板框厢式隔膜压滤机
1前言
随着工业化进程加快，电镀行业成为了国民经济中不可缺少的基础性产业，也是当今全球三大污染行业之一。电镀污泥是一种成分复杂、种类繁多的危险固体废物，也是一种产量大、价格低廉的二次可再生资源。电镀污泥含有多种高价值的有价金属，其重金属富集度以及含量高于许多矿石，被称为“人工矿石”。因此，在当今我国矿产资源相对匮乏的状况下，对电镀污泥中的有价金属进行资源化回收可以弥补我国对贵重金属需求的不足，转化为良好的经济效益。而且电镀污泥如果不采取措施妥善处理，其中的重金属浸出不仅污染土壤、水体，对自然生态环境造成影响，还会经过生物链循环最终危害到人类健康。电镀污泥含水率高达70－90%，稳定性差，所以研发高效经济地降低电镀污泥的危害以及回收其中有价金属的技术是现今国内外研究人员竭力攻克的难关。下文主要介绍了电镀污泥的来源、分类及成分，对近年来国内外研究人员对电镀污泥处理处置的技术，主要有固化稳定技术、热化学处理技术、有价金属的回收技术、材料化技术、堆肥技术等进行总结分析并提出展望。
2电镀污泥的来源、分类及成分
2.1电镀污泥的来源及分类电镀污泥是为了使电镀过程中产生的电镀废水达到排放标准，对电镀废水经过一系列方法处理后，得到的絮凝沉淀物。目前我国电镀废水主要采用化学法处理，约占41%，而在其他一些国家更是高达80%以上，常用的化学法有酸碱中和、絮凝沉淀法。根据处理电镀废水的方式不同，又分为分质污泥和混合污泥，其中分质污泥即包含单一金属元素，常见的有含铬污泥、含镍污泥、含铜污泥、含锌污泥等;混合污泥即含有多种重金属元素，目前为了节省资金和场地，全国中小型电镀企业大多产生的电镀污泥是混合污泥，所以目前研究人员的研究对象主要是混合污泥。
2.2电镀污泥的成分由于电镀工艺类型以及方法的不同，往往会在电镀过程中添加各种有机物质来提高电镀产品的质量，例如光亮剂、整平剂、表面活性剂等，这些药剂大部分是有害物质，常见的有丙烯磺酸钠、炔醇、柠檬酸、苹果酸、丙酮等。正是由于这些物质的加入，提高了电镀废水的处理难度，也导致了电镀污泥成分复杂。电镀废水中的重金属经处理后被富集在电镀污泥中，使电镀污泥中富含大量的Au、Ag、Fe、Cu、Cr、Ni、Zn等重金属元素，其中含有多种贵金属，具有很高的回收价值。一般电镀污泥中金属含量及目前各金属行价见表1。
3.1固化稳定技术固化稳定技术是将固化剂与污泥以一定的比例混合形成固化体，使污泥中的有毒有害物质被封闭，重金属迁移风险降低不易浸出，从而防止污泥污染环境。常用的固化剂有水泥、沥青、玻璃、水玻璃等。目前国内外学者研究最多的是水泥固化技术。用水泥固化法，以水泥为粘结剂和骨料，粉煤灰为吸附剂，通过实验确定最优参比为电镀污泥:水泥=3:2、保温时间为3天、养护时间为28天、保温温度为40°C制出了一种远低于国家浸出毒性的环保、绿色的免烧陶粒。目前由于电镀污泥基数大，各种处理技术还未成熟，目前电镀污泥的处理主要还是采用固化稳定技术，但是需消耗大量土地资源堆存，其中有价金属未得到充分利用，造成资源浪费，在一些极端条件下还容易造成二次污染。随着各种技术的不断改进与创新，固化稳定技术会被逐渐抛弃或者是将电镀污泥中的有价金属回收后再进行固化处理。
3.2有价金属回收技术
