集成膜分離技術(shù)處理電鍍廢水可行性研究

1．概述

采用集成膜技術(shù)處理電鍍綜合廢水，實(shí)現水在線(xiàn)回用、清潔生產(chǎn)，以美國通用公司OEM生產(chǎn)汽車(chē)輪轂企業(yè)上海某電鍍廠(chǎng)項目為案例，該項目日處理廢水量為480M3，要求零排放設計，實(shí)現循環(huán)水85%利用，處理后水質(zhì)要求理化指標與上海自來(lái)水標準相同。處理工藝主體完全采用當今世界先進(jìn)的膜分離技術(shù)，利用OSMONICS一種具有半透性能的高分子合成膜材料，在外壓趨動(dòng)力作用下實(shí)現廢水溶液中某些組分選擇性透過(guò)的分離技術(shù)。膜材質(zhì)選型為芳香族聚酰胺，可脫除污水中的有機物、細菌、病毒、鹽類(lèi)等物質(zhì)，操作壓力為0.4-1.0MPa。利用這種新技術(shù)、新設備的凈化裝置其性能優(yōu)良、經(jīng)濟適用、效果突出、節省投資，運行成本低廉，占地面積小，在污水深度凈化處理中實(shí)現開(kāi)電鍍綜合廢水處理循環(huán)利用先河。

電鍍廢水主要包括電鍍工藝的前處理廢水、鍍層漂洗廢水、后處理廢水、廢鍍液以及設備沖洗廢水、刷洗地坪和極板廢水以及由于操作或管理疏漏而引起的跑冒滴漏產(chǎn)生的廢水,還有:在廢水傳統的化學(xué)處理過(guò)程中導致的二次污染等。

電鍍表面處理工藝過(guò)程，常用的鍍種有鍍鎳、鍍銅、鍍鉻、鍍鋅等。電鍍工藝根據不同鍍種分類(lèi)，在鍍件生產(chǎn)過(guò)程中，除油、酸洗和電鍍等所產(chǎn)生的鍍件清洗、鍍液過(guò)濾、廢液、滲漏及地面沖洗等，廢水中污染物的濃度不盡相同,其中電鍍前處理工序的除油、除銹、活化等過(guò)程產(chǎn)生的大量的化學(xué)藥劑、重金屬離子和有機添加劑而形成的酸堿廢水總量占50%以上。

廢水處理的目的是將廢水中的有害物質(zhì)加以分離，或使有害物質(zhì)改性變成無(wú)害物。電鍍廢水處理方法大體可分為物理法、物化法和生化處理法。物理處理法主要是去除或回收廢水中較大顆粒的懸浮物和油類(lèi)等，包括自然沉淀、浮選、過(guò)濾、離心、蒸發(fā)等；物化法主要是去除或回收廢水中的細小懸浮物、膠體和溶解物質(zhì)，或者將有毒物質(zhì)改性轉化為無(wú)毒物質(zhì)，包括混凝沉淀、中和、氧化還原、萃取、吸附、離子交換、反滲透、電滲析等；生化處理法主要是通過(guò)生物作用將廢水中膠體的和溶解的有機物分解破壞而加以分離去除。

以集成膜技術(shù)處理電鍍廢水就是以篩分為機理按電鍍廢水的特性分級分段或多級多段處理。集成膜過(guò)程是進(jìn)幾年來(lái)在膜分離技術(shù)的發(fā)展中的又一項新技術(shù)，即：將幾種膜分離過(guò)程聯(lián)合起來(lái)，或將膜分離與其它分離方法結合起來(lái)，將它們各自用在最適合的條件下，發(fā)揮其最大的效率。隨著(zhù)集成膜分離技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，膜分離技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中將發(fā)揮更大的作用。

2．項目來(lái)源與背景

上海閔行某電鍍有限公司是美國通用公司、福特、戴姆勒-克萊斯勒三大汽車(chē)制造公司的整車(chē)輪轂OEM生產(chǎn)廠(chǎng)。

項目單位概況：廠(chǎng)區占地面積13876平方米，建筑面積6716．7平方米，綠化面積2775．2平方米，綠化率20%。年產(chǎn)電鍍輪轂30萬(wàn)只、銷(xiāo)售12240萬(wàn)元、利潤3000萬(wàn)元。

