金属表面处理废水深度处理与回用技术初探

2020-12-09顾维

世界有色金属 2020年17期

顾维

（苏州市宏宇环境科技股份有限公司，江苏苏州 215010）

金属表面加工处理过程中，所产生的废水中有害物质含量较高，尤其重金属含量远远超出正常标准，如果不及时对其加以有效处理而直接排放将会对环境造成巨大的污染。因此，在金属加工行业现代化发展的过程中，人们对金属表面处理废水的净化处理提出了更高的要求，相关人员需结合废水的类型，针对废水的具体情况，选择最佳的处理方式，以提高废水处理的有效性，降低废水对环境和人体健康的危害。

1 金属表面处理废水的种类与危害

1.1 种类

在金属表面处理领域，由于处理方式的差异性，废水的种类也存在一定的区别，一般分为以下几种：①电镀废水，此类废水主要由电镀工艺所产生，包含前处理废水、电镀漂洗废水、镀后钝化处理废水、退镀废液等；②阳极氧化废水，此类废水主要在铝、镁合金阳极氧化处理过程中产生，此外除油、酸抛光、氧化、电解、着色、染色等工序也会产生此类废水；③涂装前处理废水，一些金属加工件在表面处理时，在涂装前进行预处理产生的废水，即除油、酸洗除锈、表面调整与磷化处理等环节所产生的废水；④电泳涂装废水，主要是水溶性电泳生产环节产生的废水[1]。

1.2 危害

金属表面处理废水中含有的有害物质非常多，如重金属、酸碱离子等各类物质，这些物质存在较大的危害性，如果不经专业处理，直接排放可能会诱发极为严重的自然生态破坏。例如，重金属进入环境后，难以被分解，会在自然界中长期存留、积累与迁移，最终造成极为严重的危害；重金属还可以在藻类与底泥中积累，被鱼和贝类吸附后，将打破原有食物链的平衡，酿成不可挽回的损失；重金属进入人体以后，会造成重金属中毒，危害人体健康。

此外，金属表面处理废水中还含有大量的氮、磷等有害物质，这些物质会造成水体中硅藻、蓝藻等藻类的大量繁殖，进而使得水体中的溶解氧含量大大降低，同时化学耗氧量显著增加，最终造成水体的富营养化，破坏水体生态平衡[2]。根据有关数据显示，我国金属表面处理废水中仅电镀废水的排放量已经远远超过40亿吨，且该数值仍在逐年增加。日益严峻的水资源短缺问题成为了当前关注的重点，对金属表面处理废水的深度处理与回用在此背景下显得极为关键。

2 目前深度处理及中水回用方法

2.1 膜法处理技术

2.1.1 超滤

超滤技术是膜法处理技术中的一种，属于加压膜分离处理工艺，应用此工艺需借助外压，当压力条件满足废水处理要求时，被分离的溶液会以一定的流速沿着超滤膜表面流动，在此过程中，溶液中的溶剂和低分子物质将从高压侧经过超滤膜进入低压侧，经过超滤膜的这些溶剂和低分子物质将会作随同滤液排出或回用，而溶液中的高分子物质、胶体微粒及微生物等会被超滤膜加以截留，最终以浓缩液的形式排出。超滤膜的孔径非常小，可以有效截留废水中的悬浮物、胶体、微粒与细菌等大分子物质[3]。

超滤工艺具有能耗相对较低、生产周期相对较短以及运行费用相对较低的优势，尤其是对于电泳废水更为有效，并且滤膜可以有效截留漆料，实现回收利用。

2.1.2 反渗透

反渗透又称逆渗透，在具体应用过程中，往往将压力差作为推动力，从溶液中分离溶剂。现阶段，反渗透膜的透过机理并未得到一致的解释，大多数专家更认同选择性吸着-毛细管流机理。

该理论下，吉布斯吸附式是基础依据，由于膜表面存在亲水性，能够在废水处理的过程中实现水分子的吸附，当施加一定压力以后，纯水层不断通过毛细管流过反渗透膜，从而达到分离溶液中大分子有害物质的效果。

从反渗透技术的实际应用来看，这一技术最早应用于重金属废水的处理，比如镀镍、铬、锌废水以及混合重金属废水的处理。

总体来看，反渗透具有无明显相态变化、常温操作、设备简单、效益高、能耗低等优势，但要达到最理想的处理效果，一般需要借助高压设备来完成。在实际的处理过程中，膜面发生污染的概率相对较高，再加上整个工艺处理时，膜的稳定性、耐药性与耐热性等相对有限，这些局限性使得反渗透在工艺应用方面仍需要加强工艺改进，并与其他技术结合应用以达到最佳的处理效果。

