作者：刘海军（陕西黄河集团有限公司）

 

摘要：电镀作为金属材料防护的化学手段，在我国机械制造业中扮演着重要角色。随着我国生态文明建设和节能减排要求的不断提高，电镀废水处理问题成为了制约电镀产业持续发展的重要因素。如何高效节能、低碳环保的处理废水成为了当前电镀行业研究的重要方向。

关键词：电镀废水的来源与危害；电镀废水处理技术；新型处理技术

      随着我国重工业的迅猛发展，其产生的污水排放量也在随之增多。为了保证环境质量，我国每年针对工业废水处理的投资也在逐年增加。电镀作为机械制造业的表面处理环节，所产生的废水中不仅含有危害较大的六价铬等重金属离子，而且还含有氰化合物、酸性物质、碱性物质、防银变色剂、增光增亮剂等多种毒性物质。这些污染物对环境和人类都有极大地危害。因此，电镀废水的处理在我国重工业发展中显得尤为重要。电镀废水处理技术的研究越来越受到国家和社会的重视，实现废水的绿色化处理和循环经济利用，以此获得最佳的社会效益。当前，电镀废水治理方式主要包括：化学方式、物理方式、物理化学方式、生物方式等。近年来兴起了一些新型技术，如光触媒技术、重金属捕获剂技术、基因工程技术。本文介绍了各种处理技术的现状，最后对电镀废水处理技术的最新前沿动态进行了展望。

1. 电镀废水的来源和危害

1.1. 电镀废水的来源

      电镀环节主要包含镀件前处理、挂具电镀、镀件后处理、电镀槽液维护、操作现场卫生清洁等。因此，根据电镀环节，废水的来源主要分为前端废水、镀件洗涤水、后端废水、报废镀液废水、其他废水等。

      1）前端废水

      在金属零件表面处理前会根据零件表面情况，通常需要使用石英砂、钢丸、有机物、碱性化合物、无机酸等化学品对零件表面进行镀前处理 （如：喷砂、抛丸、抛光、脱脂、去锈、侵蚀等），来满足零件表面电镀的质量要求，因此产生碱性脱脂废水、酸性去锈废水和酸性侵蚀废水等。

      2）镀件洗涤废水

      在零件电镀后，一般都需要用流动活水或者循环水冲洗以达到表面清洁。电镀槽中的部分镀液大部分被回收，其余的进入冲洗水中。镀液中的重金属盐、络合剂、无机物、光亮剂等都会残留在洗涤水中。因此，漂洗废水即是重金属离子的主要来源，也是电镀废水处理的关键。

      3）后端废水

      在电镀结束后，镀层的后端处理工艺主要有合格镀层的废液冲洗、钝化、封闭及不合格镀层的脱镀等。这些表面处理工序还需要通过有机物、酸、碱、盐等化学物质来进行，因此，还会产生大量的有机杂质、酸、碱、盐、重金属离子等物质的废水。

      4）报废镀液废水

      在金属电镀过程中，由于各种原因会使工作槽液失去期望的作用，从而报废重新配置。例如，彩色导电氧化槽在使用一段时间后，由于操作者未将其他槽液洗涤干净而带入氧化槽中，致使氧化槽镀液受到污染影响镀层质量，只能报废；化学镀液的使用寿命往往有限，需要定期更换。

      5）其他废水

      电镀生产过程中除了操作人员作业过程中产生的电镀废水外，生产车间的地面冲洗、镀槽电极板的保养和清洗，因操作不当和管理不到位造成的“跑冒滴漏”产生的废水以及化验室产生的化验废水，都是有危害的电镀废水。需要按照一定的环保要求进行收集处理，达标后才能排放。

1.2. 电镀废水的特征

      电镀过程由于其工序较多，所以产生的废水成分复杂，有害成分主要有：1）氰化物（ＣＮ^－）；2）多种重金属离子 （Ｎｉ^２＋、Ｃｒ^６＋、Ｚｎ^２＋、Ｈｇ^２＋等）；3）有机添加剂，如络合剂、烟雾抑制剂、分散剂、稳定剂、光亮剂等。因此，电镀废水中的元素比较多，必须经过处理达到排放标准后才能排入自然环境。

