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    電鍍廢水處理十大方法及優缺點分析

    電鍍廢水的處理與回用對節約水資源以及保護環境起著至關重要的作用。本文綜述了各種電鍍廢水處理技術的優缺點,以及一些新材料在電鍍廢水處理上的應用。

    01 化學沉淀法

    化學沉淀法是通過向廢水中投入藥劑,使溶解態的重金屬轉化成不溶于水的化合物沉淀,再將其從水中分離出來,從而達到去除重金屬的目的。

    化學沉淀法因為操作簡單,技術成熟,成本低可以同時去除廢水中的多種重金屬等優點,在電鍍廢水處理中得到廣泛應用。

    1.堿性沉淀法

    堿性沉淀法是向廢水中投加NaOH、石灰、碳酸鈉等堿性物質,使重金屬形成溶解度較小的氫氧化物或碳酸鹽沉淀而被去除。該法具有成本低、操作簡單等優點,目前被廣泛使用。

    但是堿性沉淀法的污泥產量大,會產生二次污染,而且出水pH偏高,需要回調pH。NaOH由于產生污泥量相對較少且易回收利用,在工程上得到廣泛應用。

    2.硫化物沉淀法

    硫化物沉淀法是通過投加硫化物(如Na2S、NariS等)使廢水中的重金屬形成溶度積比氫氧化物更小的沉淀,出水pH在7~9,無需回調pH即可排放。

    但是硫化物沉淀顆粒細小,需要添加絮凝劑輔助沉淀,使處理費用增大。硫化物在酸性溶液中還會產生有毒的HS氣體,實際操作起來存在局限性。

    3.鐵氧體法

    鐵氧體法是根據生產鐵氧體的原理發展起來的,令廢水中的各種重金屬離子形成鐵氧體晶體一起沉淀析出,從而凈化廢水。該法主要是通過向廢水中投加硫酸亞鐵,經過還原、沉淀絮凝,最終生成鐵氧體,因其設備簡單、成本低、沉降快、處理效果好等特點而被廣泛應用。

    pH和硫酸亞鐵投加量對鐵氧體法去除重金屬離子的影響,確定鎳、鋅、銅離子的最佳絮凝pH分別為8.00~9.80、8.00~10.50和10.00,投加的亞鐵離子與它們摩爾比均為2~8,而六價鉻的最佳還原pH為4.00~5.50,最佳絮凝pH則為8.00~10.50,最佳投料比為20。出水的鎳含量小于0.5mg/L,總鉻含量小于1.0mg/L,鋅含量小于1.0mg/L,銅含量小于0.5mg/L,達到《電鍍污染物排放標準》(GB21900—2008)中“表2”的要求。

    化學沉淀法的局限性

    隨著污水排放標準的提高,傳統單一的化學沉淀法很難經濟有效地處理電鍍廢水,常常與其他工藝組合使用。

    采用鐵氧體-CARBONITE(一種具有物理吸附與離子交換功能的材料)聯合工藝處理Ni含量約為4000mg/L的高濃度含鎳電鍍廢水:先以鐵氧體法控制pH為11.0,在Fe/Fe。摩爾比O.55,FeSO4·7H2O/Ni質量比21,反應溫度35℃的條件下攪拌反應15min,出水Ni平均濃度從4212.5mg/L降至6.8mg/L,去除率達99.84%;然后采用CARBONITE處理,在CARBONITE投加量1.5g/L,pH=6.5,溫度35℃的條件下反應6h,Ni去除率可達96.48%,出水Ni濃度為0.24mg/L,達到GB21900-2008中的“表2”標準。

    采用高級Fenton一化學沉淀法處理含螯合重金屬的廢水,使用零價鐵和過氧化氫降解螯合物,然后加堿沉淀重金屬離子,不僅可以去除鎳離子(去除率最高達98.4%),而且可以降低COD化學需氧量。

    02 氧化還原法

    1.化學氧化法

    化學氧化法在處理含氰電鍍廢水上的效果尤為明顯。該方法把廢水中的氰根離子(CN一)氧化成氰酸鹽(CNO-),再將氰酸鹽(CNO-)氧化成二氧化碳和氮氣,可以徹底解決氰化物污染問題。

    常用的氧化劑包括氯系氧化劑、氧氣、臭氧、過氧化氫等,其中堿性氯化法應用最廣。采用Fenton法處理初始總氰濃度為2.0mg/L的低濃度含氰電鍍廢水,在反應初始pH為3.5,H202/FeSO4摩爾比為3.5:1,H202投加量5.0g/L,反應時間60min的最佳條件下,氰化物的去除率可達93%,總氰濃度可降至0_3mg/L。

