电镀污泥处置及资源化方法探究

姚 虹

（福建省固体废物处置有限公司，福州 350011）

电镀是当代工业产业链中不可或缺的环节，在机械、电子、航天等各个领域都有广泛的应用，电镀是利用电解过程使金属或其他材料制件的表面附着一层金属膜的工艺，可以防止金属氧化，增加其耐磨性能、导电性能和抗腐蚀性能等。然而，电镀也是当今世界三大污染工业之一，其排放的废水、废气和污泥中含有大量的重金属离子、酸性气体和其他各种有毒有害成分，而且不同电镀厂家的生产工艺及处理工艺不同，导致电镀污泥的化学组分很复杂，其含有大量铬、铜、铁、镍等重金属，被国家列为危险废物，属于国家危废名录中HW17 表面处理废物。据统计，我国约有15 000家电镀生产企业，电镀面积生产能力约有3 亿m2，每年电镀废水排放量约40 亿m3，占工业废水排放总量的10%，电镀污泥年产生量约为1 000 万t[1]。

1 电镀污泥的性质及危害

电镀废液在处理时一般都是通过投加相关的还原剂、中和剂和絮凝剂等将其中的重金属转化为相应的氢氧化物后沉淀，所以电镀污泥中的化学组分不断增多，导致金属化合物在组分中较分散而含量降低[2]。陈永松等对12 种来源不同的电镀污泥的基本理化特性进行了分析，结果显示，电镀污泥的pH值为6.70～9.70，水分的质量分数为75%～90%，灰分的质量分数超过76%，二者相对较高；电镀污泥组分分布不均匀，属于结晶度比较低的复杂混合体系[3]。刘燕研究发现，一般电镀污泥的含水率在75%～80%，铬、铁、镍、铜及锌的化合物含量为0.5%～3.0%（以氧化物计），石膏（硫酸钙）含量为8%～10%，其他水溶性盐类和杂质含量约为5%[2]。

电镀污泥具有含水率高、重金属组分热稳定性高且易迁移等特点，其中铜、铬等重金属生物降解难度大，反而能在食物链的作用下快速富集。所以，电镀污泥如若未妥善处理，会带来一系列问题，例如，重金属在雨水的淋溶下沿着污泥、土壤、农作物和人体的路径迁移，污染地表水、土壤、地下水，以致危及生物链，进而和人体中的蛋白质及酶等发生作用，使其失去活性，甚至可以在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。

2 电镀污泥处置方法

2.1 稳定化/固化技术

稳定化/固化技术是目前常用的一种电镀污泥处置方式，通过添加一定比例的石灰、水泥、螯合剂等将电镀污泥中有毒有害污染物转变为低溶解性、低迁移性及低毒性的物质。稳定化包括化学稳定化和物理稳定化：化学稳定化是通过加入适当化学物质（如铁盐、有机硫复合物螯合剂等），使有毒有害化学物质变成不溶性化合物，使之固定在稳定的晶格内不动；物理稳定化是将污泥状或半固态物质与疏松物料（如粉煤灰等）混合，生成一种粗颗粒的具有土壤状坚实度的固体。稳定化形成的固体需要进行养护、检测和安全填埋。此法虽然具有简单、投资费用低等特点，但占用安全填埋场库容，未能真正实现电镀污泥的减量化、无害化和资源化。

2.2 热处理技术

电镀污泥的热处理主要是一个深度氧化和熔融的过程，运用高温焚烧、微波或离子电弧等方法，对电镀污泥进行热分解，使电镀污泥中某些剧毒成分毒性降低，大幅降低污泥的体积和重量，再进行填埋，从而达到治理的目的[4]。近年来有学者对焚烧减容后的焚烧渣进行资源化利用研究，但由于高能耗，并且对焚烧设备和条件要求高，一般的电镀厂家难以支撑巨额的处理费用，所以这种处理方法很难推广开来。