設計電鍍廢水總排放量184M3／D，實(shí)際電鍍廢水排放總量768M3／D（其中含有生活區26M3／D生活污水）。

該電鍍廠(chǎng)位于上海黃浦江上游準水源保護區、上海世博園區東南隅，新建項目要求不得向準水源排污，實(shí)現重金屬廢水閉路處理與循環(huán)水利用。

3．項目設計依據

鍍件前處理廢水：15M3／HR；

銅系漂洗廢水：3M3／HR；

鎳系漂洗廢水：6M3／HR；

鉻系漂洗廢水：3M3／HR；

鋅系漂洗廢水：4M3／HR；

含氰廢水：5M3／HR；

跑冒滴漏廢水：12M3／HR（含沖洗水）；

電鍍生產(chǎn)線(xiàn)總廢水量：768M3／D（8×2班次）；

表1 電鍍原廢水水質(zhì)主要成分

序 號	工 序	成 分	溫 度
1	前處理（脫脂、脫蠟）	碳酸鈉	70℃
		磷酸三鈉
		硅酸鈉
2	陰極除油	碳酸鈉	70-80℃
		磷酸三鈉
3	堿濁	氫氧化鈉	常溫
4	沉鋅	氫氧化鈉	40-50℃
		氧化鋅
5	脫鋅	硝酸	常溫
6	預鍍鎳	硫酸鎳	55℃
		氯化鎳
		硼酸
7	鍍銅前酸活化	硫酸	常溫
8	光亮鍍銅	硫酸銅	50℃
		硫酸
9	半亮鎳	硫酸鎳	60℃
		氯化鎳
		硼酸
		BTL
		TL-2
10	高硫鎳	硫酸鎳	50℃
		氯化鎳
		硼酸
		BTL
		TN
11	亮鎳	硫酸鎳	60℃
		氯化鎳
		硼酸
12	鎳封	硫酸鎳	50-60℃
		氯化鎳
		硼酸
		BNT-B
		BNF-110
		BNF-220
13	鍍鉻前酸活化	鉻酐	30℃
14	鍍鉻	鉻酐	30℃
		硫酸

4．系統主體工程設計

(1)設計電鍍廢水收集槽收集來(lái)自電鍍生產(chǎn)線(xiàn)的各鍍種漂洗廢水（含沖洗、跑冒滴漏廢水），收集槽廢水停留時(shí)間8h；

(2)經(jīng)提升泵進(jìn)入前置預處理去除懸浮物固體；

(3)初處理廢水進(jìn)入UF分子篩分子系統去除大分子物質(zhì)及膠體、去除部分COD；

(4)實(shí)現NF／RO進(jìn)水要求時(shí)由多級分離增壓泵送入離子篩分系統，同時(shí)在線(xiàn)調整pH值，使分離后水質(zhì)指標達到電鍍生產(chǎn)工藝用水及漂洗水要求；

(5)系統產(chǎn)水收集備用并提升至高位水箱輸送到生產(chǎn)線(xiàn)；

(6)系統設計pH自動(dòng)加藥調整、集成膜分離維護藥洗系統；

(7)系統過(guò)程控制設PLC自動(dòng)報警控制系統，在線(xiàn)監測ORP、TDS、pH，確保循環(huán)利用水水質(zhì)標準；

(8)膜分離后少量濃縮液經(jīng)一步法化學(xué)處理，上清液導入原廢水池進(jìn)入系統循環(huán)處理，少量殘渣取出定期處理（6個(gè)月或12個(gè)月清理一次）。

系統設備配置及運行工況分析：

膜法水處理與傳統工藝不同在于，膜處理過(guò)程是物理過(guò)程，不發(fā)生相變、在常溫下運行、選擇性強、無(wú)化學(xué)變化、適應性強�？朔�了傳統工藝能耗高、二次污染、占地面積大、自動(dòng)化控制難和操作繁瑣的缺點(diǎn)。

