电镀废水在线循环处理技术可行性及经济效益分析 当前位置:首页 电镀废水处理回用
 

    环境污染,特别是水环境的污染,已成为当今社会最为关注的问题之一。电镀工业是重要的加工行业,是机械、电子、仪器、仪表、轻工、航天等诸多行业中一种必不可少的产品加工手段。但是由于电镀废水的排放,特别是废水中重金属对环境污染非常严重,给自然界造成了不可逆转的破坏。随着环境污染的加剧,社会对电镀企业污染环境的行为非常关注,政策对电镀企业的限制也极为严格,电镀企业面临生存选择。

    今年是十二五的开局之年,环境保护部2月18日在北京召开《重金属污染综合防治“十二五”规划》工作会议,环境保护部部长周生贤强调 :重金属污染防治事关广大人民群众的身体健康、事关社会的和谐稳定。这是我国第一个“十二五”专项规划,充分体现党中央、国务院对重金属防治的高度重视。

    一、电镀废水的主要危害:

    电镀行业污染非常严重,是当今全球三大污染行业之一,电镀废水主要包括镍、锌、镉、铬等)。电镀废水中的重金属不能被其他任何手段所分解破坏,无法改变其物理和化学形态。因此电镀废水中的重金属为“永久性的污染物”,加上电镀线的生产过程中加入各种化工材料,电镀废水给周围环境带来严重污染。

    我国现有电镀企业约20000家,江苏省内现有电镀企业约5000多家,南京现有电镀企业约200多家,其中在电镀集中园区以外的企业,大部分设备已经陈旧、老化。据不完全统计,我国电镀企业每年约排放40亿吨含重金属的废水:2007年,仅太湖流域电镀废水的排放量就达3719.7万吨,其中氰化物含量2213千克、六价铬含量2555千克。是太湖水系环境污染的罪魁之一。南京电镀企业每年排入水体的铜、镍、铬、锌等重金属依达标排放计就达到约10吨,COD排放量约200吨。

     二、目前国内外电镀重金属废水处理的主要技术和问题:

    目前国内外电镀废水处理的主要技术是围绕着怎样在“达标排放”的基础上实现部分回用,广泛采用的主要方法包括:(a)化学沉淀法;(b)氧化还原法;(c)离子交换法;(d)RO膜分离法;(e)生物化学法;(f)离子交换法;(g)电渗析法;(h)电解法;(i)萃取法等。这些方法在达标排放的技术线路下应用于电镀废水处理工程,虽然发挥了污染治理的作用,满足了达标排放电镀废水部分回用的要求,但仍存在着许多问题和缺陷,如:

    1)成本过高——传统处理方法需使用大量药剂,水也无法最大限度的循环利用,水费与污水处理费占总生产成本15%~20%;

    2)资源浪费——贵重金属因沉淀到污泥中无法经济的回收利用;

    3)污染环境——最终排放的电镀废水虽已达标,但仍对环境有一定量的污染,同时重金属转换为固废后,又带来再处理和新的污染问题。
   虽然针对电镀废水也开发了诸如“组合式一体化处理工艺”等综合处理的方法,但由于这些综合处理方法有成本高、操作复杂、对于大流量低浓度的重金属污染物处理效果不明显等缺点,所以,长期以来绝大多数电镀企业的电镀废水处理基本走传统的“达标排放”的老路,从指标上看,虽然减轻了对环境污染,但是实质上是改变了污染形态和浓度,因此没有从根本上消除污染,甚至有的企业仍在偷排。

    三、电镀重金属废水治理的未来方向

    近年来,不少地区建立了电镀工业园或电镀集中区,将过去零散的电镀企业集中在一个区域内,努力实现电镀生产的合理分工与协作,同时对产生的废水、废渣和废镀液进行统一收集,集中处理与处置。这些集中治理、统一管理的做法,虽减轻了污染,也方便了监管,但如不能在治理水平和治理技术上有根本性的改变,就会有变分散污染为集中污染之嫌。

从发展趋势分析,金属资源和水资源回收再利用将成为电镀废水最重要的治理思路,从这方面寻求突破,将会使电镀废水治理走出“山重水复疑无路”的困境,同时也将给整个电镀行业带来生机。这是因为:

    第一,工业废水治理已开始进入清洁生产工艺、总量控制和循环经济整合阶段,资源回收利用和闭路循环是发展的主流方向,这也要求对电镀废水的要从传统的达标排放前的“达标处理”转向电镀过程的“在线循环处理”。贯彻循环经济、重视清洁生产技术的开发与应用,提高电镀物质、资源的转化率和循环使用率;从源头上削减重金属污染物的产生量,并采用全过程控制、结合废水综合治理、最终实现废水循环利用,是电镀废水处理的目标和方向。 

    第二,随着各类新技术的涌现,重金属废水处理的技术和手段已经很多,在此基础上,进一步分析电镀企业生产过程及电镀废水产生的机理,通过技术创新,形成综合一体化、高效的重金属废水在线循环治理技术及装备的条件也已具备。

