电镀废水化学法综合处理及回用工程设计

摘要：本文分析了企业废水的来源和含量，应用化学方法处理含铬、镍、氰化物等各类废水，采用膜分离技术回用回水，设计建立了废水处理中心系统。。该系统使用pH和ORP控制器来控制每个处理单元的自动加药。过程稳定可控。结果可数字化并实时传输至环保管理部门，满足清洁生产二级要求，达到企业节能减排的目的。

关键词：电镀废水；化学处理；膜分离技术；水回用；节能减排

桂林航天电子有限公司是一家专业从事航空航天机电元件（部件）的高新技术企业。主要研发生产军用继电器、连接器、特种开关及小型仪器设备。表面处理工艺主要有镀金、镀银、镀铜、镀镍等。为进一步提高废水排放指标，将按照“十二五”规划要求对电镀废水进行综合处理和回收利用基础设施改造和节能减排固定资产投资项目。废水源和水质

1.1 废水来源及分类

电镀废水的来源及其水质分析是废水处理工艺设计的基础。每个企业由于生产工艺、产品不同，产生的废水也不同，需要进行综合分析。

1.1.1废水预处理

表面预处理包括两个主要过程：镀件脱脂和去除氧化膜。工件脱脂通常采用表面活性剂乳化法，这部分废水的化学需氧量（，简称COD）较高。氧化膜去除工艺的选择与基体材料密切相关。通常处理液由各种酸组成，这部分废水中含有基质材料的金属离子。一般来说，预处理过程主要是酸性和碱性废水，含有Ni2+、Cu2+、Ag+、Fe2+、Fe3+、COD等污染物。

1.1.2电镀废水

根据生产工艺，电镀废水主要分为以下三类：

1）含铬废水：含铬废水主要来源于银合金铬酸酐酸洗、铜合金铬酸酐钝化、镀银光萃取等工艺。废水中主要含有Cr6+及极少量的Cu2+、Ag+等金属离子。。

2）含镍废水：含镍废水的来源主要有两种：化学镀镍和化学镀镍。电镀镍废水主要来自酸性镀镍生产线的漂洗水，废水主要含有NiSO4、NiCl2等。化学镀镍废水成分比较复杂，通常含有络合剂、稳定剂、pH缓冲剂、 ETC。

3）含氰废水：含氰废水是氰化镀铜、氰化镀银、氰化镀金产生的。废水中含有CN-、Cu2+、Ag+等污染物。镀金废水回收后排入含氰废水。

1.1.3 电镀液和退镀液的废弃

由于镀液使用寿命结束、镀液处理、零件剥离等原因，会产生废镀液和退镀液。此类废液通常浓度较高、成分较复杂。可以单独收集，预处理后，缓慢加入到相应废水中进行处理，也可以单独收集，委托外部有资质的单位处理。

1.2 进水水量和水质

优质分离是良好废水处理的前提。因此，有必要明确各镀槽排出的废水类型，测量各类型废水的排放量，控制地面排水的流向。

预处理废水属于酸碱废水；含氰电镀液废水属于含氰废水；含铬酐电镀液废水属于含铬废水；

化学镀镍废水和镀镍废水经预处理后归为含镍废水；清洗电镀槽及车间地面的废水按类别划分为相应的废水。本项目平均废水排放量约为120 m3/d。根据相关要求，污水处理设施设计处理能力为144立方米/天，每天运行8小时。各类废水设计处理量及水质见表1。

2 设计目标

排放水质符合《电镀污染物排放标准》（—2008）表2的要求。电镀水回用率符合2015年环境保护部等三部委第25号公告附件2《电镀行业清洁生产评价指标体系》二级要求。水利用率≥40%，回用水水质优于《金属电镀及化学覆盖工艺水质规范》（-1991）B类水标准，回用水电导率≤100μS/cm。安全防范达到《国防科技工业安全防范系统技术要求》二级。

3 工艺设计

电镀废水处理工艺主要有化学法、电解法、吸附法、反渗透等，但目前处理效果稳定、适应性强、处理成本低、管理简单的处理技术仍是化学法。添加碱性溶剂使废水中的金属离子形成氢氧化物絮体，然后通过沉淀分离去除。

该项目的目标是提高中心城区企业电镀废水排放的可控性，实现安全、稳定、达标排放。因此，本项目设计采取减少对周围环境影响、废水合理集中分离、水资源循环利用等措施；合理控制噪音和气味；妥善处理和处置固体废物，避免二次污染。同时充分考虑操作自动化，降低劳动强度；加工站安装必要的监控仪器，提高管理水平。与公司原有的电镀废水处理系统相比，运行全自动化，过程可控，结果数字化并实时传输至环保管理部门，体现了公司对社会负责的运营。本项目电镀废水处理工艺流程如图1所示。

3.1 含铬废水系统

电镀废水中的铬主要以Cr6+离子形式存在。添加还原剂将Cr6+还原为微毒的Cr3+，沉淀后进入酸碱废水系统。

选择焦亚硫酸钠作为还原剂[3]，设置pH为2.5~3，氧化还原电位（简称ORP）190~240 mV，在搅拌下自动添加硫酸和焦亚硫酸钠溶液，反应时间为30~45分钟。反应方程式如式(1)所示。

++→2Cr(2SO4)3+ +5H2O (1)

还原反应完成后，用NaOH调节pH至7.8~8.5，进行中和反应，加入聚合氯化铝（PAC）进行混凝，加入聚丙烯酰胺（Poly‐，简称PAM）进行絮凝，然后进入溶液含铬废水沉淀系统进行泥水分离，反应方程式如式（2）所示。