2.1.3 微滤

微滤又称微孔过滤，包含死端过滤与错流过滤，该工艺主要以多孔膜作为过滤介质，在废水处理过程中，对于压力也有一定的要求。当压力处于0.1MPa～0.3MPa条件下时，滤膜受到压力作用，可以有效截留溶液中的沙砾、淤泥与粘土颗粒，同时，大量的溶剂、小分子及少量的大分子可以透过滤膜加以有效过滤[4]。

在当前，此工艺被广泛应用于食品饮料、医药卫生、电子、化工等行业。

2.1.4 纳滤

纳滤工艺起步较晚，此工艺应用时同样需要一定的压力条件，一般需要将压力控制在0.5MPa～2.0MPa之间。根据操作压力与分离界限的区别，一般将纳滤置于超滤与反渗透之间，故人们习惯上将纳滤又称为低压反渗透。其分离原理与机械筛分类似，纳滤膜本身带有电荷，在低压条件下，能够实现脱盐处理，并有效截留废水中的有害物质。在金属表面处理废水领域，该工艺的应用相对较少。

2.2 离子交换法

金属表面处理废水的处理过程中，离子交换法同样是一种极为有效的方式，在应用该技术时，如果要取得较理想的效果，就必须充分了解需要交换的物质类型，即离子交换剂与废水的具体情况，掌握二者的交换规律，就可以有效去除废水中的金属离子。

根据有关资料显示，在金属表面处理废水的处理方面，如果应用离子交换法，金属回收率可以高达97%。但是，应用离子交换法时，树脂极易被氧化与污染，因此，该工艺对于废水预处理的要求相对较高。

2.3 吸附法

金属表面处理废水的处理方面，吸附法同样应用较多，其在具体的废水处理过程中，主要利用物质本身的重量、空穴等所产生的较大吸附能力来吸取废水中的有害物质。如果应用该处理方式对金属表面处理废水进行处理，需尽量选用结构相对独特的吸附材料，一般采用改性法制取吸附材料，以便取得更为理想的吸附效果。吸附法的效果与pH值、温度、时间等参数有着紧密联系，因此在该工艺的应用过程中，需要加强对这些参数的科学控制。

2.4 生物技术

生物技术在金属表面处理废水的处理中也极为有效，采用该工艺时，为了取得最好的废水处理效果，相关人员必须要充分了解生物处理工艺的原理与流程。生物处理技术应用时，一般要借助于专门的处理物质，比如，经人工培养与驯化的具有特定化学结构与成分的菌株，只有保障了处理物质的科学应用，才能使金属表面处理废水得到有效的处理，并提高废水的处理效率。通常，生物技术包含生物絮凝法、生物化学法等。生物絮凝法主要借助微生物本身或其代谢物进行废水中重金属的处理，最终将重金属絮凝与沉淀后进行分离。而絮凝沉淀的原理是依赖生物絮凝剂中的羟基和氨基，与废水中的其他离子发生一定的反应，进而形成絮凝沉淀产物。生物化学法主要是利用微生物与金属离子之间的反应，最终形成不溶性化学物，从而有效去除金属表面处理废水中的金属离子。

2.5 电去离子技术

电去离子技术有时也被称为填充床电渗析，此工艺是在电渗析技术基础上形成的。在具体应用过程中，需在电渗析淡化室中进行树脂填充，从而有效实现了电渗析技术与离子交换技术的结合，发挥了二者的优势，属于一种新型的电驱动膜技术。在纯水制备工艺中，电去离子技术成为了当前的主流，在金属表面处理废水的处理领域，该技术也成为了一种可供选择与应用的技术。比如，在含镍废水的处理方面，经过两段集成的电去离子技术能够获得良好的处理效果。

2.6 蒸发浓缩法

蒸发浓缩法主要是通过加热将废水中的水加以汽化，再通过冷凝收集后进行回用，而污染物则留在未蒸发的浓缩废水中，从而实现废水的减量化处理。蒸发浓缩法分为单效与多效两种，单效主要利用蒸汽所提供的热量将废水进行蒸发，在此过程中不直接利用冷凝热；而多效蒸发下，实现了对冷凝热的二次利用，实现了余热利用，有效降低了废水处理时的能源消耗。