電鍍是在工件表面鍍覆一層金屬，以增強(qiáng)工件表面的耐腐蝕性和美觀性，常用的鍍層金屬有鎳、鋅、鉻、銅、銀等，對鍍層要求的處理效果不同，選用的金屬也不同。電鍍工藝應(yīng)用廣泛，涵蓋了幾乎所有的工業(yè)部門。  

由于要求的鍍件功能各異，選用的電鍍液、操作方法等不同，帶人電鍍廢水中的污染物種類多樣，使得電鍍廢水的成分差異很大。這些金屬污染可能會導(dǎo)致癌癥、畸形、基因突變等問題，其廢水若未經(jīng)處理而直接進(jìn)人環(huán)境，會對生態(tài)環(huán)境及人類的健康造成嚴(yán)重危害。  

一方面，我國水資源嚴(yán)重不足，而另一方面我國年均排放的電鍍廢水高達(dá)40億m3。因此，有效的對電鍍廢水進(jìn)行處理從而使水資源得到充分循環(huán)，對緩解我國水資源匱乏的現(xiàn)狀非常有幫助。  

由于電鍍廢水的排放量巨大，其中含有大量的重金屬資源，對其進(jìn)行回收具有良好的經(jīng)濟(jì)價值。  

國家在“十二五”規(guī)劃中要求把重金屬的防治擺在更緊迫、更緊要的位置，為了建設(shè)環(huán)境友好型社會，必須嚴(yán)格的控制電鍍廢水中重金屬的污染，實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的達(dá)標(biāo)排放。  

之前傳統(tǒng)的被動處理方法，實(shí)際上是難以解決電鍍廢水問題的，而從資源化角度來審視和設(shè)計(jì)新工藝、新方法，則勢在必行。  

1、含重金屬的電鍍廢水的危害  

在電鍍工件的生產(chǎn)過程中，有兩個過程產(chǎn)生含重金屬的廢水，一是工件的表面漂洗，這個過程中產(chǎn)生了大量含重金屬的廢水，每噸廢水中的重金屬離子一般只有幾十毫克，濃度極低，但是水量大，還含有多種有機(jī)高分子，因此經(jīng)濟(jì)、高效的處理技術(shù)并不是很多。  

另一部分電鍍廢水，則是電鍍液的殘余液、老化的電鍍液，以及廢棄的槽液等，其重金屬濃度非常高，酸性很強(qiáng)。這些電鍍廢水絕不能直接排放，否則對環(huán)境的污染非常嚴(yán)重，必須嚴(yán)格處理，達(dá)標(biāo)排放。  

由于電鍍廢水的成分復(fù)雜，不僅僅有大量的重金屬，同時會有很多有機(jī)以及無機(jī)的添加劑，如EDTA、檸檬酸、酒石酸、乙二醇、硫脲、氰化物等，會導(dǎo)致溶液中的化學(xué)需氧量指標(biāo)(COD)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出標(biāo)準(zhǔn)。  

因此對其處理方法，也是一個挑戰(zhàn)。通過食物鏈，這些重金屬以及有毒添加劑會被人類攝人，可能釀成重大的生命健康危害事件。  

2、現(xiàn)有的含重金屬電鍍廢水的處理方法  

目前，對于含重金屬的電鍍廢水的處理有很多種方法，例如化學(xué)沉淀法、離子交換法、蒸發(fā)濃縮法、吸附法、膜分離法、生物法等，但是這些方法各有其優(yōu)勢以及不足之處。  

2.1化學(xué)沉淀法  

化學(xué)沉淀法簡便、高效、適應(yīng)性強(qiáng)，典型的就是中和法，即通過堿性試劑的添加，使廢水中的重金屬形成氫氧化物沉淀，再通過固液分離的方法去除沉淀物。  