Cr3++3OH-→Cr(OH)3↓ (2)

泥水分离后，污泥进入污泥处理系统，溶液进入酸碱废水系统。

3.2 含镍废水系统

化学镀镍废水采用H2O2破坏络合，设定pH为2~3，反应停留时间为3~5 h。破络合后的废水用NaOH调节pH至10.5~11.0，进行中和反应，并添加PAC混凝、PAM絮凝，沉淀后清水与镍电镀废水混合，污泥排放至一体化污泥池。

用NaOH调节含镍废水的pH至9.6~11.0，进行中和反应。反应时间为15~20分钟。添加PAC混凝和PAM絮凝，然后进入含镍废水沉淀系统进行泥水分离。

3.3 含氰废水系统

含氰废水采用NaClO为还原剂，采用碱性氯化法分两阶段破坏氰化物。

第一阶段是不完全氧化阶段，氰化物被氧化成氰酸盐。一级氰化裂解的pH控制在11.0~11.5，ORP值为330~350 mV，反应时间为30分钟。反应方程式如方程式(3)和(4)所示。

CN-＋ClO-＋H2O→CNCl＋2OH- (3)

CNCl+2OH-→CNO-+Cl-+H2O (4)

第二阶段为完全氧化阶段，氰酸盐进一步氧化分解为二氧化碳和氮气。二次氰化裂解的pH控制在8～8.5，ORP值为600～650mV，反应时间为30分钟。反应方程式如式(5)所示。

2CNO-＋3ClO-＋H2O→2CO2↑＋3Cl-＋N2↑＋2OH- (5)

氰化破坏后的废水进入酸碱废水收集池，继续进行下一道工序处理。

3.4 酸碱废水系统

调节酸碱废水pH至8.5~9.0，反应30分钟，添加PAC混凝和PAM絮凝，进入沉淀池进行沉淀[6]；上清液经多介质过滤器处理去除悬浮物后进入回用水处理系统回用。

3.5 中水及浓水处理系统

中水回用工艺流程如图2所示。中间池收集各类废水，调节pH后进入膜中水回用系统[7]。回用系统前端采用柱式连续膜过滤（，简称CCMF）装置。它采用20 µm袋式过滤，由9个单级反渗透（Os‐mosis，简称RO膜）膜组件组成。设计通量45~60 L/(m2·h)，设备产水量6 m3/h，配备反冲洗系统，实现自我再生。采用分级过滤，保证系统出水水质满足浓水系统进水要求。由于CCMF连续超滤浓缩水和反冲洗水含有悬浮物和微量胶体，因此返回酸碱池进行沉淀处理。

灰水经反渗透处理后产生一定量的浓水，存在离子浓度和COD超标的风险。浓水处理工艺流程如图3所示。首先将浓水的pH调节至3左右，添加H2O2和FeSO4氧化废水中的难降解物质，添加混凝剂，然后调节pH至9左右用于凝固反应。废水进入60°斜板固液分离，最大设计表面负荷1.0 m2·h，上清液进入回收池，污泥进入综合污泥池。原水经过多介质过滤器。滤料设计吸附值≥/g，粒径0.44~3mm，比表面积700~/g。保证出水污染指数（Index，简称SDI）≤5，去除有机物和余氯，降低色度和浊度，延长膜系统的使用寿命[8-9]。

3.6 污泥处理系统

各类废水进行固液分离，沉淀的污泥收集在斜板沉淀池中，由气动泵输送至板框压滤机压干，压滤机出水排至浓缩水收集罐。

3.7 土木工程和安全系统

本项目新增使用面积216平方米，土地已进行硬化防腐处理，并覆盖彩钢瓦。根据《国防科技工业安全防范体系技术要求》二级防范要求，周界设置高度2.4m的金属围栏，立杆间距150mm，配备4个高清摄像机，视频图像记录像素大于704×576（4CIF），记录帧率大于25帧/秒，图像信息存储时间大于30d。设计门禁系统，新建应急处理池，安装水质在线监测设施，并与环保局联网。

4 处理效果

项目已建成并投入使用，运行状况良好。加药装置采用自动控制系统，设备启停时可现场手动和程控自动控制。中央监控室设有监控屏，显示系统运行状态。处理后的出水达到设计出水标准和电镀污染物排放标准（-2008年），并已通过当地环保部门验收。循环水可以满足工件清洗的质量，并且不影响后处理镀液中镀液的质量。水重复利用率达到40%。

5 效益分析

这套电镀废水处理设施以节能、自动化为基础。对配电设计、化学品选择和自动化水平进行优化和筛选，以实现成本节约。工艺技术人员为兼职电镀技术人员，配备污水处理操作工1名，实行八小时工作制。日常运营费用主要包括电费、药品费和人工费。以含铬废水处理回用系统为例，处理成本主要包括电费和药剂费。具体核算数据见表2。其他废水处理系统运行费用参照表2核算数据计算，具体见表3。按日废水处理量120 m3/d计算，平均废水处理成本为9.6元/m3，项目运行成本较低。

6 结论与展望

本文在分析企业废水来源和含量的前提下，进行质量分离，应用化学方法处理含铬废水、含镍废水、含氰废水和酸碱废水。技术成熟、效果稳定，能有效去除重金属污染物。适应性强； pH和ORP控制器控制每个处理单元的自动加药，使其易于操作。