2.3 填海与堆放

填海处理是指将电镀污泥在距离和深度适宜的海域进行填埋，并通过海洋系统的自净能力来实现电镀污泥的合理处置。该方法比较适宜用于土地面积有限的沿海及岛屿国家。但是，电镀污泥中重金属在海水腐蚀作用下会产生迁移，因此处置场海域可能出现不同程度的海洋污染现象。电镀污泥填埋处理需要较大的占地面积，并且对场地建造技术要求高。污泥经过长期的风化作用会形成粉尘污染，粉尘在水、大气的作用下产生渗析酸碱废水和重金属污染，造成土壤结构失调、水源污染以及生态平衡的破坏。随着人们对海洋环境问题日益关注，电镀污泥的填海处理方式必将受到严格的限制。

3 电镀污泥资源化方法

尽管电镀污泥含有大量环境污染物，但其中也包含大量有用元素，所以将其中的重金属资源回收是电镀污泥的另一种无害化解决思路。常用的电镀污泥资源方法有浸出法、微生物技术法、铁氧体法、熔炼法以及材料化法。

3.1 酸浸和氨浸法

酸浸法是指以硫酸、盐酸等酸作为浸提剂，从电镀污泥中浸提出可溶性的目标组分。李盼盼研究了在以硫酸为浸出剂的条件下电镀污泥中铜和镍的浸出率，分析了酸投加量不同对铜和镍浸出效果的影响，试验结果表明，投加10%硫酸，搅拌0.5 h 后，污泥中铜和镍的浸出率可均大于95%[5]。酸浸法具有浸出率高、成本低等优点，但在金属浸出时的选择性较差，除杂过程复杂，存在消耗大量辅料的缺点。

为改进酸浸法中选择性差的特点，研究者开发出氨浸法，即以氨或氨加铵盐作浸提剂进行浸提。氨水具有碱度适中、可回收使用等优点，所以常用作浸提剂。但氨浸法对设备的密闭性要求较高，以防止氨水的挥发。

3.2 微生物处理技术

研究表明，微生物可以促进植物吸收重金属[6]。电镀污泥堆肥是指在一定条件下，利用微生物降解有机物，使得部分有害重金属得到转型，同时会产生肥料，促进植物生长。李福德研究了SR 复合功能菌的高效重金属去除功能对电镀污泥中铬、铜、镍、锌等金属吸附分离效果，结果表明，金属回收率大于95%[7]。微生物浸取法是利用氧化硫硫杆菌的生物产酸原理，用来代替传统的硫酸等物质，将电镀污泥中难溶的重金属转变成可溶性的重金属离子从而进入液相，再用适当的方法从浸取液中加以回收。较传统浸出方法来说，此方法属于清洁生产，具有增效降费的作用，但是电镀污泥中的重金属含量高，容易造成微生物中毒，也缺少微生物生长、代谢所需的氮、磷等元素，较难驯化出具有特定浸出功能的微生物，所以此法推广较慢。

3.3 铁氧体化技术

污泥铁氧体是指往电镀废水中投加铁盐后调节pH 及加入一定量的絮凝剂沉淀下来的产物，所以电镀污泥中一般有大量铁离子存在，特别是在含铬废水的污泥中，人们可以运用适当的技术使其形成复合铁氧体。复合铁氧体具有较稳定的晶体结构，可以消除二次污染，铁氧体固化出的产物可通过一定的技术进一步形成产品。铁氧体化有干法和湿法两种工艺，铁氧体法制得的电镀污泥一般用作磁性材料的原料。贾金平研究了电镀污泥中配入硫酸亚铁，再经过湿法合成和干法还原工艺制备得到了磁性探伤粉[8]。

3.4 熔炼技术

熔炼技术是指以煤炭、焦炭等作为燃料，并辅以铁矿石、铜矿石、石灰石等还原物质，用来回收电镀污泥中的铜、镍等重金属。熔炼电镀污泥过程中，添加剂的种类与用量等因素对工艺存在较大影响。由于电镀污泥含水量高，热值低，而且金属含量少而散，所以熔炼法有高能耗、金属回收单一且回收率不高、烟气难以达标排放等缺点。

