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海峡两岸电镀废水排放标准及处理技术的比较

                         海峡两岸电镀废水排放标准及处理技术的比较
                                                徐静娴,黄瑞敏
                  (华南理工大学环境与能源学院,广东广州 510006)
    摘要:海峡两岸电镀产业的产品、原料、生产方式,企业规模、数量、发展状态,以及社会环境、自然环境等不同,故电镀废水排放标准也有所差异。对大陆GB 212900–2008《电镀污染物排放标准》中的表2、表3 与台湾《放流水标准》进行了对比,分析了两岸在重金属离子、化学需氧量(COD)、氰化物、氨氮等污染物排放指标中的差异以及在重金属污染物处理和COD达标处理技术上的不同。本文可为了解大陆和台湾地区电镀废水污染物排放标准之间的差异提供参考。
    关键词:电镀;废水处理;排放标准;重金属离子;化学需氧量;氰化物;氨氮
    中图分类号:X781.1 文献标志码:A
    文章编号:1004 – 227X (2014) 24 – 1069 – 04
    电镀业是当今全球三大污染工业之一[1],单个企业规模一般较小,但由于电镀企业数量众多,故废水排放总量大[2]。另外电镀工艺种类繁多,使得电镀废水的成分十分复杂。其中,最主要的污染物是Cr、Ni、Cd、Cu 等重金属元素,其次是酸碱类污染物,有时还会存在氰化物这类剧毒物质,而清洗过程中产生的各类油脂、表面活性剂等也会存在于电镀废水中[2-3]。这样复杂的组成使得电镀废水毒性大,易对环境造成严重污染。由于海峡两岸电镀产业都比较发达,尤其是大陆电镀企业众多,因此,海峡两岸对相应的废水污染物都制定了非常严格的标准。
    1· 两岸电镀业现状
    目前,大陆地区约有 15 000 家电镀企业,60%为中小型企业,且主要集中在珠江三角洲和长江三角洲一带。每年电镀废水总排量约40 亿t,约占大陆地区工业废水总排放量的1/6 [4]。大陆地区电镀企业的主要产品种类为:民用五金电镀、民用塑胶电镀、电子电镀等,镀层主要以铜–镍–铬、镍铬或者单一的铬、镍、锌为主。
    台湾的电镀工业随着工业化的发展曾经昌盛过一段时间,后来由于环保意识与劳工资本的提高,大量电镀企业外迁,现在台湾电镀企业总数量在1 500 ~2 000 家之间,多集中在彰化、台中及北部地区,工厂规模也是以中小企业为主,每年废水总排量6 000 万t左右[5],约占台湾地区工业废水总排放量的1/20。近年来,台湾的半导体、线路板等电子产品代工行业兴起,制造过程中均涉及电镀工艺,所以电子电镀是台湾现在最主要的电镀产品,镀层以镍、铜及其他稀有金属为主。
    2· 两岸电镀废水排放标准对比及发展趋势分析
    2. 1 排放标准
    2008 年,环保部出台了《电镀污染物排放标准》(以下简称GB 21900–2008)以取代《污水综合排放标准》(GB 8978–1996),更加严格地限制了COD(化学需氧量)、六价铬、总镍、总镉、总铜、氨氮等多个指标,同时首次在国家排放标准中对环境容量较低的敏感区域制定了水污染物特别排放限值(即表3 标准)。
    台湾地区现行的排放标准是《放流水标准》,主要规定了事业、污水下水道系统及建筑物污水处理设施的废水排放标准。除了通用的指标外,特别针对电镀业限定了COD 和SS(悬浮物)。台湾地区电镀企业数量不多,未出台电镀业专门的水污染排放标准,但针对相近行业出台了如《光电材料及组件制造业放流水标准》、《晶圆制造及半导体制造业放流水标准》及《科学工业园区污水下水道系统放流水标准》等标准,这些行业在制造过程中都会涉及到电镀工艺,也会产生电镀废水,比较后发现相关污染物质的控制指标基本与《放流水标准》相同。现将大陆电镀废水执行的《电镀污染物排放标准》中的表2、表3 的主要污染物和台湾电镀废水执行的《放流水标准》进行比较,见表1,以便分析两岸电镀废水排放标准上的差异。
    
    由表1 可见,总体上大陆地区实行的GB 21900–2008 比台湾《放流水标准》要严格得多,尤其是针对环境敏感区域的表3 标准,在几大重金属元素(如六价铬、镍、镉等)、氨氮及COD 的污染物指标上对企业的处理能力提出了很高的要求。而台湾《放流水标准》大部分指标限值高于或等于GB 21900–2008 的表2 标准,但总镉、氨氮和SS(指固体悬浮物)这3 个指标较其更为严格。
