水处理设备不完善，污染较大。电镀废水中含有大量的重金属，这些重金属容易在生物体内富集，不易生物降解，许多重金属元素具有毒性或致癌性，这些重金属进入人体后会对人体造成很大的危害[1,2]。此外，电镀废水中还含有大量的酸、碱及各种有机物，其中不乏一些严重威胁人体健康的“三害”物质[3,4]。因此，电镀废水必须进行有效处理，处理达标后方可排放。 国家和社会越来越重视电镀废水处理技术的研究，以达到废物的无害化、资源化利用，获取最佳的环境效益和经济效益。

目前，电镀废水的常规处理技术主要有物理方法（蒸发浓缩和反渗透）、化学方法（化学沉淀、氧化还原和铁氧体法）、物理化学方法（吸附、膜分离、离子交换和电解）、生物方法、组合处理方法[5, 6]和其他方法（光催化技术、重金属清除剂）。本文将介绍各处理方法的原理、优缺点和研究现状，最后对电镀废水的处理进行展望，为研究提供依据和方向。

2 电镀废水成分及性质

电镀废水主要由镀层清洗水、废镀液、设备冷却水及其他废水（包括洗车间地面、板材冲洗水、通风设备冷凝水及镀槽漏液引起的槽液、排水）组成。废水水质复杂，成分难以控制，含有不同浓度的铁、铜、锌、铬、锡、铅、镉、铁、镍离子及高浓度的硫酸、硫酸根、氯离子等，这些离子严重威胁人体健康。此外，电镀废水中还含有许多有价值的工业原料，可以回收利用。

3 电镀废水处理方法

3.1 物理方法

物理法是在不改变物质化学性质的情况下，分离电镀废水中悬浮污染物的方法。代表性方法有蒸发浓缩和反渗透。前者顾名思义，是通过蒸发来浓缩重金属。后者利用反渗透的原理，对含有废水的部分施加较高的压力，使溶剂

水分子透过半透膜，将水与重金属及其他溶质分离。两种方法均为物理操作，工艺成熟简单，不需投加化学试剂，不会产生二次污染，重金属和水可循环使用，一般适用于处理含铬、铜、镍的废水。但这两种方法能耗大、成本高，不适用于处理重金属含量较低的废水。因此一般采用物理方法作为辅助处理方法和其他方法来处理电镀废水。冯霞[7]等采用微滤-反渗透工艺深度处理电镀废水，结果表明，电镀废水中脱盐率、Cu2+去除率、Ni2+去除率分别达到95.6%、98.8%、98.6%。 浊度基本去除，出水水质满足GB 21900-2008《电镀污染物排放标准》中水污染特别排放限值要求。

3.2 化学法

3.2.1 化学沉淀法

通过投加化学试剂与废水中的污染物结合形成沉淀物，再经过沉淀、过滤、分离去除的方法。主要有硫化物沉淀法、氢氧化物沉淀法、铬酸盐沉淀法和铁氧体沉淀法等。化学沉淀法作为传统工艺，较为成熟且成本相对较低，在电镀废水处理中占有较大的比重。但其存在药剂消耗过多、废渣量大、重金属不能直接回用、易造成二次污染等问题。杜浩明[8]等将电镀废水中的铬离子还原生成危害较小的三价铬离子，并通过调节pH值形成沉淀，从而达到去除铬的目的。

3.2.2 氧化还原法

氧化还原法是利用氧化剂或还原剂与可溶性污染物发生反应，使污染物转化为无害物质的方法，主要包括化学氧化法和化学还原法。氧化还原法具有来源广、效率高、操作简单、投资少、应用广泛等优点。茹振秀[9]等采用氧化还原法处理含氰、铬混合电镀废水，结果表明，两种废水混合处理后，各项指标均优于国家标准，且工艺流程和设备比单独处理时更简单。

3.2.3 铁氧体法

铁酸盐法的原理是在适宜的温度和pH条件下，加入的硫酸铁与电镀废水中的金属离子发生反应，生成铁酸盐复合氧化物，通过固液分离去除重金属离子。铁酸盐法具有工艺简单、固液分离容易、无二次污染等优点。但该方法处理成本高，处理工艺条件难以控制，产生大量污泥。彭丽华等[10]利用