3.5 材料化技术

电镀污泥材料化技术是指将电镀污泥用作原辅料生产建筑材料或者其他材料。目前，电镀污泥用于水泥窑协同生产水泥较为广泛，该工艺在进行水泥熟料生产的同时可以实现对电镀污泥的无害化处置。另外，电镀污泥可作为烧制陶瓷和制砖的添加剂。虽然材料化技术成本较低，但是也有一些研究表明电镀污泥的材料化在一定程度上会增加人体暴露于重金属环境的可能性，材料中的重金属浸出毒性能否达到相关标准，而且随着时间流逝，材料中的重金属会不会缓慢释放出来，也无从得知。

4 电镀污泥资源化技术探究

针对含铜和含少量铬的电镀污泥，一般的资源化方式是铜回收后的含铁、铬废液直接投加沉淀剂形成沉淀物，沉淀物再作为危险废物处置，最终进入安全填埋场。这个过程不仅增加了废物体积，占用危废安全填埋场库容，而且未能真正实现废液的无害化和资源化处理。结合以上电镀污泥的处置工艺，本文探究了一种用于电镀污泥的资源化工艺，此工艺不仅能够实现电镀污泥中的铜、铬的资源化，还能实现带入的铁离子资源化，制出高附加值产品，最终实现电镀污泥无害化综合治理，减少安全填埋场库容的占用量，解决环境污染问题。

4.1 工艺原理

通过分析电镀污泥的组分和特性，经过反复研究试验，本研究确定了以下工艺流程：先用稀硫酸在常温下浸出，电镀污泥中的大部分金属可以离子状态进入浸出液，投加一定量的干净铁屑置换提取海绵铜粉，浸出液中剩余大量亚铁离子；然后添加氧化剂和沉淀剂，使滤液中的亚铁离子氧化成三价铁离子并和铬离子形成铁铬混合沉淀物；再对铁铬沉淀物进行碱浸氧化，分离出氢氧化铁和含六价铬滤液，氢氧化铁经煅烧后产生氧化铁红产品，而六价铬滤液通过投加硫酸和硝酸铅形成铬酸铅产品。具体工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

4.2 本工艺特点及优势

我国的铬资源匮乏，铬盐的生产原料铬铁矿大部分要从国外进口。而国民生产对铬的需求有逐年递增的趋势。含铬电镀污泥中的铬元素含量丰富，占比在4.5%～30.0%，并且污泥中其他金属元素（如铜、镍、铁、锌等）的含量也不低，其中部分金属可以达到冶矿原料中的富矿水平。如果能将其中的铬和其他重金属分离提纯，则可以兼顾经济效益和环境效益。在节能减排和低碳经济的大背景下，未来我国电镀行业必须加强资源的循环利用，充分发挥有限资源的最大效益，这也是企业提高自身经济效益、取得良好社会效益的重要手段。而氧化铁红可用于油漆、油墨、橡胶等工业中，可作为催化剂和玻璃、宝石、金属的抛光剂，也可用作炼铁原料。

本工艺通过选用合适的化学组分，使得各金属形成离子并使之从溶液中沉淀出来，实现金属资源化。这样不仅可以充分地将电镀污泥中的铜、铬进行回收，也可以将处理废水过程中添加的铁进行充分回收，保证在处理污泥的过程中不添加新的污染物，而且没有使用有机溶剂，减少了有机物污染，方法简单易操作，能耗较低，有利于环境保护及工业化生产。

5 结语

随着国家提出产业振兴计划以及整体经济的稳定快速发展，我国的电镀行业获得了宝贵的战略发展机会，正从电镀大国向电镀强国发展，电镀污泥的产量也将越来越大。目前，常用的电镀污泥处置方法是稳定化/固化，但无法从根本上实现电镀污泥的减量化、无害化和资源化，只有通过合理的资源化手段，才能真正实现电镀污泥各组分的充分资源化利用，才能实现电镀工业清洁生产，实现电镀强国。