不锈钢制品表面处理废水处理技术现状分析

不锈钢制品表面处理废水处理技术现状分析

徐夫来

  中集安瑞环科技股份有限公司

摘要：在不锈钢产品制造业快速发展中，不锈钢表面处理工艺会产生工业废水，处理不到位会对环境造成较大污染，甚至危害到人体健康。随着生态环境的重要性日益凸显，需要利用各种先进的废水处理技术应对不锈钢表面处理工艺中产生的废水，以便降低废水的污染性与危害性，达到合规排放标准，促进人与自然环境的和谐发展，实现企业的可持续发展。

关键词：不锈钢制品；表面处理废水；处理技术

2015年国务院正式向社会公开《水污染防治行动计划》，强调系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理，形成“政府统领、企业施治、市场驱动、公众参与”的水污染防治新机制，实现环境效益、经济效益与社会效益多赢。同时各地陆续出台水污染防治条例，更加具体的提出改善水环境质量和水污染防治的实施路径和行动方案[1]。2021年实施的《排污许可管理条例》，对排污单位的水污染防治和排放提出了具体的要求，并将相关的内容写入了排污许可证中。2021年国务院关于印发《“十四五”节能减排综合工作方案的通知》中，强调钢铁、有色金属、建材等重点行业，需要推进节能改造与污染物深度治理。对此，不锈钢产品制造业相关产污单位需要积极响应国家政策，在不锈钢制品表面处理中，针对产生的工业废水应及时采取与之适应的处理技术进行深度治理，降低废水的污染性与危害性，确保废水排放满足生态环保要求，实现合规经营、绿色可持续发展。

1. 不锈钢表面处理废水的种类与危害

1.1不锈钢表面处理废水的种类

不锈钢材料因具有良好的韧性、防锈蚀、防腐蚀性能，随着国民经济的快速发展在食品、化工、餐具、家电、物流运输等行业得到广泛应用，在“十四五”期间应用场景会得到一进步丰富。在不锈钢产品制造过程中表面处理会产生大量废水，这些表面处理废水种类繁多，具体如下：

一是酸洗废水。不锈钢产品在制作过程经过切割、焊接等工序后，在表面容易产生黑色氧化皮和油污，这种黑色氧化皮主要由铬酸镍(II)水合物、铁酸镍等成分组成。这些黑色氧化皮会对不锈钢制品的质量造成影响。对此需要对黑色氧化皮进行酸洗处理。在进行酸洗的过程中容易产生大量废水，其废水的主要来源在于酸洗工艺复杂，要对不锈钢表面的黑色氧化皮进行酸洗处理，需要借助氢氟酸、硝酸等化学物质，进而导致酸洗废水的产生，废水中污染因子为铬、镍等重金属，以及氟离子[2]。

二是电解工序废水。在不锈钢制品表面加工工艺中，电解抛光工艺是重要的不锈钢表面加工环节，主要是对不锈钢制品表面进行镜面光亮处理，相较于机械抛光处理，电解抛光的效率更高，不锈钢制品表面光洁度与镜面光亮度效果更好。然而在电解抛光过程中容易产生大量废水，由于电解抛光流程复杂，需要电解去油与水洗，在这一过程中容易出现大量的电解抛光废水，同时废水中的污染物种类多且浓度较高，常见的污染物有各种细小颗粒悬浮物、磷酸根、硝酸根、镍等[3]。

1.2不锈钢表面处理废水的危害

不锈钢表面处理工艺中产生的废水含有多种污染因子，如果随意排放到外环境中，会对环境造成较大破坏，对人体造成较大危害。一方面，在这些废水中包含无机与有机污染物，严重影响到生态环境，一旦排放到大自然环境中，自然生态难以对废水中的有害物质进行分解，在长期积累与迁移过程中，对人体也会造成较大危害，尤其是重金属进入人体会出现重金属中毒。同时，在不锈钢表面处理废水中含有酸、铬等物质，这些物质具有较强的腐蚀性，如果废水流入下水管道或渗透到钢筋混凝土中，会对这些物质进行腐蚀，造成较大损失与危害。这些废水如果渗透到土壤中，长此以往导致土质钙化，不利于植物的健康生长。一旦废水中的铬化合物进入人体，容易过量积累在肺泡中，进而引起肺癌、肝肾等重要脏器功能异常。另一方面，不锈钢表面处理废水中含有氮、磷等物质，会导致水中多种藻类物质生长与繁殖，极大提高水中化学耗氧量，导致溶解氧含量显著降低[5]。