1.3. 电镀废水对人类和环境产生的危害

      电镀工业废水如果未流入净化系统而直接排放，会造成居民饮用水和工业用水的污染。不同成分的废水造成的危害如下：1）酸、碱废水改变水环境，影响水源的ｐＨ，使水中的一些微生物死亡；2）含氰废水毒性大，摄入含量极低也会导致人的死亡；3）重金属废水可导致基因突变、致癌和致畸；4）废水中一些含氮、含磷、含钾等离子会导致水体植物异常繁殖，影响水体中其他生物的生长。因此，如何使电镀废水处理过程绿色、低碳、环保且高效，是电镀行业非常重要的研究课题。

2. 电镀废水处理技术研究现状

      由于电镀废水的污染大、难处理、治理成本高，对电镀废水处理策略和工艺的研究相当多，目前电镀废水处理技术在国内外成为研究的焦点。国内采用的治理手段主要有：化学、物理、物理化学、生物等方法。

2.1. 化学处理技术

      化学处理技术是通过化学反应从废水中分离出一些有毒有害物质，或者将其转化为低毒微毒成分，或通过络合、洗涤等方法将重金属从废水中去除。目前，该技术在国内外应用较为早，为研发新技术积累了很多知识和经验。

      1）化学沉淀法

      在电镀废水中通过投加一定量的化学试剂，如石灰石、ＮａＯＨ、钡盐（ＢａＣｌ_２、ＢａＳＯ_４和ＢａＣＯ_３）等使其与重金属离子结合生成沉淀物，再经静置、沉淀、过滤等工序将重金属盐分离出来。化学沉淀法是传统工艺技术较为成熟，且处理成本较低，目前应用较为广泛。利用这项技术需要大量的沉淀剂，存在二次污染的隐患。

      2）氧化破氰法

      氧化破氰法主要是处理电镀废水中的剧毒氰化物（ＣＮ^－）的方法，是在碱性条件下向废水中添加破氰剂，如ＣｌＯ_２、ＮａＣｌＯ、Ｏ_３等，然后将废水中的氰化物破坏，使其成为无害无毒的产品，从而彻底消除氰化物的污染问题，但在采取这一策略的过程中，必须有效控制pＨ，否则很容易产生二次污染。

      3）化学还原法

      化学还原法是向电镀废水中加入还原剂来处理污染物离子的一种方法。主要使用的还原剂有：气态水合肼、气态ＳＯ_２、固体亚硫酸盐、ＦｅＳＯ_４等。主要用在处理废水中的六价铬（Ｃｒ^６＋）和汞等重金属有毒污染物。

      4）腐蚀电池法

      腐蚀电池法主要利用的是电化学中的腐蚀原理，一般用于电镀废水中含铬（Ｃｒ^６＋）或者含氰（ＣＮ^－）物质的去除。通常使用铁屑法来处理含重金属的废水，若采用焦铁屑法效果更好，通过吸附、催化作用，使重金属离子成为更致密的絮状体，易于沉淀。这种处理方式效果很好，缺点是处理过程耗时较长，铁屑易凝聚，从而对处理效果产生影响。

2.2. 物理处理技术

      物理处理技术是利用物理规律在不改变物质化学性质的情况下分离电镀废水中悬浮污染物的一种方法。物理处理法包括：蒸发浓缩法和反渗透法。

      1）蒸发浓缩法

      蒸发浓缩回收处理技术是利用蒸发原理，对电镀废水中的重金属进行浓缩提纯后循环使用的一种方法。在电镀废水的处理中，虽然蒸发浓缩法无需加入其他试剂，不会产生二次污染，但能耗较大，所以通常采用蒸发浓缩法与其它方法相结合来的方式处理废水。

      2）反渗透法

      反渗透法是借助半透膜来分离废水中杂质离子的一种水净化技术。该方法主要应用于重金属离子的分离，其具有物理性操作、浓缩液可回收循环利用、稀释液可循环冲洗、无二次污染等优点。

2.3. 物理化学处理技术

      物理化学处理技术是利用物理和化学两种技术综合处理电镀废水中杂质的一种方法。目前应用较为广泛的主要有以下三种技术。

      1）膜分离处理法

      膜分离法是运用特殊膜材料对电镀废水进行分离净化的一种新技术。该技术具有绿色低碳、节能环保、重金属回收率高、净化率好等优点。它被认为是很有前景的净水技术之一。渗析、超滤是目前常见的膜分离方式。

      2）吸附法

      吸附法是借助一些比表面积大和孔结构丰富的吸附剂对电镀废水中有毒有害离子进行吸附和去除的一种方法。它的优点是材料易得、可重复使用、性能稳定等。活性炭是目前常见的吸附剂之一。