    2. 2 排放标准指标对比
    2. 2. 1 重金属污染物指标
    重金属及其化合物是目前电镀生产中的主要原料,由于重金属元素在环境中移动性小、残留性高,易造成污染,且污染具有累积性、食物链传递性和不易降解性,因此一直是我国污染防治工作中的重点。GB 21900–2008 标准中规定重金属一类污染物必须在车间或车间处理设施排放口监测排放值,因此,含有镉、铬、镍、铜、汞、银元素的废水必须进行分流、单独处理,以去除重金属一类污染物,然后再合流进行后续处理[6]。对于台湾地区而言,并没有一类污染物的规定,故只需将废水分为含铬废水、含氰废水和酸碱综合废水,再对各类废水进行单独处理,即可达标排放。
    GB 21900–2008 的表3 标准对镉、铬、镍、铅等重金属一类污染物排放要求极其严格:总镉为0.01 mg/L,六价铬、总镍、总铅为0.1 mg/L,并将总银也划归为第一类污染物。台湾放流水标准中此类重金属元素的排放标准普遍比表3 标准宽松一些,但在总镉一项上也有较严格的限制。这是由于30 多年前对台湾民众造成很大影响的一起环境污染──桃园“镉米”事件,使台湾当局意识到镉污染的严重性,从而在放流水标准中严格限定镉的排放。此标准实施后,台湾地区尚未再次出现“镉米”事件。这在一定程度上表明,严格控制排放指标是直接有效的控制方式。铜在电镀工艺中的应用很广泛,台湾地区对总铜的限制较大陆宽松得多,是表3 标准中相应值的10 倍。总的来说,由于铜的毒性低于重金属一类污染物,因此大陆和台湾对总铜的要求都不及重金属一类污染物严格。
    对于大陆地区来说,重金属污染物指标处理难点主要在于废水中金属螯合物的去除。由于电镀过程有时需要添加螯合剂或配位剂[7],而这些物质在废水中易与重金属离子形成稳定的重金属螯合物或配合物(铜氨配合物、镍配合物等),因此,通过简单调节pH 形成重金属氢氧化物沉淀的方法,达不到破坏配合物的效果,无法沉淀已配位的重金属,直接造成铜、镍出水无法达标。因此,应根据实际处理情况选择性地对废水进行预处理,破坏废水中重金属配合物的稳定性。为此,硫化物沉淀法[8]、Fenton 氧化法[9-10]、过氧化氢破络法[11]、铁碳微电解[12-13]等都可以应用到此类重金属废水的单独处理中。为确保避免悬浮物中带有重金属而造成超标,在工艺中也常使用精密过滤[14]方式。
    台湾除对含铬废水通常采用化学还原法将六价铬还原为毒性较小的三价铬后去除或直接使用离子交换法外,对其他重金属废水则采取混合后用碱或酸调整废水pH,产生金属氢氧化物后沉降分离的方法[15],过程较为简单。
    2. 2. 2 其他污染物指标
    水中化学需氧量值代表了水体中还原性物质(如有机物)的含量,这些还原性物质可降低水体中溶解氧的含量,导致水生生物缺氧以至死亡,水质腐败变臭,同时电镀过程中产生的有机物(表面活性剂、油脂等)也会对水中生物造成影响,或被水底淤泥吸附从而对环境造成恶劣影响,所以化学需氧量的排放需要严格控制。台湾《放流水标准》中化学需氧量排放标准是100 mg/L,而大陆GB 21900–2008 的表2 和表3 中COD 的要求分别为80 mg/L 和50 mg/L,比台湾标准严格得多。这跟大陆环境持续性恶化有很大的关系。2012 年,全国化学需氧量排放总量2 423.7 万t,虽较2011 年下降了3.05% [16],但环境形势依然严峻,污染治理任务依然艰巨。从废水处理的角度来看,电镀废水的可生化性一般较差,而镀前工件处理废水含有石油类、表面活性剂等物质[7],COD、总磷较高,即使采用了单独混凝处理后,仍含有较高COD,直接常规的生化处理难以达到GB 21900–2008 标准中的表3 标准,为此需采用提高废水可生化性的各种工艺方法。常采用的有铁碳微电解法、厌氧法[14]、Fenton 氧化法,以达到破坏大分子的复杂或稳定结构,再采用MBR(膜生物反应器)、BAF(曝气生物滤池)这一类的深度生化处理工艺方式[10, 17],以满足表3 标准。在这点上,台湾地区则无此复杂工艺过程,一般只是在各类废水物化预处理后进行混合,采用传统活性污泥法进行处理。
