浅议电镀废水回用率

2014-11-25石泰山

电镀与涂饰 2014年17期

石泰山

（厦门市威士邦膜科技有限公司，福建厦门 361101）

在清洁生产的带动下，电镀行业的排水量从2000年的约40 亿t[1-2]降低到2010年的约4 亿t[3-4]。随《重金属污染综合防治“十二五”规划》和《关于办理环境污染刑事案件适用法律若干问题的解释》的深入贯彻和执行，电镀行业还将面临新的重金属减排和水资源循环利用的压力，电镀行业在开展源头节水和在线循环利用水资源的同时，还需要在末端进行废水回用。在遵守排放浓度不变的前提下，排水量降低能够减少重金属排放总量。

电镀废水再生和回用系统一般为预处理–反渗透组合[5]，引入该系统后会对原废水处理设施产生或多或少的影响[6]，甚者有可能会影响在线回收系统，增加电镀给排水系统的复杂性，增加电镀废水处理成本[7]。电镀企业在水资源利用方面一般优选节水，借助逆流清洗、喷洗、纯水清洗等方案从源头减少水资源消耗；次优选择在线循环，如镍回收的同时回收利用水资源、离子交换在线水循环；再次则为末端的废水再生和回用。

1 节水和废水回用

1.1 源头减量

新鲜水用于槽液配制和补充、镀件清洗、过滤器清洗、槽定期清洗、地面清洗等，镀件清洗是主要耗水环节。缩减镀件带入/出液、降低槽液化学品浓度、提高镀槽温度、延长镀件在镀槽上方的停留时间、降低镀件出槽速率、采用多级逆流清洗等均能显著降低清洗水消耗量[8-9]。

逆流清洗或倒槽逆流清洗是节水的有效方法，是电镀企业节约水资源的优选方法。当各种条件不变时，清洗水用量随清洗级数增加而快速下降。按照公式(Q 为清洗水用量，V 为带出液体积，Sk为稀释因子，n 为逆流清洗级数)，当稀释因子为4 000时，三级连续逆流清洗用水量与带出液之比约15.87，而四级连续逆流清洗约为7.95，节水近49.9%[10]。

综合性电镀企业多设置回收槽和多级逆流清洗。回收槽的存在可满足清洁生产“要求采用两种以上减少带出液的措施”，明显减少清洁生产测试中的镀件带出液[11]，还可节约大量清洗水。

1.2 在线回用

常见镀镍一般设置反渗透镍回收系统[12]和离子交换树脂回收镍[13]，在回收金属的同时可以在线回收水资源。反渗透在线水回用进水水质较好，管线投资较少，反渗透淡水水质要求也不高，成本较低[5]。HJ 2002–2010《电镀废水治理工程技术规范》对常见镀种如氰铜、酸铜、焦铜、镀镍、镀铬等清洗水在线回用进行了规范。

1.3 末端回用

要满足地方法规对电镀废水的回用率要求，应对电镀废水进行预处理、化学处理、生物处理、深度处理、反渗透电镀废水再生、反渗透浓水处理等[6]。反渗透末端废水回用存在有机物交叉污染的可能，有时为减少反渗透膜的污染，应避免在废水的物化处理过程中使用某些低成本的常见沉淀剂，或添加各种抑菌剂、阻垢剂等。电镀企业水资源的源头减量和在线回用工作开展得较好时，用水量较小，废水中金属浓度较高，经处理后达标排放的废水含盐量较大，会影响反渗透系统的运行效率，降低末端回用率。

2 用水缩减机会

2.1 节水和水回用机会

采用文献[11]的清洁生产数据分析源头减量、在线回用、末端回用的机会。该镀镍案例的相关数据如下：镀件总面积51 982.33 m2，镀层平均厚度11 μm，镍总消耗量4 488.59 kg，镍漂洗水排放量1 240 m3，漂洗废水镍离子的质量浓度25 mg/L，新鲜水消耗量15 000 m3，镍利用率92.72%(清洁生产二级)，新鲜水用量0.289 t/m2(清洁生产二级)，镀件带出液污染物产生量(末端治理前)0.596 g/m2(清洁生产二级)。

(1)理论推测节水机会：镍槽镀液的镍离子质量浓度一般为75 g/L[10]，按总镍排放31 kg 核算(25 mg/L ×1 240 m3)，可粗略推算镀件带出液体积约为0.413 m3。考虑不带回收槽的三级逆流清洗，按照公式计算出Sk=(1 240/0.413)3=27 × 109，大大超过一般的稀释因子，存在减少清洗水用量的机会。在带出液和清洗水不变的条件下，如果为二级逆流清洗，Sk约为22 × 106，如果为一级清洗，则Sk约为3 000。假设Sk=10 000，则清洗水用量Q=8.9 m3，理论上可节水99.3%，漂洗排水中镍离子质量浓度可达3.48 g/L，杂质许可的条件下，可直接回用镀槽，实现零排放。