      3）离子交换法

      离子交换法是借助离子交换剂使废水中的重金属离子含量降低或者彻底去除的一种废水净化方法。它的优点有能耗低、处理量大、水可以循环使用等，但合成的离子交换树脂需要较高的合成成本，且相对容易被污染，树脂也是一种难再生的材料，且操作不简单，因此不适合一些小企业使用。该方法目前主要应用于含金（Ａｕ）、含镍（Ｎｉ）、含铬（Ｃｒ）等电镀废水的处理。

2.4. 生物处理技术

      生物处理技术是利用生物体的生命活动来净化废水的一种方法。生物法具有环境友好、经济性高、有效回收重金属等优点。但就生物法的实际情况而言，其整体水平较低，需要进一步的综合分析和研究才能被广泛应用。生物法主要有以下三种处理技术。

      1）生物吸附处理技术

      生物吸附法又称吸附再生法是借助生物体吸附剂经过吸附和固液分离后提取废水中重金属离子的一种水处理技术，其主要有细菌类、藻类等。该方法的优点是可再生、选择性好、吸附解吸速率快、绿色低碳等，未来市场前景较好。

      2）生物絮凝处理技术

      生物絮凝法是指利用微生物代谢产物将电镀废水中的某些污染元素凝聚成絮状物或絮状物在水中沉淀分离。它的特点是无毒无害、无二次污染、安全方便、经济性高、易于实现产业化，具有较好的市场前景。

      3）植物修复处理技术

      植物修复处理法是借助植物体对电镀废水中污染物离子进行吸收、沉淀和富集的一种水净化技术，达到污水处理和生态修复的目的。它的特点是环境友好、经济性高、无二次污染等。然而，鉴于水生植物数量、种类庞大，如何培养适应性强、经济性高的水生植物将是今后关注的焦点。另外，怎样将不同的水生植物结合起来，形成互补的小生态系统也是今后植物修复研究的重要方向。

2.5. 新型处理技术

      目前，新型的电镀废水处理处理技术主要有光触媒处理技术、重金属捕集剂技术和基因工程技术等。

      1）光触媒处理技术

      光触媒也叫光催化剂，其原理是在光照条件下，光触媒中的光生空穴（ｈ^＋）与Ｈ_２Ｏ反应后可将电镀污水中的有机污染物降解为Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２。目前主要研究的光触媒主要有：①非金属光触媒，如：Ｃ_３Ｎ_４、石墨烯、碳量子点等；②金属氧化物光触媒，如：ＣｕＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３等；③贵金属掺杂光触媒，如：Ｒｈ掺杂ＴｉＯ_２、Ａｇ掺杂ＴｉＯ_２、Ｐｄ掺杂ＳｎＯ_２、Ｐｔ掺杂ＺｎＯ等。光触媒处理技术的优点有适用性强、降解率高、绿色环保等。被认为是最有潜力的废水处理方法之一。

      2）重金属捕集剂技术

      重金属捕集剂技术主要是通过重金属捕获剂与重金属离子发生化学反应产生絮凝沉淀，再经固液分离后即可回收重金属盐。它的优点是反应效率较高、无二次污染、选择性良好等。

      3）基因工程技术

      基因工程技术是将外源基因导入微生物细胞中，使其能对特定的重金属离子进行分离的一种新型废水处理技术。它的特点是高效和专一等。

3. 电镀废水处理技术展望

      电镀废水处理目前主要存在的问题是处理成本高、处理回收率低、自动化控制水平低等。随着金属材料表面处理产业的不断升级，废水的排放要求越来越严格，但现有工艺已不能满足越来越高的排放标准。为落实国家的可持续发展战略及生态文明建设等相关政策，未来电镀废水处理技术的发展趋势主要有新型清洁生产技术、综合利用和循环技术、多种组合技术、微生物处理技术、纳米光催化处理技术等，从电镀产业的源头、过程、结尾三个阶段进行新技术研发。

4. 结语

      不同镀种的电镀废水成分各异，应尽量根据实际情况进行分类处理。在处理方法的选择上，要充分认识各种方法的利弊，集合优势技术，对重金属和贵金属处理应尽量回收，减少排放。针对化学法处理污水产泥量大、电化学法能耗高、膜技术处理的组件成本高、易污染等问题，可以运用组合工艺对各种电镀废水处理技术进行升级改造，提高处理效率，减少二次污染。同时，还可以与计算机软件相结合，实现数字智能自动化控制。此外，还可以结合纳米材料学、微生物学、机械学等学科，研发出更适合电镀废水处理绿色、高效、环境友好的材料、工艺及新设备。