2. 不锈钢表面处理废水的处理技术
   1. 重金属的去除

不锈钢制品表面处理产生的酸洗废水中主要污染因子是铬（Cr3+、Cr6+）、镍（Ni2+）等重金属以及氟离子（F—）和铁离子（Fe2+），目前主要的治理方法有：化学还原沉淀法、酸碱中和+絮凝沉淀、电化学还原法。

废水中的六价铬（Cr6+）因具有较大的危害性和毒性，需要先还原成三价铬（Cr3+），还原的方法主要有化学还原法和电化学还原法。化学还原是使用还原剂将酸洗废水中的六价铬（Cr6+）还原成三价铬（Cr3+），以降低毒性，常见的还原剂如使用硫酸亚铁、铁屑、水合阱、 亚硫酸氢钠和二氧化硫等还原剂。在实际工程应用中需要结合废水中六价铬（Cr6+）的浓度、经济性、安全性等因素综合考虑选择适合的还原剂。电化学还原法主要是利用电源的正负极特性与溶液相互反应，从而还原废水中的金属离子，电化学还原法具有操作方便、占地小的优点，缺点是运行成本高，出水水质不稳定，对不锈钢制品表面酸洗废水的后续处理影响大，应用在日处理水量较大的场景中受限，对低浓度的酸洗废水不适合。

当废水中六价铬（Cr6+）的浓度经检验检测远低于排放标准时，经论证后在废水处理过程中可以不用还原处理。

铬（Cr3+）、镍（Ni2+）等重金属的去处主要是通过“酸碱中和+絮凝沉淀”的方法，通过添加碱液将废水中的铬、镍形成氢氧化铬、氢氧化镍，添加絮凝剂后形成絮体沉淀在沉淀池底部，然后通过压滤的方式形成污泥。氟离子（F—）的去处主要是通过与钙离子（Ca2+）形成氟化钙，添加絮凝剂后形成絮体沉淀在沉淀池底部，然后通过压滤的方式形成污泥。常用碱液有氢氧化钙、氢氧化钠等，形成氢氧化钙溶液的方式主要是通过选用生石灰和熟石灰两种方法进行配置，生石灰因杂质多，形成的污泥比较多，实际应用中多数是选用熟石灰进行配置氢氧化钙溶液。形成氢氧化钠溶液的方式主要是通过固态的片碱配置以及购买作为工业副产品的液体氢氧化钠溶液两种方式。实际应用中通过固态片碱配置氢氧化钠溶液因配置的溶液浓度受配置人员操作技能和素质的影响难以控制，对反应过程和沉淀效果造成波动。在实际应用中可以根据所在地区市场情况购买氢氧化钠溶液。

碱液的添加过程可分为“一步法”和“两步法”。一步法是将氢氧化钙溶液在一个反应池内一次性投加到位，使铬、镍、氟离子分别形成氢氧化铬、氢氧化镍、氟化钙沉淀物，同时将废水中的铁离子形成氢氧化铁沉淀。此方法的特点是产泥量大，原料消耗多。两步法是在污泥减量的背景下催生的一种改进的处理技术，是将碱液的添加设定值根据污染因子沉淀的环境进行精细化设定，将碱液由单一的氢氧化钙溶液优化为氢氧化钙溶液和氢氧化钠溶液，根据不同因子沉淀的环境在不同阶段分别投加氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液，在第一阶段添加氢氧化钙溶液，在第二阶段添加氢氧化钠溶液，实现精准治污，靶向投加，可起到减少石灰用量，减少产泥量的作用。在实际应用中两步法相较一步法，污泥减量效果明显，具有较好的环境效益、经济效益。

2.2氮的治理

不锈钢制品表面处理产生的酸洗废水中含有硝酸根离子，水中氮的含量高会导致水体富营养化（TN＞0.3mg/L），藻类过量繁殖，消耗水中溶解氧及分泌藻毒素，威胁水生动植物生存，进而破坏整个水生系统的生态平衡，导致水环境失去的原有功能。硝酸盐本身对人无害，但在体内会被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与血红蛋白反应生成高铁血红蛋白，影响氧的传输能力，特别对于婴儿，易导致高铁血红蛋白症（蓝婴病）；亚硝酸盐过高，会与蛋白生生成亚硝胺，是强致癌物质[4]；

