电镀废水处理方案比选及改造工艺最佳参数研究

电镀废水处理方案比选及改造工艺最佳参数研究

摘要：为解决工业园区电镀废水处理后水质达不到排放标准的问题，采用混凝沉淀-UF/超滤工艺替代原砂滤段，进行方案比选，研究各改造段的最佳运行参数及经济技术可行性。结果表明：当混凝段PAC投加量为10mg/L、PAM投加量为70mg/L、UF段运行压力为0.25MPa、透光率为0.8时，出水中Ni2+、CU2+、总Cr、Cr6+浓度分别为0.35、0.38、0.42、0.22mg/L，改造成本仅增加0.8元/t； 处理后水质满足广东省地方污染物排放及国家电镀废水处理标准的最严格要求，改造工艺技术可行性良好。

建设生态文明是中华民族永续发展的长远大计。党的十九大报告强调，要树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，像对待生命一样对待生态环境。广东省是经济大省，电镀行业发展十分迅速，但电镀废水超标排放的现象时有发生，严重污染了区域和局部环境。有效的污染防治是建设幸福广东的必然要求[1]。珠海市某工业园区有多家电镀企业，主要涉及镀铜、镀镍、镀铬等电镀工艺，废水中含有大量的CU2+、总Cr、Ni2+、Cr6+，经过简单的化学处理后，集中在工业园区污水处理厂的某一工段进行集中处理。 由于集中处理厂工艺简单、设备陈旧，导致CU2+、总Cr、Ni2+等污染物达不到排放标准。本文对电镀废水不达标排放的原因进行分析，探索进行小规模中试，对废水处理工段进行改造，使废水达到广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB/26—2001）和《电镀污染物排放标准》（—2008）中最为严格的两个标准。

1 原有工艺及存在问题

1.1 原始流程

1.1.1 原工艺流程

原废水处理工艺流程如图1所示。

1.1.2原工艺进水条件

外排废水重金属离子浓度较高，酸性较强，具体水质情况见表1。

1.1.3 原工艺出水状况

根据水处理站实测数据，原废水处理工艺长期稳定运行出水水质如表2所示，出水中CU2+、Ni2+、总Cr等指标均不能满足广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB/26-2001）和《电镀污染物排放标准》（-2008）中最严格的标准；其中Cr6+勉强达标。

1.2 问题

1.2.1 水质波动大

废水处理站进水水质随生产线生产的产品而变化，波动较大，水质不稳定。镀铜、镀镍、镀铬业务量取决于市场变化，长期来看，重金属离子浓度随业务量变化而波动，增加了废水的复杂性。

1.2.2 进水量超过设计规模

随着企业生产规模扩大，废水量由120m³/d增加到240m³/d，但污水处理厂规模并未相应扩大，导致污水处理厂构筑物容积不足，水力停留时间太短，处理效果不佳，加之场地有限，无法提供更多升级改造空间。

1.2.3重金属离子逃逸严重

原有废水处理工艺不能达标排放，主要原因是取水量超过负荷，水质波动较大，重金属离子过滤效果差，导致重金属絮体或离子逸出。

2.改造方案比选

2.1 备选方案选择

电镀废水处理一般采用物理处理、化学处理和生物处理相结合的方法，兼顾去除重金属离子和有机物。常见的电镀废水处理工艺有：混凝沉淀-微滤/MF-反渗透/RO工艺、化学反应-MBR工艺、化学反应-混凝沉淀-UF/超滤。废水处理工艺的选择或改造应针对既定的废水水质和原有工艺，兼顾技术可行性和经济可行性。

混凝沉淀-微滤/MF-反渗透/RO工艺能较好地满足技术可行性的要求，出水水质很好，但是反渗透/RO膜组件本身价格昂贵，运行压力高，且易污染，反冲洗频繁，处理成本高[3]。化学反应-MBR工艺本身也具有较好的技术可行性，但是由于原水COD较低，采用原处理工艺即可达到有机物的排放标准，没必要选择活性污泥工艺，另外MBR工艺本身的运行维护也相对复杂[4]。因此，化学反应-混凝沉淀-UF/超滤具有更好的经济技术可行性。

2.2 确定推荐解决方案

根据以上方案比较，选定如下组合工艺：化学反应—混凝沉淀—UF/超滤，见图2。

原废水处理工艺对CU2+、Ni2+及总Cr均难以达标排放，尤其是总Cr超标严重，主要原因有两点，一是还原池对Cr6+处理效果不佳，出水中平均残留Cr6+接近0.5mg/L，观察发现并不是投加量不足，而是搅拌方式较为原始，不能充分反应；二是过滤效果不佳，在搅拌反应阶段，加碱生成的Cr(OH)3沉淀颗粒极小，砂滤段长期运行后拦截效果有限，导致总Cr严重超标，CU2+、Ni2+等沉淀物也有部分渗出，出水水质经常超标。采用化学反应-混凝沉淀-UF/超滤改造工艺，可有效解决以上两个问题。 在综合反应池后增设混凝工段，投加高分子有机、无机絮凝剂，有利于保证总Cr(OH)3、CU(OH)2、Ni(OH)2等沉淀物通过吸附架桥作用形成较大的絮凝体[5]，经沉淀分离后，利用UF膜的超强过滤作用，将剩余的细小絮体和沉淀物截留，保证废水达到排放标准。