對于多數(shù)陽離子型的重金屬，當(dāng)廢液pH調(diào)節(jié)到10以上時，重金屬才能被較完全地脫除。  

在實(shí)際的操作過程中，單純地通過加堿調(diào)節(jié)pH使重金屬離子沉淀，其形成的固體不溶物顆粒往往呈現(xiàn)膠體狀、粒度很細(xì)小，不容易沉降，雖然常常添加聚丙烯酰胺類有機(jī)絮凝劑(PAM)，但是要實(shí)現(xiàn)徹底的固液分離仍會較為困難。  

常見選用石灰類堿性試劑，主要是由于石灰價格低廉，沉淀顆粒較粗大，過濾性較好，且處理后水中鹽度較低，但是其渣量卻很大;  

隨著環(huán)保要求更嚴(yán)格以及全流程系統(tǒng)監(jiān)控觀念的推廣，近年來大多廠家都改用氫氧化鈉作沉淀劑，渣量顯著減少，但是由于鈉離子易溶于水，不容易形成結(jié)實(shí)大顆粒沉淀物脫除，因此凈化后的水中鹽度較高，限制了凈化水的高級別回用。  

為了改進(jìn)重金屬離子乃至相關(guān)其他有毒有害成分的脫除效果，常伴隨添加無機(jī)絮凝劑如聚鋁、聚鐵等，以通過高價態(tài)鋁、鐵離子的水解形成的膠體粒子發(fā)達(dá)的表面吸附能力，增強(qiáng)脫除效果，此法也被稱為混凝法，即將化學(xué)沉淀和膠體表面吸附等多種化學(xué)作用交織在一起使用的凈化方法。  

近年來出現(xiàn)的一類新型水處理試劑——生物制劑，利用其中的鐵組分、微生物組分一起，在調(diào)高PH的情況下，實(shí)現(xiàn)鐵的水解及微生物組分功能團(tuán)的組合吸附、沉淀，從而更高效地脫除水中的重金屬等有毒元素，該法也可歸類到混凝法中。  

此外也有采用硫化物沉淀法，由于硫化物的溶度積常數(shù)往往更低，形成的硫化沉淀物比氫氧化物更難溶于水，故其對水中可溶性重金屬離子的固化能力更強(qiáng)，但是其膠體粒度更細(xì)小、穩(wěn)定性也更好，使得PAM助凝固液分離效果更難，直接導(dǎo)致其處理費(fèi)用偏高，而且硫化試劑的保管和添加過程中，可能會產(chǎn)生劇毒硫化氫氣體，以及沉淀出的硫化物后續(xù)處理困難，所以在實(shí)際選用上一定要慎重。  

近年來，出現(xiàn)了高分子長鏈型硫化物試劑，利用其加長的高分子鏈來增大硫化物沉淀顆粒的粒度，顯著改善其固液分離的效果和便捷性，使得該法得到了較多廠家的采用，但是收集到的重金屬硫化物的安全處置仍是一個挑戰(zhàn)。  

有采用焚燒法進(jìn)行處理的，產(chǎn)生的二氧化硫氣體如何安全處置也是一個問題。  

總的來說，化學(xué)沉淀法作為一種效果穩(wěn)定可靠，工藝相對成熟的處理方法，其適用性還是很廣的，但是其缺點(diǎn)在于藥劑的消耗量大，處理的費(fèi)用高，產(chǎn)生大量的重金屬廢渣屬于危險(xiǎn)固體廢棄物，處理不當(dāng)會對環(huán)境造成二次污染，要實(shí)現(xiàn)金屬資源的回收利用需要新添提取工藝，會導(dǎo)致整個工藝流程拉長，總體成本顯著增加。  

2.2離子交換法  

采用離子交換樹脂材料，選擇性地回收廢水中有價值的金屬，既凈化了水，又可以提取了有價金屬，而且樹脂材料還可以循環(huán)使用，還特別適合于處理低濃度的電鍍廢水，可謂一舉多得的好技術(shù)。但是在實(shí)際的處理含重金屬的電鍍廢水過程中，也會遇到一些突出的難題：  

1)處理效率相對偏低。常用的吸附柱，由于填充床層的滲液阻力，會顯著限制滲流速度，乃至凈化處理能力。對于大體積量的電鍍廢水廠家，處理能力方面是個瓶頸，增加設(shè)備則會顯著增加成本。  

