电镀废水治理和回用技术研究

郭 澄

（浙江创世纪环保科技有限公司，浙江 杭州 311000）

引言

电镀工业在我国发展迅速，为众多制造业提供关键的金属表面处理服务，增强了产品的抗腐蚀性、耐磨性和美观性。然而，电镀生产过程中会产生大量废水，这些废水中含有铜、镍、铬、锌等重金属离子，以及多种有毒有害的有机物和无机物，如果直接排放到环境中，将对土壤、水体以及生物造成长期的危害。

近年来，随着我国环保法律法规的不断完善以及全社会对生态环境保护重视程度的不断提高，电镀行业也面临着日益严格的环保监管压力。因此，如何高效、经济地对电镀废水进行处理，并实现废水的资源化回用，已经逐渐成为电镀行业和环境保护科技领域亟待解决的关键问题。

1 电镀废水治理和回用的必要性

1.1 法规遵循与企业责任

电镀行业在生产过程中会产生大量废水，且这些废水中含有各种有害物质，如果直接排放，不仅会严重污染环境，还可能对人类健康造成威胁[1]。从法规遵循的角度看，各个国家对于废水排放都有明确的标准和要求，如果企业不遵守这些法规就会受到相关法律的制裁，如罚款、停产等。此外，随着公众环境保护意识的不断增强，企业的环保责任也在日益加重。如果企业不能有效地治理电镀废水，可能会遭到社会舆论的指责，从而影响企业形象和市场竞争力。而通过对电镀废水进行治理和回用，不仅可以避免对环境造成的污染，还可以节约水资源，同时还能够提高企业的生产效率。因此，电镀行业废水的治理和回用不仅是法规的要求，更是企业履行社会责任的必要之举。

1.2 促进成本节约与效率提升

废水回用技术在现代工业中扮演着越来越重要的角色，特别是在水资源日益紧张的情况下，废水回用可以显著地减少企业对新鲜水的依赖。由于新鲜水资源的获取和处理需要一定的成本，而这部分成本可以通过废水回用技术得到明显降低。水资源的节约也意味着企业在水供应不稳定的情况下，如干旱或水资源短缺时，能够保持持续和稳定的生产。废水中的有用物质，如金属和其他化学物质，可以利用特定的处理和分离技术进行回收，而且这些被回收的物质可以再次进入生产流程，从而节省了购买新原材料和处理废弃物的费用。因此，废水回用技术能够为企业带来双重的经济效益，不仅可以降低水资源和原材料的成本，还能够提高企业的生产效率和经济效益，所以投资废水回用技术是工业企业追求可持续发展和经济效益的明智选择。

1.3 推动技术创新与行业竞争力

技术创新与行业竞争力紧密相连，环保技术的发展是现代工业进步的重要推动力，尤其是在资源日益匮乏、环境问题日益突出的今天，拥有先进的废水治理技术将成为企业保持和增强竞争力的关键，先进的治理和回用技术不仅能够为企业带来一定的经济效益，还能推动整个行业的技术升级和创新。此外，通过技术创新，企业还有可能开发出新的产品或服务方式，为其带来更大的市场份额。因此，电镀废水的治理和回用不仅是环境保护的需要，更是企业发展的必然选择。从技术创新与行业竞争力的角度看，企业必须要重视并投入一定的资源进行研发和应用，才能在市场中保持领先地位，从而为未来的可持续发展创造更多的可能性，也为整个社会带来更好的环境和更高的生活品质[2]。

1.4 有利于环境保护与可持续发展

电镀工业作为现代制造业的重要部分，其废水中含有多种有害物质和有机污染物，如重金属、氰化物和酸碱性物质。如果这些废水未经过适当处理直接排放到环境中，将对土壤、河流和湖泊造成严重污染，进而破坏生态平衡，危害生物多样性和人类健康。由于受污染水体可能会成为饮用水源，可能进一步加重对人类的危害。所以通过采取有效的治理措施，不仅可以去除电镀废水中的有害物质，还可以回收有价值的原料，如金、银和铜，从而进一步实现废物的资源化利用。此外，废水回用还可以大大减少企业对淡水资源的需求，减轻对环境的压力，这种做法完全符合当今可持续发展的核心理念，即在满足当代人需求的同时，也不会损害后代人的需求。因此，电镀废水的治理和回用不仅是环境保护的需要，也是实现工业可持续发展的关键。