3.2.1酸浸法酸浸是使用最早也是研究最广泛的一种浸出方法，在酸浸条件下，废物的酸碱度可达到1.0－3.0，在此条件下废物中存在的许多重金属同时溶解并进入溶液。据相关研究较高的金属浸出率通常是通过使用无机酸(如H2SO4、HCl或HNO3)而不是有机酸(如柠檬酸和草酸)获得的，目前由于硫酸浸出性能好，经济且较难分解，大多酸浸的实验都采用H2SO4作为浸出剂。采用硫酸作为浸出剂来回收电镀污泥中的铜，在硫酸浓度为1mol/L、液固比15:1的条件下浸出10分钟，铜的浸出率可达到90%，并采用硫酸浸出－萃取－反萃工艺流程，使铜的总回收率达到了85%，是一个有效可行的回收工艺。虽然目前的酸浸法已经相对成熟，但由于酸浸存在金属浸出选择性差，浸出液净化过程复杂，消耗大量的酸碱及除杂剂等缺点，目前研究的热点转向其他方向，如氨浸、生物浸出和湿法－火法冶金等方法。
3.2.2氨浸法由于酸浸存在着各种缺点，目前国内外大多研究人员开发出氨浸来代替酸浸。氨浸法通常采用氨水为浸出剂，利用氨水中的铵根选择性络合电镀污泥中有价金属元素，以此达到分离浸出的目的。易龙生等应用还原氨浸工艺来对电镀污泥中的铜、镍进行浸出，在质量分数20%氨水、0.3mol/L(NH4)2CO3和0.4mol/LNa2SO3的浸出体系中，在固液比为1∶15，温度为70°C下浸出3h，铜、镍的浸出率达到95.84%和90.12%，并发现浸出过程受界面传质和固体膜层扩散共同控制。虽然氨浸相对与酸浸在选择性上有一定的优化，可以选择性提取铜和镍，但无法去除铬或铁。酸浸和氨浸一样为了达到高浸出率需要大量的酸和碱来调节反应器的总酸碱度，对外部条件要求严格，这导致高运行成本。此外，据相关研究固体基质中的金属形式被分为四个部分:酸可溶部分(水/酸可溶和可交换部分)、可还原部分(铁和羟基氧化锰)、可氧化部分(有机物和硫化物结合部分)和不可移动的残余部分。而被动部分(如硫化物或残余部分)中存在的金属不能通过这些常规湿法冶金途径轻易溶解，而且容易产生二次污染。
3.2.3生物浸出法生物浸出作为一种替代传统湿法冶金技术的新兴技术，因其能耗低、投资少、环境友好、反应温和等优点而备受关注。此外，生物浸出法更适合回收复杂和难处理的含金属固体废物。它的作用机制是通过化能自养型和异养细菌以及真菌通过各种机制将固体金属化合物转化为可溶和可提取的离子，包括还原解、酸解和络合解等。联合体中的微生物可以相互配合，协同溶解有价金属。因此，微生物群落总是比纯培养物在生物浸出和生物氧化固体废物中的金属方面更有效。通过试验选取出一种适应性微生物群落对选定的电镀污泥中的四种金属进行生物浸出，研究相关的工艺参数(包括体积比、酸碱度、污泥浓度、Fe2+浓度)对浸出过程的影响，结果表明，在总酸碱度为2.0、Fe2+浓度为9.0克/升、污泥浓度为15%时，金属溶解量最大(铜、锌、镍均大于95.6%，铬为90.3%)。这些发现表明，采用经过改造的微生物群落进行生物浸出，似乎有望从危险的电镀废物中回收和再利用有价值的重金属。近几年许多研究人员都在研究生物浸出的相关机理与改进措施，虽然有了一定的进展，但是电镀污泥中所选金属的溶解速率浸出速度慢和溶解性差是生物浸出过程中的瓶颈，所以研究生物浸出过程的动力学信息是目前需要探索的问题。
3.2.4焙烧浸取法焙烧浸取技术是先利用高温焙烧预处理污泥中的杂质，然后用酸、水等介质提取焙烧产物中的有价金属。用黄铁矿与电镀污泥混合后进行焙烧，然后在室温下用去离子水对焙烧产物进行浸取分离，得出锌、镍、铜的回收率分别为60%、43%、50%。目前这个技术大多用于一些矿渣中的金属回收，属于湿法与火法冶金的结合技术，但火法提取易造成二次污染;湿法提取耗时长，浸出效果有限，且大部分浸出方法属于粗放式浸出，即同时将多种金属浸出，需要后期二次分离，产生大量的废水，所以目前采用此方法进行电镀污泥中金属回收的研究较少。但是火法冶金也有它的优势，可以研究出一种一体化技术，减少能耗，减少污染，也是一个有前景的研究方向。