前置預處理系統由DGF／ACF／MF裝置組成：前置預處理系統廢水來(lái)源破氰、鍍鉻及綜合廢水，經(jīng)多介質(zhì)濾器進(jìn)入系統處理，使SS基本去除后進(jìn)一步降低濁度而實(shí)現部分重金屬吸附去除。多介質(zhì)過(guò)濾有效去除廢水中的生物絮體和膠體物質(zhì)，去除化學(xué)絮凝過(guò)程產(chǎn)生的鐵鹽、鋁鹽、等沉積物，顯著(zhù)降低出水的懸浮物含量和濁度，使出水安全進(jìn)入下一個(gè)系統，以保證UF分子篩分系統的正常運行。活性炭過(guò)濾進(jìn)一步降低出水的BOD、COD值，對重金屬、細菌、病毒有很高的去除率。

MF過(guò)濾裝置：微濾是以靜壓差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過(guò)濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過(guò)程，其原理與普通過(guò)濾相類(lèi)似，但過(guò)濾的微粒在0.03～15μm，因此又稱(chēng)其為精密過(guò)濾，是過(guò)濾技術(shù)的最新發(fā)展。在靜壓差作用下，小于膜孔的粒子通過(guò)膜，比膜孔大的粒子則被截留在膜面上，使大小不同的組分得以分離，操作壓力為0.7～7Kpa。MF膜的截留作用大體可分為以下幾種：

A、機械截留作用指膜具有截留比它孔徑大或孔徑相當的微粒等雜質(zhì)的作用，即篩分作用。

B、物理作用或吸附截留作用如果過(guò)分強調篩分作用就會(huì )得不出不符合實(shí)際的結論，除了要考慮孔徑因素外，還要考慮其他因素的影響，其中包括吸附和電性能的影響。

C、架橋作用通過(guò)電鏡可以觀(guān)測到，在孔的入口處，微粒因為架橋作用也同樣可以被截留。

D、網(wǎng)絡(luò )型膜的網(wǎng)絡(luò )內部截留作用是將微粒截留在膜的內部，并非截留在膜的表面。

UF分子篩分裝置：超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，膜孔徑范圍為0.05μm（接近MF）至1nm（接近NF），超濾的典型應用是從溶液中分離大分子物質(zhì)和膠體，所分離的溶質(zhì)分子量下限為幾千Dalton(1Dalton即1Da,1Da=1.66054×10-27kg)。超濾膜對溶質(zhì)的分離過(guò)程主要有：

A、在膜表面及微孔內吸附；

B、在孔中停留而被去除；

C、在膜面的機械截留。

超濾對于水中懸浮物、固體、膠體、大分子、細菌有較高的去除率，對BOD和COD有部分的去除率。超濾膜可通過(guò)定期反洗和化學(xué)清洗，保持長(cháng)期使用。

NF(RO)離子篩分裝置：RO系統原理：在濃液的一邊加上比自然滲透壓更高的壓力，扭轉自然滲透方向，把濃溶液中的溶劑（水）壓到半透膜的另一邊稀溶液中，這是和自然滲透過(guò)程相反的。這種現象表明，當對鹽水一側施加的壓力超過(guò)水的滲透壓時(shí)，可以利用半透膜裝置從鹽水中獲得淡水。反滲透對于水中溶質(zhì)、鹽（懸浮物、大分子、離子、二價(jià)和多價(jià)陽(yáng)離子鹽）有很高的脫除率。采用進(jìn)口超低壓膜進(jìn)行除鹽，脫鹽率可達到99.5%以上，使產(chǎn)水電導率下降到200μs/cm以下。

PLC在線(xiàn)控制系統及相關(guān)輔助設備：RO系統的控制（集中控制）方式采用手動(dòng)控制（按鈕操作）和全自動(dòng)控制（PLC運行）方式兩種。在全自動(dòng)控制方式無(wú)故障情況下不采用手動(dòng)控制方式，確保反滲透系統正常運行，避免在操作失誤的情況下造成不必要損失。

RO控制系統采用模擬屏顯示，各種運行參數、狀態(tài)及水質(zhì)情況直觀(guān)明了；整套控制系統配有在線(xiàn)ORP／TDS／pH監測儀、高壓泵低壓保護裝置、在線(xiàn)壓力傳感器、水箱液位傳感器、在線(xiàn)溫度傳感器、在線(xiàn)流量傳感器等全套在線(xiàn)儀表，確保各種運行參數都能在模擬顯示屏上反應出來(lái)。同時(shí)具有運行狀態(tài)及故障報警遠傳功能。系統運行工況受進(jìn)水及預處理水箱的液位自動(dòng)控制，高位運行，低位停止。