2)電鍍廢水中有機(jī)、無機(jī)雜質(zhì)成分會顯著劣化樹脂的處理能力。如常見的鈣、鎂、鈉等金屬離子以及高分子有機(jī)添加劑會對吸附產(chǎn)生干擾。  

3)解吸回收得到的強(qiáng)酸性金屬離子溶液，要實(shí)現(xiàn)無害化、資源化、經(jīng)濟(jì)性提取處理也是一個挑戰(zhàn)。  

4)樹脂材料的價格成本較高。選用凝膠樹脂的再生性較好，選擇性更強(qiáng)，但是機(jī)械性差，樹脂的膨脹率高，價格昂貴，不適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，而選用大孔型樹脂，其強(qiáng)度高，顆粒均勻，阻力小，價格更低，但是其吸附容量受到限制，再生性差。  

總體而言，離子交換樹脂對于清液的凈化處理是個好技術(shù)，但是在實(shí)際的操作應(yīng)用過程中，受到得限制的因素也較多，比如容易受污染，即樹脂“中毒”現(xiàn)象，多次使用后的報(bào)廢樹脂的安全無害化處理也是一個被人們忽視但是不可避免的環(huán)境難題，實(shí)際運(yùn)行中對樹脂填充床層的廢液前處理和預(yù)凈化要求高，因此，樹脂凈化操作過程對技術(shù)要求很高，投人成本也較高，在工業(yè)實(shí)際運(yùn)行中需要綜合考慮諸方面的限制性要素。  

2.3蒸發(fā)濃縮法  

蒸發(fā)濃縮法是通過加熱方法，使廢水的水分蒸發(fā)而得以濃縮。經(jīng)過濃縮的廢水可再次返回電鍍槽中使用，蒸發(fā)的水蒸氣冷凝后可以用于生產(chǎn)中的其他過程。  

由于電鍍廢水水量大，通過蒸發(fā)的方式，需消耗大量的能源，往往得不償失。  

對于電鍍漂洗廢水，由于其水量大、金屬濃度極低，故該法是難以適用的;  

而對于電鍍廢液，則因其體積小、濃度高，則可以考慮采用蒸發(fā)濃縮法來處理。  

具體操作時的設(shè)備組合多以減壓蒸餾與膜式蒸發(fā)器為主，可顯著強(qiáng)化熱能利用效率。  

2.4膜分離法  

膜分離技術(shù)是利用膜孔隙的大小來限定離子的通過，其分離效率高，無二次污染，操作簡便，占地面積小，使其在電鍍廢水的處理上具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。  

反滲透膜技術(shù)是較早應(yīng)用于處理電鍍廢水的成熟技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益較為理想，應(yīng)用比較廣泛，這種方法在處理過程中不會產(chǎn)生污泥從而造成二次污染，分離出的純水可以用作其他生產(chǎn)用途，濃縮液可以繼續(xù)用于電解過程。反滲透技術(shù)同時也可以與離子交換技術(shù)和蒸發(fā)濃縮技術(shù)一起組合使用可達(dá)到更好的效果。  

電滲析技術(shù)是另一種膜分離技術(shù)，其通過對廢JC通低壓直流電，使得陰、陽離子能夠定向的運(yùn)動，具有選擇性的透過薄膜。為了提升電流效率，要保證廢水中的電解質(zhì)濃度不能過低。  

通過這種方式使得電解質(zhì)可以定向的移動到某一區(qū)域中，使得溶液中濃縮部分的電解質(zhì)濃度可以達(dá)到其他部分的100倍左右。 

實(shí)際運(yùn)行中，也會存在一些突出的問題需要重視，如膜分離技術(shù)采用的反滲透膜或電滲析薄膜的材質(zhì)成本較高，膜孔容易堵塞而失效，跟離子交換樹脂一樣進(jìn)水需要經(jīng)過較嚴(yán)格的前級預(yù)處理，單獨(dú)使用時尤其容易發(fā)生這些問題，一般需要與其他分離技術(shù)組合搭配使用才能充分展現(xiàn)出該技術(shù)的分離特性。  