不锈钢制品表面处理酸洗废水呈现化学需氧量低、氨氮低、生化需氧量低等特点，目前主要的处理方法有化学脱氮、反渗透、生物脱氮、离子交换法、蒸发等。（一）化学脱氮是在碱性pH条件下，通过化学方法可以将水中的硝酸盐还原成氨，特点是技术控制难度大，污染物并没有最终去除，只是转变成了另一种污染物，运行成本较高。（二）反渗透是利用反渗透膜两侧的压力差进行分离，特点是有浓液产生，最终污染物并没有去除真正去除，运行成本较高，浓液难以处理。（三）离子交换法是溶液中的硝酸根离子通过与离子交换树脂上的氯离子或HCO3—发生交换而去除，特点是会产生废液，污染物没有最终去除，周期长，应用场景受限，成本高。（四）生物脱氮是指在缺氧条件下，微生物利用硝酸根离子作为电子受体，进行无氧呼吸氧化有机物，将硝酸盐还原为氮气的过程。特点是生物脱氮处理效果好，最终污染物转变为无毒无害的氮气排出。相比与反渗透以及离子交换法，成本更低，更易于控制，操作简便，可应用场景广，抗冲击能力强。（五）蒸发是指利用MVR加热蒸发将盐形成结晶，特点是电耗高、运行成本高，不适合低浓度的废水。

2.3中水回用

淡水资源是有限资源，节约用水，开展清洁生产，提高水利用率是符合绿色清洁生产的发展方向，随着科学技术的不断进步，水处理成本也在不断的降低，这为中水回用提供了条件。不锈钢制品表面处理产生的废水经过“酸碱中和+絮凝沉淀”以及去氮处理后，经过超滤和反渗透膜技术深度处理后可实现中水回用。因氯离子腐蚀性较强，在实际工程应用中需要特别注意，废水处理过程中不能添加含有氯离子的原料。

2.4污泥减量思考

在酸洗废水处理过程中产生的污泥需要通过板框压滤机进行压滤，压滤产生的污泥因含有重金属按照现行法律法规属于危废。根据清洁生产和固废法的要求，需要开展减量化、资源化、无害化处理。传统板框压滤机压滤产生的污泥含水率较高，一般在80%左右，不利用危废的管控。随着科学技术的不断进步，市场上的板框压滤机已经升级迭代，新一代的高压隔膜压滤机在压滤不锈钢表面处理废水污泥时通过利用特殊的滤板和滤布以及二次压榨可以将污泥含水率降低至50%以下，污泥减量在30—40%，具有较好的生态环境效益和经济效益。通过压滤机的升级迭代实现污泥减量与污泥干化的减量方法相比具有安全、经济、低碳、无二次污染、操作简单等优点。与传统的板框压滤机相比具有故障率低，效率高、操作智能等优点。

结语

总之，随着不锈钢制品在各个领域中的广泛应用，生态环境法律法规和政策不断更新，推动了不锈钢制品表面处理废水处理技术的快速发展，产污单位需要结合自身的实际情况综合分析合理选用与自身不锈钢表面处理废水特性相符合的技术，确保不锈钢表面处理废水满足排放标准，实现合规排放、达标排放，进而实现绿色低碳发展、可持续发展。

参考文献

[1]国务院关于印发水污染防治行动计划的通知：国发〔2015〕17号[EB/OL]. (2015-04-16). http://www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm.

[2]王璋磊,温志良,梁锐乾,等.金属表面处理企业废水深度治理中试研究[J].广东化工,2022(6):155-157.

[3]邓淑芳.金属氧化表面处理工业废水处理工艺探讨[J].低碳世界,2021,11(7):2.

[4]乔淑芳,刘辉,陈娅娜.重金属废水处理技术研究进展[J].化工中间体,2021(9):122-124.

[5]林晓灵.金属表面处理废水深度处理工艺研究及应用[J].皮革制作与环保科技, 2022(15):3.