采用铁氧体法处理混合电镀废水，该方法可以高效处理含有多种重金属离子的电镀废水，且处理成本较低。

3.3 物理化学法

3.3.1 离子交换法

利用交换剂中的交换基团对废水中不同离子进行选择性交换分离，最终去除污染物的方法。目前该方法主要适用于含铬、镍、金等电镀废水的处理。离子交换法在处理效率、资源回收率等方面具有其他方法无法比拟的优势，但存在一次性投资大、运行管理复杂、占地面积大、易造成“二次污染”等问题。另外，由于树脂柱容易饱和，离子交换法在重金属浓度较高的废水中的应用受到限制。董鑫等[11]采用离子交换法处理含铬电镀废水，结果表明，处理后的出水中C(rVI)浓度小于0.2mg/L，达到国家排放标准。另外，得到的铬酸溶液可以浓缩后回用于电镀槽，消除了C(rVI)对环境的污染。

3.3.2 电解

电解是利用电极的氧化还原产物与废水中的有害物质发生化学反应形成沉淀的方法。此法效率高、回收方便，回收产物一般都有再利用价值和一定的经济效益。同时，由于此法能耗大、成本高，不适用于处理低浓度电镀废水。许多研究者通过电渗析从电镀废水中选择性回收锌和镍[12,13]。关伟等[14]采用RuO2/Ti阳极和不锈钢阴极结合电氧化-电沉积

（EO-ED）系统处理镍氨络合物废水，同步实现镍氨络合物的络合和镍金属的回收，镍回收率可达85-95%，氨氮去除率可达65-70%。

3.3.3 膜分离

由于膜的渗透作用，在外界能量的推动下，废液中的某些成分能被选择性渗透，从而达到分离、净化和富集的目的。这些方法包括反渗透、微滤、超滤和纳滤。这些方法不仅可以解决重金属污染问题，还可以回收电镀工业中的有用金属[15,16]。膜分离是一种非常有前途的技术，占地面积小，不会产生二次污染，但膜价格昂贵，易被污染。董佳等[17]利用膜分离处理电镀废水，结果表明，在一定条件下（压力、pH和回流比），废水中铬离子、铜离子和镍离子的去除率均达到98%以上，经济效益和环境效益十分良好。

3.3.4 吸附法

吸附剂具有特殊的结构，利用这些独特结构吸附去除重金属的方法称为吸附。活性炭、壳聚糖树脂、腐殖酸都是常见的吸附剂。不同的吸附剂有不同的吸附机理，其中最主要的有物理吸附、化学吸附和生物吸附。吸附具有去除效率高、稳定性好、无二次污染或二次污染小、吸附剂可重复使用等优点。余伯奇[18]利用Mg

(OH)2吸附废水中的Ni2+离子。研究表明，当pH为4.8～8.6、搅拌时间为4min、投加量为1.5g/L时，用此方法可去除90%以上的Ni2+离子，且使用过的Mg(OH)2可重复利用。 R等[19]研究了MCM-48介孔二氧化硅对电镀废水的吸附，结果表明，制备的吸附剂可去除99%的Ag。王胜

Y等[20]利用桉树残渣制备磁性生物炭处理与金属共存的含铬电镀废水，Cr(VI)、总Cr、Cu(II)和N(II)被磁性生物炭有效吸附，去除率分别为97.11%、97.63%、100%和100%，且磁性生物炭使用后仍具有原有的磁分离性能。

3.4 生物法

生物法是通过微生物或植物的吸附功能和代谢作用使污染物富集去除的方法。与其他物理化学方法相比，生物法具有消耗少、经济、环保、可进一步回收重金属等优点。但生物法多处于实验模拟阶段，其实际应用及工业化仍需深入研究。刘晨等[21]利用咖啡渣废弃物的生物吸附，有效还原吸附了电镀废水中的铬。反应过程中，Cr(VI)被完全消除，仅留下少量的Cr

