镍废液电解 电镀表面处理行业：机遇与挑战并存，如何实现可持续发展？

镍废液电解 电镀表面处理行业：机遇与挑战并存，如何实现可持续发展？

随着我国经济的快速发展，特别是在“制造业是强国之本、立国之本”的宏伟战略下，汽车、航空、航天、电子、轻工、机械等行业的发展将迎来技术水平的加速提升。同时，电镀行业由于其独特的性能，能为工业产品提供良好的外观装饰性、耐腐蚀性、耐磨性、导电性和耐用性，在工业生产中有着不可或缺的作用。因此，电镀表面处理行业有着广阔的发展前景和提升空间。”

长期以来，我国电镀行业缺乏合理布局，生产技术落后，低端电镀工艺盛行，特别是小型企业电镀作业数量众多，作业分散，环保意识淡薄，污染物产生量大，相应的环保治理措施简单，使得电镀行业已成为我国最大的污染源之一。为此，国家在《重金属污染综合防治“十二五”规划》中明确提出提高行业准入门槛，严格限制重金属排放相关项目，加快电镀行业结构调整，提高电镀企业在环境污染防治中的比重，同时，2021年生态环境部印发《关于进一步加强重金属污染防治的意见》，提出进一步加快推动电镀行业向园区产业化、产业集聚化发展方向转变。

1、电镀废水的概念

电镀废水通常是指电镀企业在生产过程中产生的电镀液、漂洗废水及各种废液的总称。

按照电镀工艺来分，通常包括镀前处理、电镀处理、镀后处理等工序，每个工序又包含若干个子工序，例如镀前处理通常包括酸洗、碱洗、超声波清洗等一道或多道工序；电镀工艺根据镀层种类又包括镀铜、镀镍、镀铬、镀金、镀银、镀锌、阳极氧化、电解磷化等几十道工序；镀后处理包括钝化、喷淋、封孔工序，每个环节、每个工序都会产生含有大量金属离子、金属络合离子及清洗液的废水，具体按照“分类收集、分质处理”分为各类重金属离子废水、除油前处理废水、综合废水、混合废水、含氰废水、电解磷化废水等。最后根据废水性质的不同，采用不同的处理工艺对废水进行处理，达到达标排放。

2、电镀废水处理技术介绍

常用的电镀废水处理技术通常根据反应机理的不同分为四类，即化学处理、物理化学处理、电化学处理和生物处理。电镀废水的污染因素很多，单一的处理方法难以达到理想的效果，因此在实际应用中通常是将上述几种方法合理地结合起来。

（1）化学处理。

化学处理方法根据加入药剂的作用不同，分为化学沉淀法、氧化还原法、酸碱中和法等。其中化学沉淀法又包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、螯合物沉淀法等，加入的OH-、S2-、螯合离子等与重金属阳离子结合生成沉淀，达到去除金属离子污染物的目的。氧化还原法是指加入氧化剂与污染物发生反应，常用的氧化剂有芬顿试剂、次氯酸钠、过氧化氢等。化学沉淀法和氧化还原法通常用于传统的预处理，适用于各类废水的预处理。

（2）物理化学处理法。

常用的物理化学处理方法有膜分离、吸附、离子交换、蒸发浓缩、气浮等。膜分离按分离精度等级又分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等。渗透法脱盐率可达99%以上，废水40%～80%可循环利用；吸附法通常是指利用活性炭、硅藻土等吸附去除污染物的处理方法；离子交换法是通过阴、阳离子树脂与废水中的离子进行交换去除污染物，离子交换去除率通常可超过80%，应用十分广泛。蒸发浓缩是利用废水加热蒸发去除污染物的技术，处理成本较高，通常用于废水浓缩液的处理，目前电镀废水零排放园区通常采用蒸发浓缩法。气浮法是利用大量微小气泡粘附于悬浮物上，使之浮至水面。用常规刮吸法处理废水的方法，根据原理不同，又可分为电解气浮法、加压溶气气浮法、叶轮气浮法等。

（3）电化学法

电化学法是在阳极板和阴极板之间接上直流电源，将电能转化为化学能，在阳极金属电极作用下产生金属阳离子絮凝剂，通过混凝、气浮、还原和氧化分解等作用，将污染物从水体中分离出来，净化水质的一种技术。常用的有电凝法、电催化法等。

（4）生物处理法。

传统的生物处理方法通常是指利用活性污泥处理水中的有机物、氨氮等，通过一系列的有机物分解、硝化、反硝化等过程去除水中的污染物。近年来，利用生物处理处理电镀废水越来越流行，该方法正在得到推广应用。一些微生物的代谢产物可以改变废水中重金属离子的价态，同时微生物菌群本身具有很强的生物絮凝和静电吸附作用，通过吸附金属离子，使重金属污染物在固液中分离，然后进入菌泥饼中，从而达到废水排放标准。

3、电镀废水零排放技术原理

电镀废水零排放通常是指通过一系列先进的废水处理技术，最终使电镀废水全部回用，不向外排放废水，实现废水处理零排放，整个过程只产生少量的危险废物和固体废物。在回收槽两侧及镀槽后的若干个清洗槽内均安装有自动微雾化注水装置，将回收槽内的回收液及时补充至原镀槽内，再补充蒸发产生的微量水，从而实现电镀清洗废水的“零排放”。

国内已实现零排放或近零排放的电镀园区，通常采用“一系列预处理技术+膜技术+蒸发技术”的工艺路线，中间穿插电化学、离子交换、吸附等技术。工业园区废水排放执行表3标准，为保证废水稳定达标排放，采用零排放设计方案，同时为减少危险废物及固体废物的产生，确立了“膜法为主、化学法为辅”的设计理念，其中两条工艺路线如图1所示。

