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废水回用的理想与现实

2月 15, 2014   //   by hengjie   //   行业新闻  //  0 评论

进入21世纪,废水回用越来越受到电镀企业以及政府部门的重视。废水回用、减少污染物排放、降低生产成本已经成为电镀企业的共同愿望。如果说废水达标治理是迫于环保部门的压力不得已而为之的话,那么废水回用则是出于企业节约生产成本、减轻环保风险的内在需求。正是这种需求催生了许多废水回用技术,其中最具吸引力的莫过于“零排放”。“零排放”是废水回用的最高境界,是一种理想,现实离它有多远,谈一些个人的观点。
1 现有技术难以达到“零排放”“零排放”是一种概念,作为一个无限接近的目标无可非议,但不能将其作为普遍适用的技术去误导电镀企业和政府官员。因为现有技术都难以真正实现水的封闭循环。
(1)反渗透技术回收废水约有30%的浓水要排放。
(2)反渗透技术回收金属浓缩液浓度低、体积大,补充镀液用不完,多余部分要排放。
(3)离子交换饱和树脂需要再生,再生过程产生废水。再生洗脱液浓度低,不能全部返回镀槽回用。
(4)逆流漂洗逆流漂洗能有效、简便地节约漂洗用水,但是镀件清洗质量、清洗水用量和镀液蒸发量三者难以平衡,多余的清洗水要排放。
(5)蒸发浓缩对废水产生量很少的电镀工艺(如镀金、辊轴或模具镀硬铬等)可能有效,一般电镀企业采用此法,投资巨大、运行费用高昂,不符合经济规律。
2 脱盐是废水回用的基本技术路线盐的质量浓度过高是达标的废水不能重复使用的最主要原因。一般废水处理后盐分增加,电导率可能达到5 000μS/cm 以上(一般城市自来水的电导率为200~700μS/cm)。盐分过高的水用于镀件清洗会影响产品质量。降低盐的质量浓度的唯一办法是脱盐。脱盐主要采用电渗析、离子交换、蒸发和反渗透等方法。电渗析法的脱盐率和回收率都很低,且能耗较高;离子交换法的脱盐率虽高,但是无法适应盐的质量浓度高的废水;蒸发法需要大量能源,缺乏经济性。相比之下,反渗透法是最有希望用于废水脱盐的技术,目前已经被不少企业所采用,但是成功者寥寥。下面对反渗透应用不成功的原因加以分析。
3 对于反渗透技术的认识
3.1 反渗透技术的优势
(1)脱盐率高,可以达到95%以上;(2)废水回收率较高,可以达到70%;(3)技术相对成熟,已用于纯水制备、海水淡化等领域,并且有较强的技术后盾。
3.2 反渗透技术的劣势(1)投资较高,每小时每吨产水的投资成本一般超过3万元;(2)运行维护成本高,每年换1次膜,换4~6次活性炭,换12次精密滤芯,药剂清洗12次;(3)设备管理要求较高,粗放型的设备管理难以保持预期的节水效果。
3.3 模糊的观念和错误的做法(1)反渗透技术可以实现“零排放”30%的浓水必须面对,如何处置是反渗透技术的软肋。(2)反渗透技术可以解决废水达标问题淡水(脱盐水)回用了,污染物留在浓水中,回收率按70%计算,污染物大约被浓缩了3倍,超标风险更大了。(3)浓水可以返回废水池再处理如果把浓水返回废水池再处理,盐分积累会导致严重后果。(4)用反渗透技术处理总排放口的废水总排放口的达标废水用反渗透设备进行处理是大多数企业最容易想到的废水回用方法。然而,达标废水的水质远差于反渗透技术应用允许的进水水质条件,很容易引起反渗透膜污染,设计或使用不当都可能造成反渗透技术应用失败。(5)用常规的预处理方法处理回用废水许多企业用常规的预处理方法处理达标(或未达标)的电镀废水,忽视了电镀废水与自来水的差别,应用失败不可避免。(6)重金属废水中不会滋生细菌有些人认为电镀废水中含有重金属等“有毒”物质,细菌不会生长。其实在重金属达标的情况下细菌依然会滋生繁殖,而细菌对膜造成的危害比想象中的更严重。