（III）留在溶液中。FV 等人 [22] 发现，大型藻类（P.-

ta) 可以在酸性pH条件下作为天然电子给体将Cr(VI)还原为Cr(III)，也可以作为天然阳离子交换剂与锌、铁和三价铬螯合。

3.5 联合加工技术

电镀废水种类繁多，各种生产工艺也使得废水特性各异，单一的废水处理技术难以得到广泛应用。同时，单一的处理方法难以达到要求的指标，不能达到处理效果与经济效益的统一。采用多种组合技术来解决这一问题，多种技术相互补充、相互促进，以取得更好的处理效果和经济效益。物化-生物-膜组合工艺是电镀废水处理的主流。其中，物化法对电镀废水中重金属离子有良好的去除效果，生物法能有效去除有机物，膜法对污染物进行进一步的拦截。结合三者在去除不同污染物方面的优势，可有效降低电镀废水的处理成本，提高再生率[23]。此外，其他组合方法也被广泛应用。张彬彬等。 [24]采用微电解-A/O工艺处理电镀废水，出水中氨氮、氯、总氮、COD的质量浓度均达到排放标准，去除效果显著且稳定。崔建等[25]采用臭氧氧化-曝气生物滤池（BAF）工艺处理含氰电镀废水，结果表明，CN-、COD、Cu2+和Ni2+的去除率分别为99.7%、81.7%、97.8%和10.8%。

95.3%，出水浓度达到电镀废水排放标准。此外，加入葡萄糖可以提高生物滤池的污染物去除效率[26]。Ghosh P 等[27]提出了一种电化学法和石灰沉淀法联合处理高浓度废水的方法

一种测定人造丝工业废水中COD和锌的有效方法。

3.6 其他技术

3.6.1 光催化技术

光催化处理技术原理是在光照下通过光催化跃迁产生电子-空穴对，其中电子可以直接还原电镀废水中的重金属，而空穴可以将水氧化成羟基自由基，从而将难降解的有机物氧化成H2O和CO2。光催化剂主要有TiO2、ZnO、WO3、

、SnO2和Fe2O3。光催化技术具有适用范围广、处理效率高、产物降解彻底、不产生二次污染的特点。孙斌等[28]选用TiO2为催化剂，在紫外光条件下对络合铜废水进行光催化反应，结果表明，在适宜条件下，络合铜废水中Cu(II)和COD的去除率分别为96.56%和57.67%。

3.6.2 重金属捕收剂

在常温条件下，废水中大部分重金属离子能与重金属清除剂产生强螯合作用，生成的产物为高分子量的螯合盐沉淀。通过固液分离可达到去除废水中重金属离子的目的。该方法具有来源广泛、无二次污染、反应效率高、选择性好等优点，尤其适用于重金属含量较低的废水。潘思文等[29]研究了3种市售清除剂对实际电镀废水中Cu2+、Zn2+、Ni2+的处理效果。结果表明，硫氰酸三钠（TMT）适用于处理单一含铜废水；二甲基二硫代氨基甲酸钠（TMT）适用性较好，适用于处理含铜废水。

当pH=9.7时,3种重金属离子的去除效果最好,所有离子均能达标排放;二乙基二硫代氨基甲酸钠()对

Ni2+处理效果不理想。

4 结论与展望

国家对于环保行业的要求越来越严格，电镀企业必须注重环保生产，引进绿色节能技术，这就要求对电镀废水处理技术进行更加深入的研究。另一方面这也为电镀废水处理技术的研究提供了机遇，各种处理方法的研究变得更加必要，处理方法的优化、新型处理方法的发明，将使这一领域有更加长足的发展。综合国内外对电镀废水处理的研究现状，提出以下展望：

（1）对于废渣污泥、电镀废液的处理及再利用，可以考虑建立覆盖城市或区域的集中回收再生中心，统筹规划、统一收集回用，实现资源化再利用；

（2）国外90%以上的电镀废水处理采用化学方法。同时单一的处理方法很难达到理想的处理效果。因此，开发以化学方法为主要方法，其他方法为辅助方法的组合处理技术是一个发展方向。这种组合处理技术应用范围广，可以节省资源。

（3）微生物因成本低、不产生二次污染等优势受到广泛关注，通过分子生物学技术在基因水平进行深入研究以及与植物或新型功能材料结合处理电镀废水将是未来的研究热点。

（4）在实现电镀废水主要污染物零排放的基础上，采用重金属废水回收工艺等清洁生产技术，实现有用重金属的回收利用。

（5）研究废水处理的自动控制系统具有一定的意义，可以根据废水的不同成分和含量，实时调节废水处理设备，达到高效的处理效果。

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