3.3热化学处理技术热化学处理技术(例如高温焚烧、离子电弧及微波等)是在高温条件下对废物进行分解，并在高温加热时加入一些还原性物质，可以使某些重金属元素从高价态的高毒性变为低价态的弱毒性，比如在高温加热时加入焦炭可以使铬从+6价态变为+3价态，从而达到减轻毒性的目的，以此实现快速、显著地减容，并对废物的有用成分加以利用。研究了高温热处理电镀污泥过程中铬的毒性价态变化，认为高温热处理能将六价铬转化成三价铬，且温度越高转化效果越明显;在经高温处理的电镀污泥中，主要以三价铬为主。
3.4材料化技术电镀污泥的材料化技术是指在生产建筑材料、陶瓷材料、磁性铁氧体等材料的过程中，加入电镀污泥充当部分原料或辅料的方法，虽然该方法可以更好地解决环境污染问题，但是人类若长期接触这类含重金属的材料，也会增加危害健康的风险。目前，常见的电镀污泥材料化技术有制成磁性材料、制砖、烧制陶粒、生产水泥等。以含铁质为主的混合重金属电镀污泥及七水合硫酸亚铁为原料，采用湿法合成和干法还原工艺合成磁性探伤粉，确定干法还原的最佳条件为反应温度750°C，还原时间为10min。结果表明，湿法合成1:7、1:8产品和干法合成1:1～1:8产品均适合于实用，从加大消纳量、降低成本而言，经干法还原改造过的1:1、1:2产品最有发展前途。烧砖法是真正能够大量消纳污泥而且能够得以维持的电镀污泥处置和利用方法。在日本还有将电镀污泥掺入炉渣中制造炉渣砖。我国已比较广泛应用这些技术，特别是将电镀污泥掺入黏土中烧砖，上海、北京、天津已经研制成功并已投入生产。但由于烧砖过程要破坏大量土地，因此从长远来看，应寻找新的污泥处置方法。
3.5堆肥技术电镀污泥的堆肥技术即在一定条件下，利用微生物的发酵作用，将污泥中有机物进行降解，使其成为土壤肥料的一种过程。堆肥作为一种投资少、见效快的污泥处理方法。含锌、铜的氢氧化物污泥可以加工制成锌、铜复合微肥。研究表明，锌、铜复合微肥能促进早稻的前期生长，而且能够提高水稻叶片中叶绿素含量，对减轻早稻僵苗，有明显作用。由于电镀污泥中含有难降解重金属，用作肥料时是否会引起二次污染，影响生态，还需进一步研究。
4总结与展望
以上综合分析了目前电镀污泥的处理处置方法以及近年来国内外研究人员在这方面的研究进展。由于电镀污泥的成分和性质十分复杂，所以要针对不同的污泥和处理要求选择不同的方法，每种方法有其独特的优势，也都有对应的弊端。找出一种行之有效、综合性能最好的处理方法一直是研究的重点和难点。目前的几种方法中，大多数还是采用固化稳定的方法处理污泥，但存在二次污染的潜在危险，而且浪费大量的金属资源。因此，必须积极往电镀污泥资源化利用的方向展开研究。综合以上，以后有关电镀污泥处理方法和技术的研究方向主要在以下几个方面:
(1)电镀污泥源头减量化研究，目前电镀污泥含水率普遍高于70%，导致污泥体积巨大且重金属浓度低，可以在处理电镀废水改进工艺，在化学、物理、生物等方面研究出降低污泥含水率、提高污泥重金属富集程度的新方法新技术。
(2)探究生物浸出动力学机制，相对比其他的方法，如果能解决生物浸出速度慢、溶解性差等弊端，生物浸出法将有着更好的应用前景，并且可以往生物浸出与酸浸相结合浸出的方向研究。
(3)探索将火法冶金与电镀污泥资源化处理相结合起来，目前处理电镀污泥主要采用湿法冶金的方法，火法冶金相对较少，电镀污泥的性质与矿石类似，而且在其他更为发达的国家更多采用的火法的方法来处理电镀污泥，更方便且高效、资源回收率更高，是一个值得开发和探索的领域。
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