電鍍污泥處置方法現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
【蘭州純水設(shè)備http://m.smarts-edu.cn】闡述了電鍍污泥市場規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益,電鍍污泥的性質(zhì)和毒性,從電鍍污泥減量、回收、無害的總結(jié)了電鍍污泥處置過程,比較優(yōu)勢和劣勢的電鍍污泥的回收,回收電鍍污泥的技術(shù)進(jìn)行了分析和預(yù)測。
1. 電鍍污泥的市場規(guī)模
1.1電鍍污泥產(chǎn)生量
在電鍍過程中，會(huì)使用各種重金屬，包括銅、鋅、鎳和鉻。電鍍后，金屬會(huì)進(jìn)入電鍍廢水。目前，電鍍廢水的處理一般采用物理、化學(xué)和生物方法。其中，化學(xué)法在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛。據(jù)報(bào)道，我國約41%的電鍍企業(yè)采用化學(xué)法處理電鍍廢水[1]。
中國電鍍生產(chǎn)企業(yè)約1.5萬家，蘭州純水設(shè)備電鍍面積3億平方米，年產(chǎn)電鍍廢水約40億立方米，產(chǎn)生電鍍污泥約1000萬噸。
1.2電鍍污泥的經(jīng)濟(jì)效益
電鍍污泥通常含有3% ~ 5%的鉻、2% ~ 4%的鎳、1% ~ 2%的銅、1% ~ 2%的鋅和80%的水。品位遠(yuǎn)高于富金屬礦石，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。以鎳為例:當(dāng)鎳含量達(dá)到2%時(shí)，滿足開采條件，而電鍍污泥中鎳的含量為2%~4%，純水設(shè)備因此電鍍污泥的金屬回收價(jià)值較高。例如，假設(shè)某危險(xiǎn)廢物處理企業(yè)每年處理20萬噸電鍍銅污泥，平均含銅量為2%。按銅回收率98%，回收銅金屬價(jià)格3萬元/噸，污泥處理費(fèi)2000元/噸，年總收入5.2億元。因此，全國1000噸電鍍污泥中銅的總資源量為260億元。因此，電鍍污泥回收的經(jīng)濟(jì)效益是可觀的。
2. 電鍍污泥的特性及危害
電鍍污泥中含有銅、鎳、鉻、鐵[3]等金屬成分復(fù)雜。有些電鍍污泥還含有大量氰化物。然而，電鍍污泥中重金屬等有害物質(zhì)的性質(zhì)是不穩(wěn)定的，會(huì)在環(huán)境中遷移，導(dǎo)致生物體在體內(nèi)積累。在外部環(huán)境的作用下，重金屬會(huì)流入環(huán)境，分布在水、大氣和土壤中，最終進(jìn)入食物鏈，造成整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的污染。
3.電鍍污泥的處理方法
3.1電鍍污泥的還原處理
電鍍污泥是電鍍廢水的來源。電鍍污泥作為電鍍污泥的發(fā)電單元，減少電鍍污泥主要有三種方法:
一是采用更先進(jìn)、更環(huán)保的電鍍工藝，減少電鍍廢水的量或最大限度地利用電鍍廢水中的金屬。
二是電鍍廢水的分離需要對(duì)不同電鍍工藝(電鍍銅、電鍍鎳、電鍍鍍鋅等)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行單獨(dú)的儲(chǔ)存和處理。一方面可以提高電鍍污泥的金屬品位，增加附加值。另一方面，降低了電鍍污泥的處理難度。
三是采用節(jié)能減排技術(shù)降低電鍍污泥含水率，降低電鍍污泥總量，降低電鍍污泥儲(chǔ)運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)，降低下游危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)處置壓力。
3.2 電鍍污泥的資源化處理
3.2.1 火法處理技術(shù)
火法熔煉前，電鍍污泥要先進(jìn)行烘干等前處理，有時(shí)為了提高熔煉效率，通過添加目標(biāo)金屬來提高污泥中的金屬含量，加入鐵礦石、石英石、石灰石等作為熔煉輔料，以煤炭、焦碳為燃料，并以碳和煤燃燒過程產(chǎn)生的一氧化碳為還原物，在電鍍污泥火法熔煉中，添加劑的種類與用量等因素對(duì)工藝影響較大。蘭州純水設(shè)備由于電鍍污泥含有大量水，熱值低，同時(shí)金屬含量相對(duì)較少且金屬種類多等特點(diǎn)，所以火法熔煉在處理電鍍污泥會(huì)存在能耗高、金屬回收單一且回收率不高、煙氣難以處理達(dá)標(biāo)等缺點(diǎn)。