    由于电镀过程中经常会使用到氰化物,同时氰化物具有很强的毒性,因此,氰化物在电镀废水排放控制上受到极高的重视。GB 21900–2008 标准也对此项指标进行了更严格的限制。相较表3 而言,台湾地区对此项指标限制较松,这主要是考虑到CN−毒性虽大但较易氧化分解失毒,排放标准的限定值已基本可以消除氰化物对环境的危害。
    氨氮同 COD 一样,也是水体中的主要耗氧污染物,同时氨氮和磷均可为藻类生长提供营养源,从而导致水体富营养化。很长一段时间,台湾对氨氮的控制一直较松。但近年来,台湾当局对氨氮的控制越来越重视,在2012 年新发布的《光电材料及组件制造业放流水标准》、《科学工业园区污水下水道系统放流水标准》及2011 年新发布的《晶圆制造及半导体制造业放流水标准》这些与电镀相关的标准中,都将氨氮纳入管制,规定氨氮的排放标准为10 mg/L。总磷在《放流水标准》中的限值为0.5 mg/L。而GB 21900–2008中氨氮和总磷这两项指标分别为8 mg/L 和0.5 mg/L,两岸严格程度相似,也说明水体富营养化这个问题在海峡两岸均受到了重视。
    2. 2. 3 单位产品基准排水量
    值得注意的是,GB 21900–2008 标准还对单位产品基准排水量作了规定,其表3 中要求:单层镀为100 L/m2,多层镀250 L/m2。通过控制排水量,可以将污染物排放总量控制在限制值以内。同时,参照《清洁生产标准电镀行业》(HJ/T 314–2006)中对回用水指标的规定,电镀企业的回用水比例需达到50%以上。这使得电镀企业在生产过程中需要采用清洁生产和循环经济的方式控制用水量,并有效采取回用设施,从而减少排水量。
    台湾地区在各项标准中并没有具体规定电镀企业的单位产品基准排水量,而是根据企业所在工业园区会有相应的回用水比例要求,同时针对不同流域采取流域总量控制的原则去控制废水排放量[5]。
    2. 3 排放标准发展趋势分析
    GB 21900–2008 表3 标准出台后,使既属于环境敏感区,又是电镀企业集中区域的珠三角地区不再适合该产业发展,已经设厂在珠三角地区的电镀企业在表3 的严格要求下,必须改造企业原先的废水处理设施,或者迁厂至非环境敏感地区。但由于上述两种解决方法都需要较长时间和大量资本,因此在短时间内,表3 标准的完全实施还是存在一定难度。广东省环境保护厅也正是考虑到这些问题,于2014 年4 月9 日出台《广东省环境保护厅关于珠三角地区执行电镀水污染物排放标准的意见》,将总镍、总铜、氨氮、总氮、总磷、化学需氧量等6 项水污染物指标暂时按照表2标准执行。
    台湾地区对于电镀行业并没有设定专门的排放标准,实行的《放流水标准》也较为宽松。这与台湾地区现行的环保政策制定理念相关。改变以往环保政策单一手段实施的方式,将法律手段、行政手段、经济手段并行实施,且加大经济手段的比例,是台湾目前推行的环境政策理念。从发达国家的发展经历可知,严格的行政手段并不是减少环境污染的唯一出路,经济手段在环保问题的解决上占有的地位也越来越重要。在经济手段的调控下,通过市场经济效应能对电镀企业的自身发展及污染物减排起到有效的控制。台湾通过排污费、碳税、区域总量控制(按流域划分)[5]等政策手段与《放流水标准》一同限制了电镀行业及其他行业的污染物排放。
    通过对比可知,台湾《放流水标准》虽然宽松,但通过其全方位的政策手段仍然可以起到调控电镀企业发展趋势及减少污染物排放总量的作用。这也给大陆地区的政策制定提供了一个可供调整的方向,将政策制定的侧重点从传统的行政手段向法律手段及经济手段转移,也许能够更加有效地达到减少环境污染的目的。
    3· 结语
    (1) 我国大陆地区电镀废水的排放标准总体较台湾地区严格,更加重视对重金属元素和COD、氨氮的控制,台湾地区对氨氮的控制也开始逐步严格。
    (2) 我国大陆地区划分了一类污染物,提出了电镀废水中相应的污染物严格分流、单独处理的要求,为达到GB 21900–2008 的表3 排放要求,在处理过程中,采用了较多强氧化、高级氧化及深度生化处理技术,促进了废水处理工艺技术的提高。
    (3) 电镀废水污染物排放政策的制定需向法律手段、行政手段、经济手段“三管齐下”的方向作转变,同时要加大经济手段所占的比例。
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