    四、我公司电镀废水在线循环处理技术

    我源泉公司开发的电镀废水在线循环处理技术及装置是项目研究人员在多年的电镀生产实践,逐步摸索,不断思考,反复试验,形成的独特研究方案,技术关键是有效控制生产线的水质纯度。并把计算机、电子技术、物理装置、机械工程、化学分析等方法综合运用到电镀废水处理工程中,通过实时监控调整将电镀水溶液中的溶质与水分离,剥离其中的重金属离子并完全回收的同时,将产生的纯净水返回生产线循环使用,完全有别于达标排放。

    与其它电镀废水处理技术经济指标的比较(15T/h标准规模)

  方法

 指标

传统化学法

离子交换法

电解回收法

蒸发法

一般无污染排放技术

在线循处理技术

中水回用效率

0(达标排放)

较高

100%

重金属回用效率

0

较低

较高

较高

较低

占地面积(m2)

700-1000

400-700

300-500

300-450

200-300

300

能耗

较低

较低

极高

酸碱、药剂投加量

较高

较低

较低

较低

产固废量

较低

极低

有无二次污染

    我公司相关技术负责人长期关注电镀废水处理的技术问题,于2002年开始组织技术人员进行“电镀废水在线循环技术”的调查研究。2005年项目负责人组织电镀、水处理、环境工程、计算机等的专业技术人员,联合南京市环科院正式组成项目攻关小组,并投入资金进行研究实验,这一举动得到了南京市环保局的极大关注和大力支持。2008年8月项目研究人员在2006年多次完成试验室试验和2007年车间小试成功的基础上,顺利完成了关键技术的生产线中试。这一技术的研究、应用迄今为止已近产生了14项专利,多次获得国家、省、市多项表彰和奖励,如:

    1)、2009年9月通过江苏省新产品、新技术和科技成果鉴定,鉴定结论为国内领先。获得《科学技术成果登记证书》。

    2)、2010年国家科技部第一批科技型中小企业技术创新项目,立项代码10C26213211169。

    3)、2010年国家重点环境保护实用技术A类产品 。

    4)、2010年江苏省高新技术产品。

    5)、2010年南京市第一批自主创新产品。

    6)、2010年南京市科技进步奖。

    五、该技术的创新点:

    第一,电镀废水处理工艺流程创新。我国目前电镀行业废水的处理广泛采用的方法主要有:化学法、蒸发浓缩法、电解法、离子交换法、吸附法、膜分离法等,这些处理方法主要目的是使得电镀废水能够达标排放。本技术打破了传统的单一或简单的处理技术手段,综合运用计算机、电子技术、物理装置、机械工程、化学分析等方法,把处理手段延伸到生产线的工艺过程中去。从源头杜绝污染物生成,既先进又经济,开创了环保行业产品更新换代的新路。

    第二,物理分离法+化学浓缩法”相结合,获得工业纯水和高浓度浓缩液,实现在线回用。通过物理分离法将电镀废水制成纯水回到生产线循环使用,实现了废水的在线循环处理。同时获得1600倍以上浓缩液直接回线使用,这是目前达标排放技术无法达到的。现有的技术只能做到100倍左右的浓缩液,要达到本项目技术的实际效果,必须或者增加分离装置直到得到可直接回用的浓缩液,或者增加其他浓缩设备如蒸馏、负压蒸发,得到最终可回用的浓缩液。这一类的方法虽然在理论上和试验研究上可以达到零排放的目的,但却不具备推广应用的价值。因为分离装置的逐级增加,不仅成本高,而且系统故障率成倍提高,可靠性大幅下降,不能被生产型企业采用。蒸馏和负压蒸发等方法,投资大,运行成本高,也不能被一般电镀企业接受。

    第三,该技术应用了计算机技术、电子技术和远程控制技术,将处理过程延伸到生产线工艺过程,实现全程控制。水资源监控,装置在生产线上安装调试完成,一次性注入全部循环水量,以后每10天左右注入少量新水,生产线的用水情况得以精确计量,稍有跑冒滴漏,系统装置会自动报警。电镀原材料监控,电镀原材料均为价值昂贵工业原料,除了生产线的工艺带出外,还有人为流失的可能,项目应用计算机技术在系统运行全过程中,完全收回工艺带出的各类原材料,同时,准确给出产品的工艺消耗,获得原材料的投入产出差额,即时做出原材料流失报警。

    第四,该技术首次实现了电镀废水排放在线循环使用,效益显著。

采用该技术,只需要按照一定的周期向生产线添加少量新水,大大节约了水资源;由于不排放废水,对环境保护和水资源安全也有着重要意义;另外,处理后的纯水质量稳定可靠,有利于提高电镀质量。

    以台兴汽车零部件制造有限公司电镀车间为例:

    回用水效益(H1)