整體而言，膜分離技術(shù)的成本相對較高，在具體的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)中，需要慎重地根據(jù)現(xiàn)場的廢水特點(diǎn)來選擇膜分離技術(shù)。  

2.5無機(jī)材料吸附法  

沸石、粉煤灰、活性炭等材料對廢水中重金屬離子都有一定脫除效果，可以利用這些材料的上述特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的吸附脫除方式。  

吸附法效果的關(guān)鍵其實(shí)還在于吸附性，如吸附容量、選擇性等。  

吸附法主要用于處理那些極稀濃度的廢水，而這類廢水往往又水量很大，故從凈化效率和運(yùn)行成本兩方面考慮，都盡可能選擇吸附效率高、價格便宜的吸附材料。  

活性炭屬于廣譜式的吸附材料，主要借助其發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)和內(nèi)界面，吸附的主要作用力是分子間作用力，以物理吸附為主，沒有選擇性，因此往往作為末端把關(guān)工序?qū)η凹壧幚磉^的凈水作最后的凈化吸附時采用。  

沸石屬于天然礦物，自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有30多種，較常見的有方沸石、菱沸石、鈣沸石、鈉沸石、絲光沸石等，具有發(fā)達(dá)的納孔或微孔結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附性能。  

粉煤灰則是火電廠、鍋爐站、冶金廠等以煤為燃料焚燒后的粉狀固體廢物，其具有發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)，具有良好的吸附性能，可作為凈水材料使用。  

這類無機(jī)吸附材料，在吸附容量、吸附選擇性等方面，都存在一定的局限性，故雖然便宜，也需要根據(jù)實(shí)際廢水情況及綜合凈化要求來選擇合適的吸附材料。  

2.6生物質(zhì)材料吸附法  

近年來，生物吸附材料的發(fā)展得到了廣泛的關(guān)注。例如活體植物吸附在濕地凈化方面;以及微生物活性污泥在廢水凈化方面，都得到了廣泛的應(yīng)用。  

考慮到重金屬電鍍廢水的毒性，則死體生物質(zhì)材料的吸附劑更受到普遍的關(guān)注。  

使用生物法處理電鍍廢水可以依靠微生物、農(nóng)林廢棄物如樹葉、果皮等進(jìn)行凈化處理，通過靜電吸附、生物酶作用、配合、共沉淀以及pH的緩沖等作用，對重金屬離子進(jìn)行吸附固定，通過固液分離的方法將凈水與污泥分離開，達(dá)到治理的目的。  

這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于過程中使用的化學(xué)藥劑少，產(chǎn)生的污泥量少，主要由生物質(zhì)吸附劑和重金屬構(gòu)成，適用于多種重金屬污染物的治理脫除，成本也更低。  

該技術(shù)推向工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用，會面臨兩個主要的問題:一是如何找到合適的、能夠簡便而穩(wěn)定地大規(guī)模制取的高效生物質(zhì)吸附材料;二是合適的應(yīng)用形式，以結(jié)合現(xiàn)場的廢水特點(diǎn)及綜合凈化要求設(shè)計(jì)合適的操作方案。  

2.6.1生物質(zhì)材料的選取  

可以做吸附材料的生物質(zhì)原料非常廣泛，可以是各類植物，甚至動物材料，都可以考慮制作成生物質(zhì)吸附材料。圖1是2013-2014年各國蔬果類廢棄物量。  

由圖1可知我國是世界上每年產(chǎn)生蔬果類廢棄物最多的國家，而這些廢棄物都沒有得到很好的利用微生物細(xì)菌、海草、蝦蟹殼等，都已經(jīng)被廣泛地研究用于重金屬廢水的凈化處理，而考慮到原材料的處理成本以及來源的穩(wěn)定性和易收集性，農(nóng)作物廢棄物作為原材料來制備吸附材料最受關(guān)注。原則上講，稻草、麥稈、高粱稈、棉花稈、玉米秸、豆莢、甘蔗渣、蔬菜葉、水果皮等，都可以考慮作為生物質(zhì)吸附材料的原料，但是如果從工業(yè)化成規(guī)模地生產(chǎn)和應(yīng)用的角度來考慮，則適合的生物質(zhì)原材料就沒有那么廣泛了。適合做工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的生物質(zhì)吸附材料在選材上應(yīng)該注意以下四個方面：  