2 电镀废水中的主要污染物

2.1 重金属离子

电镀废水中的污染物种类繁多，其中重金属离子尤为突出，如铬、镍、铜等。这些金属离子的来源主要是电镀过程中所使用的电镀液和各种添加剂，当电流通过这些溶液时，金属离子就会从阳极溶解。随着电镀过程的继续，未参与反应的金属离子便会随废水排放，进入水体，其中的铬离子主要来源于酸性铬镀液和无氰镀锌液；镍离子则来自于各种镍镀液；而铜离子则主要来自酸性铜镀液和碱性铜镀液[3]。这些重金属离子对环境和生态系统的危害极大，一方面，这些离子在水体中不容易被降解，因而会持续累积，并进一步被生物摄取，导致生物体内的金属浓度增加，对其生长发育产生了不良影响。另一方面，当这些金属离子被人体摄入后，也会对人体健康造成严重地威胁，如神经系统损伤、出现肝脏和肾脏功能障碍等。因此，电镀废水中的重金属离子污染已经成为目前环境保护工作的重要议题。

2.2 有机添加剂

除了重金属离子外，电镀废水中还含有大量有机添加剂，这些有机添加剂可用于改善电镀过程中的电镀效果、提高镀层质量和优化镀层性能，包括亮光剂、平整剂、湿润剂和稳定剂等。这些有机物的化学结构多种多样，有些是长链有机化合物，有些则含有杂环结构。当电镀液在使用过程中老化或达到使用寿命时，未反应的有机添加剂及其分解产物会随着废水排放出来，造成对环境的污染，而且这些有机物在自然环境中不容易降解，因而在水体中积累，影响了水体的生态平衡。同时，有些有机添加剂及其分解产物对水生生物还具有毒性，可能导致生物种群的结构发生改变，进一步影响生态系统的稳定性。更严重的是一些有机添加剂在长时间累积后，可能会渗透到地下水中，并进入饮用水源，从而对人体健康造成潜在的威胁。例如，某些有机物质疑似是致癌物质，长期摄入可能导致人体出现各种健康问题。

2.3 酸碱物质

电镀企业在电镀过程中，工作人员为了调整电镀液的pH值、优化电镀效果，经常需要添加一定量的酸或碱溶液。此外，电镀前的表面处理，如脱脂、酸洗等步骤，也会使用大量酸碱溶液。酸碱物质的主要成分是电镀及其前处理过程中使用的酸性或碱性化学品。随着电镀液的循环使用和老化，部分酸碱物质会丧失其活性，并随着废水排放到环境中。这些未得到中和的酸碱物质会导致水体pH值出现急剧地变化，进而对水生生物造成极大压力，可能导致部分水生生物死亡。水体pH值的变化还会影响水中其他化学物质的形态和毒性，加剧水污染程度。酸碱性废水对环境的危害不止于此，当酸性或碱性物质渗透到土壤中时，还可能改变土壤的pH值，破坏土壤结构，进而影响植物的正常生长。此外，强酸或强碱还会与土壤中的有机物质发生化学反应，并可能生成有毒、难降解的有机化合物，从而对土壤的生态系统造成长期地损害。因此，对酸碱废水进行治理和回用既是环境保护的需要，也是电镀产业可持续发展的必然选择。

2.4 悬浮物

在电镀过程中，由于部分化学反应的不完全、物料的磨损或操作不当，会产生大量的微小固体颗粒，这些固体颗粒悬浮在废水中，形成了悬浮物。悬浮物的主要成分是电镀工艺中使用的固体材料、添加剂和部分未反应的化学品，例如金属盐、稳定剂、缓蚀剂等，这些颗粒中可能包含金属、有机物和其他化学物质，增加了废水的复杂性和处理难度。

悬浮物对水质的危害主要表现为：首先悬浮物会遮挡水体，导致阳光不能射入，影响水中的光合作用，进而影响水生生态系统的平衡[4]。其次，悬浮物中可能含有有害物质，如重金属和有毒有机物，这些物质可能会沉积在水底，对底栖生物造成毒害。最后，悬浮物会增加水的浑浊度，影响水体的美观和使用质量。对于电镀企业而言，悬浮物的存在不仅增加了废水处理的难度，还可能影响电镀产品的质量。

3 电镀废水治理和回用技术应用策略

3.1 重金属去除处理

电镀废水中的重金属是其主要的污染物，其去除是废水治理的重要环节。化学沉淀法是一种常用的重金属去除方法，在具体操作中，可以加入硫酸钠或氢氧化钠等沉淀剂，使重金属形成不溶性沉淀物，从而达到去除的目的。为了提高沉淀效果，可以控制反应的pH值，确保沉淀物的生成。此外，电化学处理也是一种有效的去除技术，通过施加外加电压可以使重金属离子在电极上析出，从而达到去除的目的。在实际应用过程中，操作参数，如电压、电流、电解时间等都需要根据实际情况进行调整。离子交换技术则是利用离子交换树脂吸附重金属离子，进一步达到去除的目的。在实际操作中，需要选择适当的交换树脂，并控制其使用寿命，以确保去除效果。工作人员可以结合以上三种技术，制定出合理的处理流程，这样不仅可以优化去除效率，还可以降低处理成本。在实际应用中，根据废水的具体情况，可以灵活选择和组合这些方法，确保达到理想的处理效果。