3.2.2 濕法處理技術(shù)
電鍍污泥濕法提取重金屬是添加化學(xué)試劑將電鍍污泥浸出與分離。其前提是將重金屬從電鍍污泥中浸出并在溶液中穩(wěn)定存在，電鍍污泥的處理主要有酸浸和氨浸兩種工藝。
3．2．2．1 酸浸
以硫酸為浸出劑，研究電鍍污泥中銅和鎳的浸出率，從不同的酸加入量考察了對(duì)銅和鎳浸出效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入 10%硫酸，振蕩 0.5h 后，污泥中銅和鎳的浸出率均在95%以上；而李鵬[5]則分別考察了三種低分子有機(jī)酸對(duì)電鍍污泥中鋅和鉛等重金屬浸出效果，結(jié)果表明檸檬酸對(duì)鋅和鉛浸出效果比其他有機(jī)酸要好。
濕法浸出電鍍污泥的金屬的大量研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)浸出液濃度提高，整個(gè)工藝產(chǎn)生廢水量小，但酸浸存在金屬浸出選擇性差，浸出液凈化過程復(fù)雜，消耗大量的酸堿及除雜劑等缺點(diǎn)。
3．2．2．2 氨浸
因酸浸存在選擇性差等缺點(diǎn)，研究者開發(fā)了氨浸法資源化處理電鍍污泥中工藝。氨浸法是采用氨水為浸出劑，利用氨水中的銨根選擇性絡(luò)合電鍍污泥中有價(jià)金屬元素，從而達(dá)到與其他金屬元素分離的目的。程潔紅[6]使用 NH3·H2O-（NH4）2SO4 體系對(duì)電鍍污泥中銅、鎳、鋅浸出，水處理設(shè)備采用氫還原實(shí)現(xiàn)氨浸液中銅、鎳與鋅的分離。
但氨浸法也存在如濃度大于 18%時(shí)的氨水容易揮發(fā)，有很大的刺激性氣味等缺點(diǎn)，操作環(huán)境惡劣，所以氨浸法對(duì)設(shè)備的密封性要求很高，浸出裝置要求較高的密封性和耐腐蝕性。
3.2.3 火法-濕法聯(lián)用處理技術(shù)
火法-濕法聯(lián)合處理電鍍污泥工藝，是先通過火法工藝進(jìn)行預(yù)處理，脫除電鍍污泥一些成分如水、有機(jī)物及部分雜質(zhì)，預(yù)處理后，有價(jià)金屬得到富集，再選用合適的浸出劑浸出有價(jià)金屬。該工藝對(duì)處理高有機(jī)物、復(fù)雜成分的污泥較有意義。
對(duì)電鍍污泥先采用炭還原和焙燒，再采用硫酸浸出和萃取對(duì)銅進(jìn)行了分離，萃取得到的硫酸銅溶液，經(jīng)濃縮結(jié)晶后，得到純度大于 97%的硫酸銅晶體，該聯(lián)用工藝解決了火法工藝處理電鍍污泥的原料金屬品位低、投資高、二次污染嚴(yán)重的問題，同時(shí)相對(duì)單獨(dú)的熔煉設(shè)備，采用還原焙燒預(yù)處理工藝，其設(shè)備的投資和控制難度也低。為混合電鍍污泥的資源化利用提供了另一個(gè)可行方案。
3.2.4 電鍍污泥資源化處置技術(shù)對(duì)比（表 1）
3.3 電鍍污泥的無害化處理
3.3.1 材料化
電鍍污泥的材料化技術(shù)是指利用電鍍污泥為原料或輔料生產(chǎn)建筑材料、磁性材料、陶瓷材料等材料的過程。Ract[8]進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)將含量是 2%的含鉻電鍍污泥加入水泥中，不會(huì)影響水泥的強(qiáng)度純水設(shè)備，這進(jìn)一步為電鍍污泥無害化處理提供了思路。
3.3.2 固化/穩(wěn)定化
固化/穩(wěn)定化處置電鍍污泥是一種非資源化處置方法，目的是使電鍍污泥中的重金屬被包容起來，無凈出毒性，以降低危險(xiǎn)性，最終予以填埋。Hills[9]研究發(fā)現(xiàn)，水泥和粉煤灰按照一定的比例加入并固化，可以很好的防止重金屬的浸出。
4 電鍍污泥資源化處置方法的發(fā)展趨勢
4.1 火法