(2)经验推测节水机会：考虑生产实践中一般镀镍清洗排水中镍离子质量浓度为100～200 mg/L，把文献[11]清洗废水中的镍离子由25 mg/L提升至250 mg/L，则清洗水用量可由1 240 m3变为124 m3；如果排水中镍离子质量浓度仅增加到100 mg/L，则清洗水可缩减至310 m3，节水75%。考虑回收槽和三级或二级逆流清洗组合，文献[11]存在节水机会，甚至一级回收 +三级逆流清洗或一级回收+四级逆流清洗的漂洗水可直接回用于镀槽(不考虑杂质)，从而实现镍的零排放。

(3)在线或末端水回用机会：由于排水中的镍离子质量浓度仅为25 mg/L，可使用反渗透技术在线回收水，清洗水浓缩10 倍，浓水中镍离子质量浓度为250 mg/L，则回收90%以上的水。按照HJ 2002–2010《电镀废水治理工程技术规范》的“电镀混合废水中的特征污染物铬、镉、铅、镍、银、铜、锌、铁、铝等金属离子和氰化物应在车间排水口处理”以及一类污染物在车间或生产设施废水排放口监控的要求，含镍废水如果与其他电镀废水混合处理，则其初始浓度仅为2.06 mg/L，容易达标，且达标排放废水易于再生回用。

2.2 用水均衡

在电镀废水的长期治理过程中，许多电镀企业存在自来水的反渗透给水、自来水清洗给水、在线回收给水、中水回用给水等多套给水系统，电镀生产线的给水系统复杂[5-7]，需要均衡风险评估和经济评价。一般源头减量即多级逆流清洗下的节水成本最优，可减少自来水的费用，减少化学品用量，减少废水处理设施的投资和运行费用，适用于新线建设。次优选择为就地处理的在线回用，适用于空间许可的旧电镀生产线改造，管线投资简单，管理方便。

源头减量和在线回用无法满足新鲜水用量要求时，可在末端回用。但由于强制性考核指标只有废水回用率，而不考虑源头减量和在线回用情况，企业必须根据各地的情况均衡用水，即在满足三级清洁生产新鲜水用量的前提下，使废水回用率符合要求，或在满足废水回用率的前提下新鲜水用量至少应达到清洁生产的三级标准。

2.3 广义回用率

源头减量、在线循环、末端回用是电镀企业常见的3 种节约水资源方法，源头减量和在线循环适合改建、新建企业，末端回用适合无场地空间的旧企业节约水资源。仅以末端的废水回用率指标约束全部企业，监管成本可能最优，但社会总成本可能不是最优，且不符合源头减量的清洁生产原则。使用广义回用率指标替代废水回用率，以某个时间点的新鲜水用量作为基数，综合考虑3 种节约水资源方法，能够激发企业的节水活力，降低社会总成本，或直接使用水重复利用率指标进行综合考核。

广义回用率可定义为新鲜水缩减量(或单位产品新鲜水缩减量)与基期用水量之比。可通过清洁生产审核的结果核定回用率。HJ/T 314–2006《清洁生产标准电镀行业》综合电镀类单位产品新鲜水用量一级为≤0.1 t/m2，二级为≤0.3 t/m2，三级为≤0.5 t/m2。三级为国内清洁生产基本水平，是电镀企业准入的基本条件。

基期的新鲜水用量为三级时，由三级变为二级，则单位产品新鲜水用量缩减0.2 t/m2，广义回用率为40%；由三级变为一级，则单位产品新鲜水用量缩减0.4 t/m2，广义回用率为80%。基期的新鲜水用量为二级时，由二级变为一级，则单位产品新鲜水用量缩减0.2 t/m2，广义回用率为67%。

基期为三级的企业，废水回用率为60%时，可满足二级要求。基期为二级的企业，废水回用率为60%时，单位新鲜水用量缩减为0.12 t/m2，无法达到一级指标，依然为二级。基期为一级的企业，废水回用率为60%，企业依然为一级。固定废水回用率时，单位产品新鲜水用量较少的企业收益最少，单位产品新鲜水用量大的企业则获利较多(见表1)。基期为一级指标的企业，60%的废水回用率可能会影响产品品质。