全膜法处理电镀重金属废水
1.前言
随着电子工业的飞速发展，作为电子业的基础之一──电镀，每年以10%~20%的速度在增长，成为了电子行业中的重要产业之一，然而其复杂的制程需要消耗大量的水并产生许多废弃物[1]。近年来，自来水价格不断上涨，并且随着人们环保意识的提高及环保法律法规日益严格，用水及环保问题已成为电镀企业经营上的一个难题，加上目前国际认证ISO14000的推出和推广，电镀厂必须对环保方面做出更多贡献。节约水资源和废水处理是电镀厂环保的重中之重。为此，电镀厂一方面必须维持废水的排放达标；另一方面，又要考虑其水处理成本的节减及减少原水取用量，强化中水回用。针对目前电镀废水处理及中水回用工艺上存在的问题，笔者提出了全膜法处理及回用工艺，实现电镀重金属废水处理及回用的短流程系统，为电镀行业节能减排提供一种新的选择。
本文以深圳某电镀企业的综合废水和络合废水为处理对象，运用全膜法工艺进行处理，处理后的产水达到回用水水质，同时产生的浓水水质达到GB21900–2008《电镀污染物排放标准》的要求。
2.废水的水质和水量
深圳某电镀企业每天排放的污水量为500m3，其中综合废水、络合废水和含氰废水合计排放量为400m3/d，其水质及水量如表1所示。
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3.工艺流程及说明
传统的重金属废水处理及回用工艺一般采取离子交换法，化学沉淀+过滤+反渗透，或者化学沉淀+过滤+超滤+反渗透工艺。离子交换法的特点是出水水质好，设备较简单，操作易于控制，但树脂易饱和或中毒，再生周期短，运行成本高。化学沉淀法+过滤+反渗透及化学沉淀法+过滤+超滤+反渗透都具有技术成熟，工艺简单，运行管理方便，费用低，沉降脱水性能好等优点，但是药剂费用高，含重金属离子的污泥造成二次污染，处理不彻底。全膜法工艺简单、系统稳定、占地面积小、自动化程度高、出水水质好、回用率高，但缺点是前期投资较大。深圳某电镀企业原有一套污水处理系统，污水处理后可达标排放。随着生产能力的提高和环保要求的不断提升，该企业计划对原污水处理系统进行升级改造，但由于企业内可供使用的空地缺乏，无法按照传统工艺进行升级改造，为此选择了占地面积小的全膜法处理工艺对综合废水和络合废水进行处理，原有处理设施则改造成有机废水处理系统及浓水处理系统。其工艺流程如图1所示。
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含氰废水先破氰后汇入综合废水调节池内，综合废水和络合废水分别排入各自的调节池内，通过泵提升到反应水箱进行反应，同时向反应水箱内投加NaOH、破络剂及混凝剂，然后自流入循环水箱，并通过pH控制器维持循环水箱内的pH在9.0左右，确保废水中的重金属离子全部形成沉淀。然后用循环水泵将反应后的废水加压输送到美国Duraflow公司生产的DF膜装置内进行泥水的分离。DF膜装置采用错流过滤方式运行，并通过大错流来防止污染物在膜表面的积累。经DF膜装置过滤后的产水流入DF产水箱，DF膜装置的浓水则回流到循环水箱内。循环水箱内污水浓度在循环的过程中会不断升高，运行一定时间后通过打开底排阀排放一定的浓缩液，以维持循环水箱的浓度不至于过高。浓缩液排入污泥池，通过压滤机压干后委托有资质的单位进行处理。
3.1 综合废水调节池
综合废水按8m3/h的处理能力设计，调节池有效容积76.8m3，水力停留时间(HRT)为9.6h。调节池设置液位控制器，控制综合废水提升泵的启停。
3.2 络合废水调节池
络合废水按11m3/h的处理能力设计，调节池有效容积95.7m3，HRT为8.7h。调节池同样设置了液位控制器，控制络合废水提升泵的启停。
3.3 反应水箱