2.3 实验方法

研究对象为对综合反应池出水后处理段进行改造，在综合反应池后增设混凝段，砂滤段改为沉淀，后接超滤处理段。研究在原段运行条件不变的前提下，探索改造工艺的技术可行性、运行参数，以及改造工艺对污染物的最佳去除效果。原工艺处理水量10m³/h，实验出水规模为0.5m³/h。在实验中试环境中对混凝-沉淀-UF等改造段进行研究探索，以CU2+、总Cr、Ni2+的去除效果为重点开展实验研究，并以最佳运行参数为研究对象。

3。结果与讨论

3.1混凝段运行参数试验

电镀废水中平均总Cr浓度高达135mg/L，pH值在2~4之间，经化学还原后流入综合反应池，石灰投加量约为100g/L。取化学反应池出水0.5m³，先调节pH值到6~9之间，进行混凝沉淀实验，投加PAC和PAM，然后进行沉淀，探索最合适投加量和重金属离子最佳去除率。PAC投加量固定为10mg/L。随着絮凝剂PAM投加量的不断增加，沉淀池出水中重金属离子浓度不断降低，如图3所示。

如图3所示，当PAM投加量达到70 mg/L时，出水中CU2+、Ni2+含量为0.45、0.47 mg/L，基本满足地方及行业排放标准，而进水总Cr为0.82 mg/L，无法达标排放。Ni2+与CU2+形成的化学沉淀物具有絮凝性，会产生沉淀网结作用，投加絮凝剂后，吸附架桥作用会进一步提高沉淀物的去除效果[6]。进水总Cr浓度较高，形成的沉淀物分散、细小，投加絮凝剂后，虽然达到了一定的去除效果，但出水中总Cr仍然超标，主要是由于总Cr沉淀小颗粒逸出造成的，后续的UF/超滤工艺可以较好地截留该污染物。

3.2 UF/超滤段运行参数实验

超滤膜孔径约为10nm，对进水中悬浮颗粒的拦截效果良好，经混凝沉淀后，进水中Ni2+、CU2+、总Cr等污染物含量分别为0.45、0.47、0.82mg/L。采用聚酰胺超滤膜组件，在压力为0.25MPa下，调节出口开关，使滤液渗透率分别为0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1，探索最佳渗透率。UF/超滤渗透率对出水水质的影响如图4所示。

如图4所示，当渗透率在0.8左右时，Ni2+、CU2+、总Cr等污染物的去除效果仍能保持较好的水平，出水中Ni2+浓度为0.35mg/L、CU2+浓度为0.38mg/L、总Cr浓度为0.42mg/L。由于混合作用的限制[7]，出水中残留少量游离态Ni2+和CU2+，在混凝沉淀阶段去除效果较好，因此对Ni2+和CU2+的去除率分别仅为22.2%和19.1%，而对总Cr的去除率为48.8%，效果较好。 当渗透率为0.9和1时，短期内出水水质尚好，但渗透率过高会导致超滤/超滤膜发生严重的浓度极化，加速膜的老化，最终使出水水质恶化，加速超滤/超滤膜的更换速度，增加废水处理的成本[8]；最佳渗透率为0.8左右。

3.3 结果对比分析

3.3.1 水质结果分析

改造后出水水质对比见表3。

从表3可以看出，改造后工艺出水能较好地满足广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB/26-2001）和《电镀污染物排放标准》（-2008）的最严格标准，该工艺技术可行。

3.3.2 经济分析

改造工艺主要增加混凝反应池、沉淀池、UF/超滤膜组件，见表4。

该工艺主要运行成本来源于混凝池、沉淀池的基建费用以及混凝剂的投加费用、UF/超滤膜的购置及维护费用、相关电费等。假设基建结构使用年限为20年，按市场价格计算，运行成本增加0.8元/t；加上原有化学处理工段成本1.2元/t，废水处理总成本为2元/t。

4。结论

（1）根据珠海某工业园区电镀废水处理工艺及水质现状，采用混凝沉淀-UF/超滤工艺替代原砂滤工艺，可以使出水达到排放要求，具有良好的工艺技术可行性。

(2)当混凝段PAC投加量为10 mg/L、PAM投加量为70 mg/L、UF/超滤段运行压力为0.25 MPa、渗透率为0.8时,改造后工艺出水中Ni2+、CU2+、总Cr浓度分别为0.35、0.38、0.42 mg/L,满足排放要求。

（3）工艺改造后，运行成本增加0.8元/t·天，总运行成本为2元/t，具有良好的经济可行性。