图1工艺流程中，控制预处理药剂投加量，降低膜的TDS负担，采用电化学设备去除部分COD及悬浮物，达到膜出水水质要求，再经超滤、纳滤、反渗透进行分离，大部分重金属离子、有机物、悬浮物等进入浓缩液，产水回用于车间生产，废水回用率达90%以上。浓缩液经MVR系统蒸发结晶，生成结晶盐，作为危险废弃物处理，蒸汽经冷凝后返回超滤前水池，完成闭环处理，实现废水零排放。

图2工艺流程中，由于电解磷化废水、前处理废水、生活污水及其他废水混合在一起，COD、氨氮、总磷等含量较高，生化系统去除废水中大部分COD、氨氮、总磷、总氮及悬浮物。MBR出水进入膜系统，经纳滤+两级反渗透、浓缩液反渗透过滤，实现废水90%以上的回用。车间反渗透浓缩液进入MVR蒸发结晶，蒸发后的冷凝水循环回MBR前水池，完成闭路循环，实现废水零排放。

事实上，要实现完全意义上的零排放还是有一定难度的，对于电镀企业产生的废槽液、退镀液等高浓度废液，园区污水厂通常不具备处理条件，只能作为危废交由污水处理厂处理。另外，由于车间废水收集管理不完善，以及电镀工艺为连续工艺操作下的特点，含铬废水中含有镍、含镍废水中含有铜、综合废水中含有油等现象比较普遍，给后续的生化系统、膜系统、MVR系统的稳定运行带来挑战。

目前随着环保意识的不断增强以及环保政策的不断趋严，各省市对铬、镍等重金属排放总量的控制十分严格，进一步促进了国内电镀园区越来越广泛地采用零排放处理技术，特别是在处理含有铬、镍一类重金属的废水方面。

4. 零排放工艺设计关键问题分析

4.1 反渗透系统

要实现废水处理零排放，反渗透系统和反渗透浓缩液处理系统是设计时必须考虑的关键因素。例如，反渗透进水水质要求通常为：浊度

因为反渗透浓缩液处理成本较高，同时为了提高废水回收率，需要采用多级反渗透处理工艺，电镀园区电镀废水TDS通常小于/L，因此废水处理可采用单级反渗透（进水~/L）、双级反渗透（进水~/L）加海水反渗透（进水~/L）、高压反渗透或DTRO（进水~/L），最终废水回收率达到90%以上，反渗透浓缩液进入蒸发系统进行处理。

4.2 反渗透浓缩液处理系统

电镀废水浓缩液一般采用蒸发处理，如多效蒸发、蒸汽机械压缩（MVR）等，其中MVR蒸发由于其处理成本可控、相对节能、自动化程度高等特点，在电镀废水零排放中得到广泛应用。一套完整的MVR蒸发系统通常包括预热器、加热器、分离器、强制循环泵、浓缩机、离心机、蒸汽压缩机、储罐、水泵、自动控制系统以及一系列辅助设备及设施。

MVR系统在实际运行中，经常会遇到热交换器结垢、加热器堵塞、物料泄露等工艺操作问题，因此在浓水进入MVR前必须设置必要的预处理措施。在设计中通常可以采用加碱、PAC、PAM絮凝沉淀，去除大部分易结垢的钙离子、重金属离子；采用电催化氧化法去除部分COD，减少管道、阀门、热交换器堵塞的频率；同时设计必要的消泡措施，适当投加消泡剂，防止物料泄露。另外，在运行过程中，要定期对系统进行清洗，对于易结垢的水要缩短清洗周期，及时分离盐泥，一旦发现堵塞要采用加压水冲洗或真空抽吸的方式进行补救。

5、电镀废水零排放效益分析

电镀废水零排放系统在实际运行过程中，产生的费用主要有水电费、化学品费、人工费、检测费、维护费、膜更换费等。某电镀园区废水站废水处理能力设计如下表1。

从表1可以看出，园区直接运行成本为57.4元/m3，考虑到国内运行平稳的电镀园区废水收费一般在60~100元/m3，园区运行过程会有一定的利润。反渗透水90%回用于车间生产，根据自来水收费情况可产生一定的收益。当然园区还面临日产水量达不到设计产水量、设备运行不稳定、MVR运行效率低等问题，因此，仍需探索进一步降本增效的方法。

从环境保护角度看，采用零排放技术的电镀园区具有较好的环境效益和效果，通过采取各项合理的污染防治措施、生态保护与修复措施，可以减少环境污染，从而实现生态环境与社会经济协调、可持续发展的目标。

面对日益严格的电镀废水排放标准，现有电镀园区及在建或新建园区可逐步推行零排放工艺，特别是在含铬、镍等I类重金属废水的处理方面。通过规范前端车间电镀清洁生产管理、优化后端废水处理工艺，可有效降低零排放工艺处理成本。同时加大对资源回收利用的研究，特别是对富含贵金属的危废、固废的研究。在金属价格大幅上涨的今天，电镀废水处理产生的危废、固废具有很大的开发价值。

6. 结论

（1）零排放电镀废水处理通常采用“预处理+组合膜系统+MVR蒸发系统”的工艺，该路线成熟稳定，废水回收率高。

（2）优化工艺设计。如福天宝公司在浙江某电镀园区废水处理工艺中，采用了电渗析与反渗透相结合的技术，减少了进入MVR蒸发器进行处理的浓缩液量，从而降低了处理成本。

（3）零排放处理成本可控，但投资较大，可在含铬废水、含镍废水等处理中逐步推广。

（4）鼓励创新，加大资源回收利用研究，特别是镍、铜、银等经济附加值高的贵金属回收利用。