反应水箱分为3个单元：第一单元内通过在线pH仪表控制氢氧化钠计量加药泵，调节水箱内pH在9.0~10.0范围内；第二单元内通过在线ORP(氧化还原电位)仪表控制Na2S加药计量泵；第三单元投加聚合氯化铝(PAC)及FeSO4。每个单元的HRT均为30min。
3.4 循环水箱
循环水箱为DF膜装置提供稳定的水源，并接纳DF膜装置产生的浓缩液，设计流量为19m3/h，循环水箱内通过在线pH仪表控制氢氧化钠计量加药泵，调节循环水箱内pH在9.0左右。循环水箱内设置液位控制器，控制循环水泵的启停。
3.5 DF膜装置
DF膜装置通过微滤膜的高效截留作用实现泥水分离，将形成沉淀的重金属、悬浮物等污染物截留在循环水箱内，使得过滤产水中的重金属含量降至排放标准以下，同时水质也能满足反渗透装置的进水要求。DF膜装置共采用24支DF-415膜。
3.6 DF产水箱
DF产水箱收集DF膜装置的产水，同时也为反渗透装置提供稳定的水源。DF产水箱内设置液位控制器，控制反渗透增压泵及循环泵的启停。
3.7 反渗透装置
反渗透装置通过反渗透膜的选择透过性作用，实现水和水中离子等污染物的分离，使出水达到回用水水质要求。反渗透膜装置共采用21支8040抗污染反渗透膜，反渗透膜壳采用7支3芯膜壳，段间按4∶2∶1排列(即一段4支膜壳，二段2支膜壳，三段1支膜壳)，并采用浓水回流的方式控制回收率。反渗透装置的产水能力为15t/h。
3.8 反渗透产水箱
反渗透产水箱收集反渗透装置的产水，同时也为回用水泵提供稳定的水源。
3.9 反渗透浓水处理系统
反渗透产生的浓水采用混凝沉淀处理，投加碱、重金属捕捉剂、PAC和聚丙烯酰胺(PAM)，确保浓水达标排放。
3.10 自动控制
废水处理系统的电气控制采用控制值班室主电控柜、现场控制箱、上位计算机人机界面监控等三地控制方式，通过上位计算机可视化人机界面及相关控制程序对整个废水处理系统工艺流程进行自动化监控和管理，实现整个废水处理站的自动化运行，确保了废水处理系统长期稳定运行，处理后出水水质达到GB21900–2008《电镀污染物排放标准》的要求。
4.运行效果
该联合工艺于2009年5月10日正式投产运行。自投入使用以来，运行稳定，处理效果较好，该电镀厂废水处理后排放水达标，综合废水和络合废水的中水回用率达到75%以上，总体废水回用率达到60%。废水处理系统运行费用(不含折旧费)为5.84元/t，每天可为厂方节约自来水300m3。
工程应用表明，采用全膜法对综合废水和络合废水进行处理，能达到非常好的处理效果。连续监测结果表明，排放水能稳定达标排放，中水回用率也能达到较高的水平。解决了重金属处理系统中水回用系统运行不稳定，膜产品寿命短及运行费用高等问题。对电镀企业综合废水和络合废水采用全膜法系统进行深度处理，可有效解决以往采用传统中水回用工艺存在的膜元件污堵快、清洗周期短及中水回用率低的难题，并且可进一步对浓水进行处理，保持浓水达标排放。本工艺效果稳定，工艺简单，运行成本相对低廉。本全膜法处理方法的成功应用将从根本上解决目前常规中水回用处理工艺普遍存在的回用率低、处理费用较高、投资成本高、处理出水不稳定、管理操作复杂等问题。
参考文献：
[1]陆金辉,游震中.线路板废水处理工程介绍[J].给水排水,2002,28,(4):29-31.
[2]曾万华.线路板厂的废水处理[J].中国给水排水,1999,15(6):47-48.
[3]叶恒朋,陆少鸣,毛卫兵,等.线路板厂废水处理工程实例[J].工业水处理,2004,24(6):52-54.
[4]冯玉杰,李晓岩,尤宏.电化学技术在环境工程中的应用[M].北京:化学工业出版社,2002.
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