1)來源廣、易收集、原料充足。  

2)容易改性、生產(chǎn)成本低、沒有二次污染。  

3)結(jié)實(shí)、耐水溶™。  

比如，海草作原材料來制備生物吸附材料，已經(jīng)是一個很熱門的課題，但是一直在產(chǎn)業(yè)化方面進(jìn)展緩慢，原因之一在于海草原料中的水分很高(90%以上)，干重比例很低，則最后產(chǎn)出的吸附固體物的產(chǎn)量只有10%左右，顯然這是不合算的。同理，那些以果皮、蔬菜葉為原料制作生物吸附材料的技術(shù)方案，都會遇到這些瓶頸性的問題。  

而稻草、麥稈、高粱稈、棉花稈、玉米秸、豆莢、甘蔗渣等類的原材料，則因其中含有較多的纖維素，其耐水性會顯著提高，且干基重比例也較高，但是這類生物質(zhì)卻存在另一個問題，其本身含有的天然有效功能團(tuán)如一COOH、一OH、一SH、一NH2等很少，大多以一OH為主，且這些一OH之間多以氫鍵互鎖，因此往往需要外加化學(xué)試劑加以“解鎖”以及接枝活性功能團(tuán)，才能使其吸附性能顯著展現(xiàn)。  

但是這樣一來，處理成本、殘余化學(xué)試劑的環(huán)境隱患等問題，都會不可避免。因此，選擇一'種產(chǎn)率局、耐水溶、原料易得、穩(wěn)定、易改性的生物質(zhì)吸附材料，是一件需要多方考察、比較和綜合研究的事情。  

2.6.2大蒜秸稈作為生物吸附劑的優(yōu)勢  

經(jīng)過多年的研究，我們課題組發(fā)現(xiàn)大蒜秸稈是一種較為理想的制作生物質(zhì)吸附材料的原料，能夠較好地滿足以上諸方面的要求。  

到山東、江蘇、河南、安徽等地實(shí)地調(diào)研的結(jié)果表明，我國是世界上大蒜種植面積最大的國家，每年的大蒜產(chǎn)量占世界大蒜總產(chǎn)量的75%~80%，因此大蒜秸稈廢棄物的產(chǎn)量也是世界第一的。  

目前這些蒜秸稈除了極少數(shù)用于喂養(yǎng)牛羊外，絕大多數(shù)都閑置于田間，任其自然腐爛還田，由于其熱值小，也不適合作燃料，為避免引起霧霾，當(dāng)?shù)匾膊辉试S就地焚燒。因此基本處于沒有利用的狀態(tài)。  

我們的研究發(fā)現(xiàn)，大蒜秸稈中富含一COOH、一OH、一SH等功能團(tuán)，因此在改性上，我們只需要添加少量的化學(xué)試劑，而不至于引起環(huán)境污染問題;而且大蒜秸稈主要以纖維素作為骨架成分，結(jié)實(shí)耐水溶性很好，因此在吸附操作時對水質(zhì)的影響很小。  

由于曬干的大蒜秸稈含水量很低，兼之其耐水溶性很好，因此經(jīng)過改性處理之后，其產(chǎn)率很高，一般都在98%以上。這是其他生物質(zhì)原料制作吸附材料時不可比擬的優(yōu)勢，尤其在產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)制備時，蒜秸稈的成品率優(yōu)勢將可能成為對其應(yīng)用成本起決定性影響的因素。  