表2 系統處理后水質(zhì)情況

序號	項 目	原水水質(zhì)指標	中水水質(zhì)指標	系統產(chǎn)水水質(zhì)
1	pH值	1.82	9.03	6.5-7.5
2	CN- (mg/L)	79	0.7	<0.05
3	Cr6+ (mg/L)	256	0.78	<0.05
4	總鉻(mg/L)	284	0.84	<0.1
5	Ni2+ (mg/L)	35.5	0.672	<0.02
6	Cu2+ (mg/L)	52	4.3	<0.5
7	電導(μs/cm)	--	--	<150

表3 膜對不同價(jià)離子的截留性能

化合物/無(wú)機鹽	膜A	膜B	膜C	膜D
NaCl	15.81	33.15	35.15	40.81
Na2CO3	62.26	72.53	75.51	78.18
Na2SO4	85.87	91.02	92.60	96.21
MgSO4	80.70	87.37	93.09	98.48
KCl	20.57	40.57	42.21	42.71
CaCl2	47.36	52.80	68.51	73.63
BaCl2	38.22	46.66	62.32	76.17

7．經(jīng)濟效益分析

設計每天電鍍綜合廢水進(jìn)水處理量：Q進(jìn)＝768m3/d；

即：768m/d3×75%=576m3/d；

設計每天系統產(chǎn)水回用量（75%）：Q出＝576m3/d；（不含系統回流）

回用水按自來(lái)水單價(jià)2.5元/m3計算

即：576m3×2.5元=1440元/d；

年直接水回用量：576m3/d×300天=172,800m3/a；

年直接回用水產(chǎn)生效益：172，800m3/a×2.5=432,000元/a；

年節約排污費用：排污費按3．0元/m3計算

即：768m3/d×3．0元/m3×300天＝691,200元/a；

運行費用：以處理量768m3/d計,耗電45kw/h,按0.5元/kw·h計

即：45kw/h×0.5元×16h＝360元/d；

則年用電費用：360元×300＝108000元/年；

材料損耗費用：

更換UF／RO膜元件,設膜壽命三年,整套設備需配膜組件108支，單支膜平均單價(jià)按2，500元／支計

即：2，500元×108＝270，000元（平均每三年間歇更換一次）；

則每年損耗費為：270，000元÷3＝90，000元/a；

電鍍廢水回用工程實(shí)際創(chuàng )造效益：

年節水：140,400m3/a；

年節水產(chǎn)生效益：432,000元/a；

年節約排污費用：691,200元

年水回用直接效益+節約補給水效益+節約排污費-(用電費用+材料費用)

即：(432，000＋691，200元)/年

–(108000元+90，000元)/年=925，200元/年

則：年實(shí)現效益925，200元。

工程及設備總投資2，500，000萬(wàn)元（人民幣）

工程投資回收期

2，500，000萬(wàn)元÷925，200元/年≈3年

即:不到三年收回投資。

結論

采用集成膜分離技術(shù)處理電鍍廢水，根據上海、惠州、廈門(mén)、湖州、江陰等幾家電鍍企業(yè)的工程實(shí)例的運行結果，技術(shù)可行、工程設計方案愈來(lái)愈科學(xué)合理。本文著(zhù)重工程技術(shù)應用領(lǐng)域的電鍍廢水處理與再利用，它還涉及到電鍍漂洗水在線(xiàn)濃縮回收貴重金屬。以膜分離技術(shù)為核心的廢水處理工程，是必先解決廢水處理系統問(wèn)題；是必先解決膜分離系統進(jìn)水pH、SS、SDI、游離氯等諸多問(wèn)題；是必先考慮過(guò)濾分離介質(zhì)技術(shù)選型要求�？偠�言之，集成膜技術(shù)首要問(wèn)題是如何解決工藝技術(shù)組合和設備選型配套等問(wèn)題，因此，經(jīng)改良的多介質(zhì)電鍍廢水前置預處理器與膜分離后濃縮水的一體化處理技術(shù)相結合，可以大大消減污泥量。不僅僅只能處理電鍍廢水，同樣可以在其它工業(yè)領(lǐng)域廣泛應用，在城市污水深度處理中應用。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)