    总处理水量15.0T/h×20h/d×300d/年=90000吨/年,每吨废水处理成本为747180元÷90000吨/年=8.3元/吨,回用水量90000T/年×95%=85500吨/年(其余5%为工艺蒸发和污泥含水),按传统工艺所需污水处理费6.16元/吨,采用回用处理设备,每吨水多耗费用8.3-6.16=2.14元,则年多支出处理费用为90000吨/年×2.14元/吨 =192600元,年节约用水费用为85500吨/年×3.45元/吨=294975元。

    H1=294975-192600=102375元/年  

    回收镍效益(H2)

    镍平均价  按16万元/吨计, 原水镍含量按100mg/L计。年回收镍:3.0T/h×20h/d×300d/年×1000 L /年×100mg/L=1800000000 mg=1.8吨,H2=1.8吨×160000元/吨=288000元/年

    回收铜效益(H3)

    铜平均价  按7万元/吨计,原水铜含量按100mg/L计。年回收铜:2.0T/h×20h/d×300d/年×1000 L /年×100mg/L =1200000000 mg=1.2吨    H3=1.2吨×70000元/吨 =84000元/年

    回收铬酸效益(H4)  

    铬酸平均价  按3.4万元/吨计,原水铬酸含量按120mg/L,年回收铬酸2.0T/h×20h/d×300d/年×1000 L /年×120mg/L=1440000000 mg=1.44吨  H4=1.44吨×34000元/吨 =49000元/年

    在线回收设备年收益H1+ H2+ H3+ H4=102375+288000+84000+49000=523375元

    使用该在线循环处理设备可将终端的污泥减量80%,大大减少了污泥的处理成本。企业大约三四年可以收回投资。

    五、总体效益分析

    1、经济效益

    以南京台兴汽车零部件有限责任公司为例:该公司是国内知名汽车标牌及汽车配件专业制造厂家,年生产汽车标牌360万件,产品配套于上海通用、上海大众、一汽大众、二汽、奇瑞汽车、南汽、长安福特等汽车生产厂。作为产品加工需要, 采用了塑料ABS电镀铜-铬-镍生产工艺。2008年我公司于其签订500万元的合同,(2010年继续与其签订了二期480万的建设合同)建成一套电镀废水在线循环处理装置,该装置采用反渗透膜二段循环分离法和化学浓缩法相结合,形成一种全新的电镀漂洗水处理工艺,以获得工业纯水和高浓度重金属离子浓缩液,回到生产线循环使用。该工艺方法如下:

     系统首先将自来水制成工业纯水注入生产线使用,然后将生产过程形成的废水送至连续式分离系统,进行分离浓缩。浓缩液进入化学浓缩系统进一步处理,或直接返回镀槽使用;物理分离系统的透过液被处理为纯水,完全达到去离子水标准,送回到电镀线上的漂洗槽重复使用。因此就实现了系统闭路循环,在整个系统的循环中,生产过程带入的杂质被逐级滤除,水和贵重金属被分离后再次循环使用,整个生产线没有废水排放,这是从前的电镀废水处理达标排放技术无法做到的。

    该套电镀废水在线循环处理装置在竣工验收、调试合格后运行至今,情况良好。由于实现了真正的在线循环处理,关闭了排污口,在可以节约大量的自来水等新鲜水资源的同时,不再有电镀污染物排放水体中造成污染,保护了环境,实现企业的社会责任。经过长时间设备的试运行,达到了预期的废水在线循环处理和重金属离子回用的目的。自运行以来的检测数据推算,本套装置平均年节水8.5万吨/年,回用水和重金属材料的效益约52.3万元/年;减排污染物数量:铜1.2吨/年,镍1.8吨/年,铬酐1.44吨/年,上述重金属离子可全部回收,污染物削减率100%。固废排放量由原来100T/年减少至20T/年,排放量减少80%。

     该企业车间真正意义上实现了所有污染物闭路循环使用,无排放。

     1、全部电镀废水在线循环使用。

     2、电镀废(槽)液通过过滤、萃取除杂、混合液提纯、反萃、浓缩结晶,等手段得到重金属工业晶体原料。

     3、车间跑、冒、滴、漏的废水通过地面收集系统与电镀废水混合处理,最终作为电镀清洗水使用。

     4、含盐的中水浓缩水通过我公司专有技术《新型降膜循环气热蒸发器》进一步的蒸发浓缩、结晶。

     5、分析室监测、实验水:通过处理含铬废水的离子交换床去除重金属离子后与电镀废水混合处理。

    2、社会、环境效益:

     1、电镀是臭名昭著的重污染企业,由于本项目实现了真正的在线循环处理无排放,关闭了排污口,不再有电镀污染物排放水体中造成污染,保护了环境,实现了企业的社会责任,也为我市在全国率先实现电镀行业无排放、无污染创造条件。

     2、节约大量自来水和贵重金属原材料。

     3、 由于该技术是把处理的手段延伸到电镀工艺过程中去,杜绝了跑冒滴漏,推动电镀企业实现了清洁生产、循环经济、节能减排。