金属涂装废水资源化回收的处理工艺研究

摘要：在金属涂装废水资源化回收处理中，通过微滤、混凝、化学氧化法能够有效将有机污染物分解为无害物质。通过离子交换和吸附去除废水中的重金属离子，确保废水达到安全排放标准。通过电解、溶剂萃取等技术，将这些金属从废水中分离出来，实现资源的再利用。经过上述处理后的废水可以通过蒸发结晶技术进一步净化，制得高纯度的水。蒸发结晶能够去除水中的剩余杂质，得到纯净的水资源，供工业或生活使用。在应用结果中，化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）的去除率均超过98%，重金属离子的去除率也达到95%以上，pH值从偏酸性调整至接近中性。证明本次试验采用的废水处理工艺是有效的，能够显著减少废水中的有害物质含量，使其达到国家相关排放标准。

关键词：金属涂装；资源化；回收处理；离子交换法；溶剂萃取

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）08-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.071

Research on the Treatment Process of Recycling Metal Coating Wastewater Resources

ZHANG Yanfang

（Foshan Shenglang Environmental Science Co.， Ltd.， Foshan 528100， China）

Abstract： In the resource recovery and treatment of metal coating wastewater， organic pollutants can be effectively decomposed into harmless substances through microfiltration， coagulation， and chemical oxidation methods. By ion exchange and adsorption， heavy metal ions are removed from wastewater to ensure that it meets safe discharge standards. By using technologies such as electrolysis and solvent extraction， these metals are separated from wastewater to achieve resource reuse. The wastewater treated above can be further purified by evaporative crystallization technology to produce high-purity water. Evaporative crystallization can remove residual impurities from water and obtain pure water resources for industrial or domestic use. In the application results， The removal rates of Chemical Oxygen Demand （COD） and Biochemical Oxygen Demand （BOD） both exceed 98%， and the removal rates of heavy metal ions are also above 95%， adjust the pH value from slightly acidic to near neutral. Prove that the wastewater treatment process used in this experiment is effective and can significantly reduce the content of harmful substances in the wastewater， making it meet the relevant national discharge standards.

Keywords： metal coating; resource utilization; recycling and processing; ion exchange method; solvent extraction

金属涂装行业作为现代制造业的关键领域，为无数产品提供了防腐蚀、装饰和增强性能的涂层。然而，在带来经济效益的同时，其生产过程中产生的废水问题也不容忽视。这些废水中含有大量有害物质，包括重金属、有机物、悬浮物等，这些物质若未经妥善处理和回收，直接将其排入环境，将会对水、土等带来严重的污染。铅、铬、锌等重金属一旦进入水体和土壤，不但很难分解，而且还能通过食物链进入人体，对人体健康构成长期威胁[1]。同时，有机物和悬浮物会消耗水体中的溶氧，造成水体缺氧，从而对水生生物产生不利的影响。此外，这些有害物质会破坏生态平衡，影响整个生态系统的健康。在此背景下，开展金属涂装废水资源化回收处理工艺研究显得尤为重要。

1 工程概况

某金属制品生产企业专注于金属涂装产品的制造与销售。在金属涂装的生产过程中，脱脂、预处理、喷涂等多个环节均会产生废水，金属涂装废水成分如表1所示。

2 金属涂装废水资源化回收处理工艺设计

2.1 分解水中的有机污染物

微滤作为一种物理过滤技术，通过精细的过滤介质，如微滤膜[2]，截留废水中的悬浮颗粒、胶体物质以及部分有机污染物。微滤膜的孔径通常较小，能够有效去除废水中的大部分固体杂质，提高废水的清澈度。

使用高锰酸钾氧化有机物时，分解乙酸的化学方程式为2KMnO4+3CH3COOH+5H2O→2MnO2+6CO2+11H2O+2K+

（1）

使用臭氧氧化有机物时，分解苯的化学方程式为

C6H6+15O3→6CO2+3H2O（2）

使用过氧化氢和催化剂Fe2+进行芬顿反应时，分解苯酚的化学方程式为

Fe2++H2O2→Fe3++OH-+OH·（3）

向废水中投加混凝剂，使废水中的悬浮颗粒和胶体颗粒在混凝剂的作用下相互聚合并沉淀下来，从而达到去除水中污染物的目的。在金属涂装工序中，涂装废水主要含有油漆颗粒、颜料、填料等有机污染物。这些污染物在水中呈现悬浮状态，难以直接去除。通过混凝沉淀技术可以向废水中投加混凝剂，使油漆颗粒、颜料、填料等污染物在混凝剂的作用下相互聚合并沉淀下来，从而有效去除水中的颗粒态有机物[3]。