3.2 有机污染物的降解

有机污染物的降解是现代废水治理的核心环节，不同的有机污染物因其性质和结构的差异，需要采取不同的处理方案来达到有效的降解效果。

好氧活性污泥法适用于生化性能好、浓度适中的有机废水。通过微生物的代谢作用，将有机物转化为二氧化碳和水。此方法成本相对较低，但需要较长的处理时间。厌氧消化法主要用于高浓度有机废水的处理。该方法产生的沼气还可以进一步用于能源回收。生物膜法是通过固定化的微生物，直接降解流经其表面的有机污染物，适用于处理含难降解有机物的废水。臭氧氧化法适用于难降解和含有有害有机物的废水处理。臭氧是一种强氧化剂，可以快速分解废水中的有机物，但成本较高。Fenton反应是通过产生·OH来氧化有机物，适用于含色、味、难降解有机物废水的处理。应用该方法时，需要注意控制废水的pH值和温度。光催化氧化法是利用紫外光激发的光催化剂（如TiO2），生成自由基来降解有机物，适用于处理染料、农药等含有害有机物的废水。在选择具体的处理方法时，除了要考虑该方法去除有机污染物的效果处，还要综合考虑经济效益、设备投资、运行成本等因素，确保能够达到最佳的平衡。对于那些同时包含多种有机污染物的废水，可能需要采用组合的方法，即先用高级氧化法处理一部分难降解的有机物，然后再利用生物处理法进一步降解废水中的有机物，从而达到最佳处理效果。

3.3 废水再生与回用

废水再生与回用是一种有效的水资源保护和利用方式，对于缓解水资源短缺、提高水资源利用率具有重要意义。废水再生与回用的流程主要包括各种处理步骤和相应的水质监测与质量控制系统。

初级处理是通过格栅、沉淀等物理方法去除废水中的大颗粒杂质和悬浮物。次级处理是采用活性污泥法、生物膜法等生物方法去除废水中的有机物和氮、磷等营养盐。高级处理是通过使用超滤（UF）去除废水中的大分子有机物、细菌和病毒；纳滤（NF）去除废水中的小分子有机物、部分盐类和重金属；反渗透（RO）去除废水中的所有杂质和盐类，最终得到近乎纯净的水[5]。

水质监测与质量控制系统则是通过在线监测仪器和实验室分析，实时地对处理后的水质进行监测，确保其能够满足再利用的标准。此外，通过质量控制系统调整废水处理过程，还可以保证水质的稳定，而具体的设计还需要根据废水的来源、性质以及处理目的和再利用的标准进行确定。在实际应用过程中，可能还需要增加其他处理步骤，如脱盐、软化、脱气、消毒等。

3.4 智能化控制系统的应用

智能化控制系统不仅可以提高废水处理效率，还可以确保水质稳定并满足回用标准。需求分析的首要步骤包括了解相关的工艺流程，确定关键参数如pH值、浊度和电导率等监控和控制要求，以及明确数据采集、处理、存储和展示的具体需求[6]。在监控设备方面要选择合适的传感器和检测器，例如pH计、浊度计和电导率计，同时也需要确定数据采集器和通讯模块的选择，如PLC、数据采集卡和无线模块。此外，还需要规划监控点的布置以及设备的安装方式。在数据处理软件的开发方面，要设计用户友好界面来展示实时数据、历史数据和报警信息，开发数据处理算法，例如数据滤波、校正和统计分析，并集成控制逻辑如PID控制、模糊控制和神经网络控制。

智能化控制系统通过云平台或手机APP能够更进一步实现远程监控和控制。为了确保系统能够正常运行，还需要对操作人员进行培训，使他们熟悉智能化控制系统的结构和功能，掌握数据处理软件，如数据查询、报表生成和参数设置，以及如何处理异常情况，例如设备故障、数据异常和控制失效。系统上线后，要在实际操作条件下进行系统测试，确保数据的准确性和控制的稳定性，并根据测试结果进行系统配置和控制策略的优化。

为了确保系统能够长期稳定地运行，工作人员还需要定期对系统进行维护和升级。为了使智能化控制系统与企业的其他信息系统，如生产管理系统和环境管理系统等，实现数据共享和协同工作，相关工作人员要进行系统集成，并开发API接口与其他应用软件和硬件设备进行连接。

4 结语

总之，电镀废水的治理和回用技术对于确保环境的可持续性和工业生产的高效率具有不可替代的价值，这种技术在当今社会的工业化进程中显得尤为关键。因此，工业生产者和研究者为了在这一领域取得更大的突破，必须要紧跟技术趋势，深入探索废水的有效处理方法和循环再利用策略，灵活采纳最佳实践方法。相关企业还要加强与研究机构的合作，确保电镀废水处理技术的创新与应用，只有这样才能确保在工业生产中实现零排放的目标，从而落实生态环境保护政策，推动工业生产向更加绿色、高效的方向发展。