電鍍污泥處置方法
1.電鍍污泥的市場規(guī)模
1.1電鍍污泥的產(chǎn)生量
在電鍍過程中，會用到銅、鋅、鎳、鉻等多種重金屬。電鍍后，金屬會進入電鍍廢水。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)法是目前國內(nèi)外廣泛采用的方法。據(jù)報道，中國約有41%的電鍍廠采用化學(xué)方法處理電鍍廢水。
我國電鍍企業(yè)約1.5萬家，電鍍面積生產(chǎn)能力3億m2，每年排放電鍍廢水約40億m3，廢水產(chǎn)生電鍍污泥約1000萬噸。
1.2電鍍污泥的經(jīng)濟效益
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。品位遠高于金屬富礦，經(jīng)濟效益高。以鎳為例:一般鎳礦含鎳量達到2%就具備開采條件，而一般電鍍污泥含鎳量在2%~4%，可見電鍍污泥的金屬回收價值很高。例如，假設(shè)某危險廢物處置企業(yè)每年處置含銅電鍍污泥20萬噸，平均含銅量為2%。按銅回收率98%，回收金屬銅價格3萬元/噸，污泥處置費2000元/噸，則年總收入為5.2億元。那么，我國1000t電鍍污泥，僅銅的總回收價值為:260億元，可見電鍍污泥資源化的經(jīng)濟效益是可觀的。
2.電鍍污泥的性質(zhì)和危害
電鍍污泥含有銅、鎳、鉻、鐵等多種金屬，成分非常復(fù)雜。有些電鍍污泥還含有大量氰化物。但電鍍污泥中的重金屬等有害物質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，在環(huán)境中遷移，導(dǎo)致在生物體內(nèi)積累。在外界環(huán)境下，重金屬會流入環(huán)境，分布在水、大氣和土壤中，最終進入食物鏈，造成整個生態(tài)系統(tǒng)的污染。
3.電鍍污泥的處置方法
3.1電鍍污泥的減量處理
電鍍污泥是電鍍廢水的來源。作為電鍍污泥的產(chǎn)生單位，電鍍污泥的減量化主要有三種途徑:一是采用更先進、更環(huán)保的電鍍工藝，減少電鍍廢水或更多利用電鍍廢水中的金屬。第二，實現(xiàn)電鍍廢水的分流，廢水來自不同的電鍍工藝(電鍍銅、電鍍鎳、電鍍鋅等)。)需要單獨存放處理，一方面可以改善電鍍污泥中的金屬味道，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)，降低出廠電鍍污泥含水率，減少電鍍污泥總量，降低電鍍污泥儲運風(fēng)險和下游危險廢物處置企業(yè)處置壓力。
3.2電鍍污泥的資源化處理
3.2.1煙火處理技術(shù)
在火法冶煉前，電鍍污泥應(yīng)進行干燥預(yù)處理。有時為了提高冶煉效率，通過添加目標金屬、鐵礦石、石英巖、石灰石等來增加污泥中的金屬含量。作為冶煉輔助材料，煤和焦炭作為燃料，煤燃燒時產(chǎn)生的碳和一氧化碳作為還原劑。在電鍍污泥火法冶煉中，添加劑的種類和用量等因素對工藝有很大影響。電鍍污泥含水量大，熱值低，金屬含量相對較少，金屬種類多。因此，火法處理電鍍污泥存在能耗高、單一金屬回收和回收率低、煙氣處理難以達標等缺點。
3.2.2濕法加工技術(shù)
電鍍污泥中重金屬的濕法提取是通過添加化學(xué)試劑浸出分離電鍍污泥。前提是重金屬從電鍍污泥中浸出并穩(wěn)定存在于溶液中。電鍍污泥的處理主要包括酸浸和氨浸。
3.2.2.1酸浸
以李盼盼硫酸為浸出劑，研究了電鍍污泥中銅和鎳的浸出率，并考察了不同加酸量對銅和鎳浸出效果的影響。實驗結(jié)果表明，加入10%硫酸，振蕩0.5h后，污泥中銅和鎳的浸出率達到95%以上。李鵬研究了三種低分子有機酸對電鍍污泥中重金屬鋅和鉛的浸出效果，結(jié)果表明檸檬酸對鋅和鉛的浸出效果優(yōu)于其他有機酸。
從電鍍污泥中濕法浸出金屬的大量研究結(jié)果表明，當(dāng)浸出液濃度增加時，整個過程產(chǎn)生的廢水量較少，但酸浸法存在金屬浸出選擇性差、浸出液凈化過程復(fù)雜、消耗大量酸、堿和除雜劑等缺點。
3.2.2.2氨浸
由于酸浸法選擇性差的缺點，研究人員開發(fā)了氨浸法回收電鍍污泥的工藝。氨浸法以氨水為浸出劑，利用氨水中的銨根選擇性絡(luò)合電鍍污泥中的有價金屬元素，達到與其他金屬元素分離的目的。
程采用NH3·H2O-(NH4)2so 4體系從電鍍污泥中浸出銅、鎳、鋅，采用氫氣還原法從氨浸出液中分離銅、鎳、鋅。
但氨浸法也有一些缺點，如濃度大于18%的氨水易揮發(fā)，有很大的刺鼻氣味等，操作環(huán)境惡劣，所以氨浸法對設(shè)備的密封性能要求高，對浸出裝置的密封性能和耐腐蝕性能要求高。
3.2.3高溫濕處理技術(shù)
火法-濕法聯(lián)合處理電鍍污泥是用火法對電鍍污泥進行預(yù)處理，去除其中的水、有機物和雜質(zhì)。預(yù)處理后，富集有價金屬，然后選擇合適的浸出劑浸出有價金屬。該工藝對于處理有機物含量高、成分復(fù)雜的污泥具有重要意義。