火法有色金屬冶煉和金屬再生冶煉經(jīng)歷了從傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐到富氧熔池熔煉技術(shù)的發(fā)展，60 年代中期，中國成功地進(jìn)行了料封式密閉鼓風(fēng)爐工業(yè)試驗(yàn)后，相繼用以改造敞開式鼓風(fēng)爐，解決煙害問題。至此中國的敞開式鼓風(fēng)爐銅锍熔煉已全被料封式和料鐘式密閉鼓風(fēng)爐取代，至此密閉鼓風(fēng)爐得到快速發(fā)展，蘭州純水設(shè)備特別在冶金行業(yè)，2006 年，某公司首次將密閉鼓風(fēng)爐應(yīng)用到電鍍污泥的火法熔煉，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在危廢處置領(lǐng)域的應(yīng)用，但早在 2011年，鼓風(fēng)爐在銅再生領(lǐng)域就被列入重點(diǎn)淘汰產(chǎn)品《國家明令淘汰的落后生產(chǎn)工藝裝備產(chǎn)品目錄》，目前比較先進(jìn)的技術(shù)有富氧熔池熔煉 （頂吹、底吹、側(cè)吹）等。
從市場看，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐工藝在危廢領(lǐng)域已有成功應(yīng)用案例，并且越來越多的環(huán)保企業(yè)開始采用該先進(jìn)的工藝來進(jìn)行危廢資源化：某公司于 2014 年已將該技術(shù)成功應(yīng)用于重金屬危廢資源化項(xiàng)目，處理規(guī)模 8 萬 t/a，該項(xiàng)目已運(yùn)行 3a 多，目前該公司有其它兩個(gè)類似項(xiàng)目正在進(jìn)行設(shè)計(jì)[10]。
4.2 濕法
由于電鍍污泥的含水率很高, 可以利用電鍍污泥中的水分充當(dāng)溶解介質(zhì)，所以濕法工藝在處理電鍍污泥中有一定優(yōu)勢，主要有酸法和堿法，兩者對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)如表 3。
由此可見：酸法和堿法在處置電鍍污泥各有弊端，但隨著技術(shù)的發(fā)展，以后發(fā)展方向有一下幾點(diǎn)：①廢水的零排放：水處理設(shè)備不論酸法和堿法，都很難實(shí)現(xiàn)廢水的無限循環(huán)，溶解后的廢水中含有有機(jī)物、鹽類都會(huì)最終影響電鍍污泥的溶解，目前有采用MVR 技術(shù)，蒸餾回收水，滿足整個(gè)工藝的水平衡。
②多工藝組合處理：處置電鍍污泥的上述方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)該根據(jù)電鍍污泥的成分進(jìn)行選擇。
對(duì)有金屬回收價(jià)值的電鍍污泥，優(yōu)先考慮資源化處置技術(shù)。對(duì)于單組分且有機(jī)物含量少的電鍍污泥，可采用濕法技術(shù)，具有設(shè)備投資低、二次污染小、金屬回收率高等優(yōu)點(diǎn)；對(duì)于多成分且有機(jī)物含量高的電鍍污泥，可采用還原焙燒-濕法技術(shù)，解決了火法熔煉工藝設(shè)備投資高、煙氣污染嚴(yán)重、金屬回收率低的問題，純水設(shè)備還原焙燒預(yù)處理設(shè)備的投資和控制難度也大大低于熔煉設(shè)備；對(duì)于成分復(fù)雜、毒性大、金屬價(jià)值不高的電鍍污泥，可采用無害化處置技術(shù)，如固化/穩(wěn)定化。
由分析結(jié)果可見：電鍍污泥的資源化處置是當(dāng)前幾種處置方法中最有前景的。以后的電鍍污泥資源化處置發(fā)展趨勢，可以總結(jié)如下：①對(duì)于大規(guī)模的電鍍污泥資源化處置，宜采用火法資源化技術(shù)，建議采用富氧側(cè)吹熔池熔煉爐等先進(jìn)工藝進(jìn)行熔煉資源化；②對(duì)于小規(guī)模的電鍍污泥資源化處置，建議采用濕法和火法（玻璃化熔融）聯(lián)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)金屬資源回收、廢水零排放、徹底無害化。水處理設(shè)備 去離子水設(shè)備
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