3.4 反渗透系统的水量平衡图1是浓水正常排放情况下的水量平衡图。假设有100m3 废水经处理达标后,采用反渗透设备进行脱盐。如果反渗透设备的回收率可以达到70%,那么可以产出淡水(脱盐水)70m3,返回生产车间回用。由于生产用水的需求为100m3,所以必须补充30m3 的新鲜水,回用水和补充水合计仍为100m3,使用后进入废水处理系统。反渗透设备在产出淡水的同时还产生了30m3 的浓水,将这些浓水排放到回用体系之外。根据以上假设,水量是平衡的。由于所排放的浓水是达标废水浓缩的产物,所以污染物的浓度大于达标废水的3倍之多,有超标风险。  由于浓水直接排放可能引起污染物超标,所以有人提出了浓水返回废水处理系统再处理的方案。图2是浓水再处理情况下的水量平衡图。 图2 浓水再处理情况下的水量平衡图
图2与图1的区别在于原本排放的浓水返回了前端的废水处理环节。显而易见,在此环节多出了30m3 废水,这就带来如下问题:(1)废水增加30%,废水处理能力是否能跟上;(2)反渗透的处理能力是否匹配。一般反渗透设备投资高昂,设计上不会留很多余地,当反渗透的处理能力饱和后,多余的废水只能排放。更不容忽视的是我们只假设了浓水返回处理的第一次循环,如果第一次循环多出的30m3 浓水还能消化的话,那么第二次循环就不是30m3 了,随后的结果可想而知。所以从水量平衡的角度考虑,与浓水产生量相当的水一定要排放,否则,无法保持废水回收系统正常运行。
3.5 反渗透系统的盐的质量浓度平衡与水量平衡相比,废水中盐的质量浓度平衡更重要,盐分过度积累将导致反渗透设备无法正常运行。图3是废水回收系统的盐的质量浓度平衡图。图中ρf1,ρp1,ρc1分别为浓水排放情况下原水、脱盐水和浓水中盐的质量浓度;ρf2,ρp2,ρc2分别为浓水再处理情况下原水、脱盐水和浓水中盐的质量浓度。由图3可知:经过再次循环后进入反渗透系统的废水的盐的质量浓度从原来的2 000mg/L上升到3 000mg/L,脱盐水中盐的质量浓度从100mg/L上升到150mg/L,浓水中盐的质量浓度从原来的6 400mg/L上升到9 500mg/L。 图3 废水回收系统的盐的质量浓度平衡图
在浓水排放的情况下,盐分不会积累。当浓水返回再处理时,盐分积累会导致严重后果。研究了原水中盐的质量浓度对产水量和脱盐率的影响。结果表明:在进水压力保持恒定的情况下,原水中盐的质量浓度越高,产水量越低,脱盐率也随之下降。要保持产水量不变,原水中盐的质量浓度上升的同时进水压力也必须相应提高。表1反映了产水量恒定的条件下,原水中盐的质量浓度与进水压力和产水中盐的质量浓度的关系。
由表1可知:当原水中盐的质量浓度上升时,为了保持产水量,必须施加更高的进水压力。这对于一个既定的设备是难以做到的。4 结论本文针对电镀废水“零排放”提出了笔者的观 点。对于反渗透技术在电镀废水回用中存在的误区做了澄清,并通过水量平衡和盐的质量浓度平衡分析,说明了反渗透技术应用失败的原因。
得出以下结论:(1)废水回用兼具环境和经济双重效益,有利于社会与企业,符合可持续发展潮流,应当坚定不移地去研究和实践。(2)“零排放”是努力的方向,但现阶段还不能实现。废水回用比例取决于技术的可行性和经济的合理性,不能违反客观规律。(3)反渗透技术的应用存在一定风险,投资必须慎重。虽然反渗透技术回收电镀废水有难度,但是不失为最有潜力的手段,关键是如何选择水源,如何针对废水的特点设计出具有防止膜污染能力的反渗透系统。

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