陳等[7]先對電鍍污泥進行碳還原焙燒，再用硫酸浸出萃取分離銅。將萃取得到的硫酸銅溶液濃縮結(jié)晶，得到純度大于97%的硫酸銅晶體。該組合工藝解決了火法處理電鍍污泥金屬品位低、投資高、二次污染嚴重的問題。同時，與單獨的冶煉設(shè)備相比，還原焙燒預(yù)處理工藝的投資和控制難度也較小。為混合電鍍污泥的資源化利用提供了又一可行方案。
3.2.4電鍍污泥資源化處置技術(shù)比較(表1)
3.3電鍍污泥的無害化處理
3.3.1物化
電鍍污泥材料技術(shù)是指以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做了一個研究，發(fā)現(xiàn)在水泥中添加2%的含鉻電鍍污泥不會影響水泥的強度，這進一步為電鍍污泥的無害化處理提供了思路。
固化/穩(wěn)定化
電鍍污泥的固化/穩(wěn)定化處理是一種非資源化處理方法，目的是在不產(chǎn)生凈毒性的情況下，使電鍍污泥中含有重金屬，從而降低風(fēng)險，最終填埋。Hills研究發(fā)現(xiàn)，按一定比例添加水泥和粉煤灰并養(yǎng)護可以很好地防止重金屬的浸出。
4.電鍍污泥資源化處置方法的發(fā)展趨勢
4.1火法
煙火有色金屬熔煉和金屬再生熔煉經(jīng)歷了從傳統(tǒng)高爐到富氧熔池熔煉技術(shù)的發(fā)展。20世紀60年代中期，我國成功進行了料封密閉高爐的工業(yè)試驗，并相繼用其改造露天高爐，解決了煙氣危害問題。到目前為止，我國露天高爐煉銅已完全被料封料鐘式密閉高爐所取代，從而使密閉高爐得到了迅速發(fā)展，特別是在冶金行業(yè)。2006年，某公司首次將密閉鼓風(fēng)爐應(yīng)用于電鍍污泥的火法冶煉，實現(xiàn)了該技術(shù)在危險廢物處置領(lǐng)域的應(yīng)用。但早在2011年，高爐就被列為國家正式淘汰的重點淘汰產(chǎn)品“落后生產(chǎn)”
從市場來看，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐技術(shù)已成功應(yīng)用于危險廢物領(lǐng)域，越來越多的環(huán)保企業(yè)開始利用這一先進技術(shù)回收危險廢物:2014年，某公司將該技術(shù)成功應(yīng)用于處理能力為8萬t/a的重金屬危險廢物回收項目，該項目已運行3年多，目前該公司還有另外兩個類似項目在設(shè)計中。
從以下幾點比較了密閉鼓風(fēng)爐和富氧側(cè)吹熔池熔煉爐處理電鍍污泥的優(yōu)缺點(表2)。
4.2濕法
由于電鍍污泥的含水量很高，電鍍污泥中的水可以作為溶解介質(zhì)，所以濕法處理電鍍污泥有一定的優(yōu)勢，主要有酸法和堿法。它們的比較優(yōu)勢和劣勢見表3。
可以看出，酸法和堿法處理電鍍污泥各有其缺點，但隨著技術(shù)的發(fā)展，未來的發(fā)展方向如下:
①廢水零排放:無論酸法還是堿法，都很難實現(xiàn)廢水的無限循環(huán)。溶解廢水中的有機物和鹽類最終會影響電鍍污泥的溶解。目前采用MVR技術(shù)對水進行蒸餾回收，以滿足整個工藝的水平衡。
②多工藝聯(lián)合處理:上述處理電鍍污泥的方法各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)電鍍污泥的成分進行選擇。
對于有金屬回收價值的電鍍污泥，優(yōu)先采用資源化處置技術(shù)。對于成分單一、有機物含量低的電鍍污泥，可采用濕法工藝，具有設(shè)備投資少、二次污染小、金屬回收率高等優(yōu)點。對于多組分、高有機物含量的電鍍污泥，可采用還原焙燒-濕法工藝，解決了火法冶金工藝設(shè)備投資高、煙氣污染嚴重、金屬回收率低的問題，還原焙燒預(yù)處理設(shè)備的投資和控制難度遠低于冶煉設(shè)備。對于成分復(fù)雜、毒性高、金屬價值低的電鍍污泥，可采用固化/穩(wěn)定化等無害化處置技術(shù)。
從分析結(jié)果可以看出，在目前幾種處置方法中，電鍍污泥的資源化處置更有前景。未來電鍍污泥資源化處置的發(fā)展趨勢可以概括為:
①對于電鍍污泥的大規(guī)?；厥?，應(yīng)采用火法回收技術(shù)，推薦富氧側(cè)吹熔池熔煉爐等先進技術(shù)進行熔煉回收；
②對于電鍍污泥的小規(guī)模資源化處理，建議采用濕法和火法(玻璃化、熔融)相結(jié)合的技術(shù)，實現(xiàn)金屬資源回收、廢水零排放和完全無害化。(來源:新蘇環(huán)保研究院(江蘇)有限公司、上海環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司)
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