2.6.3生物質(zhì)材料作為吸附劑的使用方法  

生物吸附材料值得關(guān)注的另一個方面則是其應(yīng)用形式。作為吸附材料，常見的應(yīng)用形式有三種:一種是拋灑式的吸附。即將吸附機(jī)顆粒拋灑到水中，通過攪拌令其與水中的重金屬離子發(fā)生表面接觸和吸附作用，然后過濾去掉吸附劑顆粒即可得到清水。  

另外一種，則是填充床式的吸附。類似離子交換樹脂的工業(yè)操作方式，其成功經(jīng)驗(yàn)可方便借鑒。但是由于生物質(zhì)吸附材料的水溶脹現(xiàn)象，大規(guī)模地填充床式操作，是不合適的，很容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。  

因此，根據(jù)生物質(zhì)吸附材料的諸多特點(diǎn)來看，流化床式吸附操作應(yīng)該是最合適的應(yīng)用方式[22]。這種操作方式下，一定量的吸附劑顆粒懸浮在待凈化水體中，其中，固液比可以隨脫除要求而變化，充分考慮到了生物質(zhì)吸附材料良好的吸附性能、水溶脹現(xiàn)象以及快捷的凈水要求等方面的因素，因此是應(yīng)用技術(shù)方案的首選。  

在多年研究的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計(jì)出了兩種吸附操作凈化方案:第一種，多級串聯(lián)式吸附。具體可以設(shè)計(jì)成吸附劑與流水同向并流、錯流兩種操作方式，各級槽或反應(yīng)釜之間采用溢流管連接實(shí)現(xiàn)自動流動傳質(zhì)。  

另一種，則是生物吸附復(fù)合混凝法。即將生物吸附、化學(xué)沉淀、絮凝沉降等多種作用耦合在一起，并且在重力作用下能夠迅速的沉降，實(shí)現(xiàn)重金屬離子的高效脫除。  

這兩種工藝，均可以作為生物質(zhì)吸附材料凈水應(yīng)用的方法。  

具體地，使用生物吸附法處理電鍍廢水，還需要注意兩個問題，一是生物質(zhì)吸附對水體的pH條件很敏感。在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下很難具有高的吸附效率。  

二是由于生物質(zhì)吸附劑材料本身的限制，其吸附容量很難達(dá)到一個很高的水平。而調(diào)節(jié)廢水的pH意味著引人大量的酸液或者堿液，一方面增加了處理成本，另一方面也容易對環(huán)境造成二次污染。  

好在生物質(zhì)吸附具有價格低廉的優(yōu)勢，并且可以實(shí)現(xiàn)再生，使得這種想法能夠得以實(shí)現(xiàn)。  

在過去幾十年間，我國進(jìn)人了經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時期，工業(yè)的突飛猛進(jìn)對我國的經(jīng)濟(jì)增長做出了巨大的貢獻(xiàn)，但同時，工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展也對我國的環(huán)境造成了巨大的損害。  

在電鍍廢水處理方面，由于技術(shù)的不完善、企業(yè)不重視，導(dǎo)致大量不達(dá)標(biāo)廢水的排放，所以，設(shè)備水平、治理水平不足等問題，必須得到相關(guān)單位的重視。而隨著環(huán)保意識越來越深人人心，國家對環(huán)保的投人越來越大，對污水的排放要求越來越嚴(yán)格，舊有的處理手段已經(jīng)越來越難以滿足國家的新標(biāo)準(zhǔn)，所以開展對于電鍍廢水處理技術(shù)的深人研究以及現(xiàn)有技術(shù)的升級創(chuàng)新顯得尤為重要。  

過硬的技術(shù)基礎(chǔ)是實(shí)現(xiàn)污水零超標(biāo)排放的保障，找到一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的處理手段非常重要。而生物質(zhì)吸附材料的使用，有廣闊的前景，其價格低廉、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，有非常大的發(fā)展?jié)摿Γ@種綜合一體化技術(shù)也是未來金屬污染廢水處理的熱點(diǎn)。希望在未來的技術(shù)發(fā)展與革新當(dāng)中，生物質(zhì)吸附能夠幫助實(shí)現(xiàn)電鍍廢水的無害化、資源化凈化處理。