2.2 去除废水中的重金属离子

传统化学沉淀法在处理金属涂装废水时，虽然技术成熟、操作简便且成本相对较低，但无法有效保留废水中的高价值金属离子，如Pb2+、Cu2+、Zn2+、Ni2+及Cr2+等。这些离子在工业生产中具有较高的应用价值。近年来，离子交换法作为一种新兴的废水处理技术，在涂装废水金属离子回收方面展现出显著的优势。这种方法不仅能够有效去除废水中的重金属离子，减少对环境的潜在危害，还能通过树脂的再生过程，实现对高价值金属离子的有效回收。离子交换树脂通常由具有特殊官能团的有机高分子材料制成，这些官能团能够与废水中的离子发生交换。在涂装废水处理中，当含有Cu2+和Zn2+等金属离子的废水通过离子交换柱时，这些离子会与树脂上的交换基团发生反应，被吸附到树脂上，而树脂上的其他离子则被释放到废水中。

对于Cu2+的回收，化学方程式为

R-H+Cu2+→R-Cu+2H+（4）

对于Zn2+的回收，化学方程式为

R-H+Zn2+→R-Zn+2H+（5）

式中：R代表树脂上的交换基团，H+代表被释放的氢离子。

2.3 回收废水中的有价金属

回收金属涂装废水中的有价金属是一项重要的环保和资源再利用技术，尤其在金属涂装废水中，由于含有多种高价值的金属离子，如Cu2+、Zn2+、Ni2+等，回收这些金属不仅有助于减少环境污染，还能为企业带来经济效益。

在电解回收铜离子的过程中，通常使用铜板或铜网作为阴极，而阳极则可以使用惰性电极石墨电极。当电流通过电解池时，废水中的Cu2+在阴极上得到电子，被还原成Cu，并沉积在阴极上。同时，在阳极上，水分子失去电子被氧化，生成O2和H+。

阴极上，Cu2+得到两个电子（2e-），被还原成Cu。阴极反应为

Cu2++2e-→Cu（6）

通过这个过程，铜离子被还原成纯铜，沉积在阴极上。阳极反应为

2H2O→O2+4H++4e-（7）

2.4 蒸发结晶制纯水

蒸发结晶设备结构如图1所示。确保所有设备都处于良好的工作状态，并进行必要的清洁和消毒。将待处理的有价金属原水加入蒸发器的加热部分，启动热源，对蒸发器进行加热。随着温度的升高，原水中的水分开始蒸发，形成水蒸气。在这个过程中，水中的大部分溶解性杂质如盐类、矿物质等不会随水蒸气蒸发，而是留在蒸发器底部。水蒸气进入冷凝器后，会凝结成液态水。在冷凝器下方设置收集器，用于收集冷凝下来的纯净水。

3 实例验证

3.1 实例准备

针对小规模废水处理设计，使用间歇式重力浓缩池，每日仅注入一次废水。综合考虑消毒药品的经济性、杀菌效果以及设备兼容性，最终选定加氯消毒作为处理方案。确保设备状态良好并经过校准，准备回收处理过程中所需的化学药剂和吸附剂，如沉淀剂、氧化还原剂、活性炭等，具体参数如表2所示。

当金属涂装废水经过一系列的处理步骤后，废水中的大部分有害物质，如悬浮物、有机物和某些重金属离子，已经被有效去除或降低到较低水平。对回收处理后的废水进行排放前监测，确保废水符合国家和地方相关排放标准。监测指标包括化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand，BOD）、重金属离子等，废水监测结果如表3所示。

3.2 结果分析

由表4可知，经过一系列的处理步骤，有效去除废水中的COD、BOD、重金属离子（Pb、Cu、Zn）、色度及悬浮物。其中，COD和BOD的去除率均超过98%，显示出高效的有机物去除能力。重金属离子的去除率也均达到95%以上，有效降低了废水对环境的潜在风险。废水的pH值从偏酸性调整至接近中性，更有利于维持生态环境稳定。证明本次试验采用的废水处理工艺和技术是有效的，能够显著减少废水中的有害物质含量。

4 结论

金属涂装废水资源化回收处理工艺研究，不仅是对环境保护的积极响应，更是推动行业可持续发展的重要举措。通过本研究的深入探索与实践，取得一系列积极的成果，为实现废水高效处理和资源化利用奠定了坚实基础。未来，将持续关注环保技术的发展，不断优化处理工艺，为金属涂装行业的绿色转型贡献更多力量。

参考文献

1 季宏飞，秦 佩，吴晓伟.三元正极材料清洗废水资源化回收零排放处理工艺[J].当代化工，2023（10）：2487-2491.

2 薛 禹，何成达，朱腾义，等.环氧树脂高浓度高盐废水资源化利用工艺研究进展[J].山东化工，2023（13）：75-78.

3 胡鄂明，郭昊童，吴童盼，等.化学氧化-沉淀法对某酸性矿山废水中铁的资源化回收处理工艺[J].南华大学学报（自然科学版），2022（6）：29-33.