    2.化學還原法

    化學還原法在電鍍廢水處理中主要針對含六價鉻廢水。該方法是在廢水中加入還原劑(如FeSO、NaHSO3、Na2SO3、SO2、鐵粉等)把六價鉻還原為三價鉻,再加入石灰或氫氧化鈉進行沉淀分離。上述鐵氧體法也可歸為化學還原法。

    該方法的主要優點是技術成熟,操作簡單,處理量大,投資少在工程應用中有良好的效果,但是污泥量大,會產生二次污染。采用硫酸亞鐵作為還原劑,處理80t/d的含總鉻7O~80mg/L的電鍍廢水,出水總鉻小于1.5mg/L,處理費用為3.1元/t,具有很高的經濟效益。

    以焦亞硫酸鈉為還原劑處理含80mg/L六價鉻、pH為6~7的電鍍廢水,出水六價鉻濃度小于0.2mg/L。

    03 電化學法

    電化學法是指在電流的作用下,廢水中的重金屬離子和有機污染物經過氧化還原、分解、沉淀、氣浮等一系列反應而得到去除。

    該方法的主要優點是去除速率快,可以完全打斷配合態金屬鏈接,易于回收利用重金屬,占地面積小,污泥量少,但是其極板消耗快,耗電量大,對低濃度電鍍廢水的去除效果不佳,只適合中小規模的電鍍廢水處理。

    電化學法主要有電凝聚法、磁電解法、內電解法等

    電凝聚法是通過鐵板或者鋁板作為陽極,電解時產生Fe2+、Fe或Al,隨著電解的進行,溶液堿性增大,形成Fe(OH)2、Fe(OH)3或AI(OH)3,通過絮凝沉淀去除污染物。

    由于傳統的電凝聚法經過長時間的操作,會使電極板發生鈍化,近年來高壓脈沖電凝聚法逐漸替代傳統的電混凝法,它不僅克服了極板鈍化的問題,而且電流效率提高20%~30%,電解時間縮短30%~40%,節省電能30%~40%,污泥產生量少,對重金屬的去除率可達96%~99%。

    采用高壓脈沖電絮凝技術處理某電鍍廠的電鍍廢水,Cu2十、Ni2、CN一和COD的去除率分別達到99.80%、99.70%、99.68%和67.45%。

    電混凝法通常也與其他方法結合使用,利用電凝聚法和臭氧氧化法聯合處理電鍍廢水,以鐵和鋁做極板,出水六價鉻、鐵、鎳、銅、鋅、鉛、TOC(總有機碳)、COD的去除率分別為99.94%、100.00%、95.86%、98.66%、99.97%、96.81%、93.24%和93.43%。

    近年來內電解法受到廣泛關注。內電解法利用了原電池原理,一般向廢水中投加鐵粉和炭粒,以廢水作為電解質媒介,通過氧化還原、置換、絮凝、吸附、共沉淀等多種反應的綜合作用,可以一次性去除多種重金屬離子。

    該方法不需要電能,處理成本低,污泥量少。通過靜態試驗研究了鐵碳微電解法對模擬電鍍廢水的COD及銅離子的去除效果,去除率分別達到了59.01%和95.49%。然而,采用微電解反應柱研究連續流的運行結果顯示,14d后微電解出水的COD去除率僅為10%~15%,銅的去除率降低至45%~50%之間,可見需要定期更換填料或對填料進行再生。

    04 膜分離技術

    膜分離技術主要包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、電滲析(ED)、液膜(Lv)等,利用膜的選擇透過性來對污染物進行分離去除。

    該方法去除效果好,可實現重金屬回收利用和出水回用,占地面積小,無二次污染,是一種很有發展前景的技術,但是膜的造價高,易受污染。

    對膜技術在電鍍廢水處理中的應用和效果進行了分析,結果表明:結合常規廢水處理工藝與膜生物反應器(MBR)組合工藝,電鍍廢水被處理后的水質達到排放標準;電鍍綜合廢水經UF凈化、RO和NF兩段脫鹽膜的集成工藝處理后,水質達到回用水標準,RO和NF產水的電導率分別低于100gS/cm和1000gS/cm,COD分別約為5mg/L和10mg/L;鍍鎳漂洗廢水通過RO膜后,鎳的濃縮高達25倍以上,實現了鎳的回收,RO產水水質達到回用標準。

    投資與運行費用分析表明:工程運行1年多即可收回RO濃縮鎳的設備費用。

    液膜法并不是采用傳統的固相膜,而是懸浮于液體中很薄的一層乳液顆粒,是一種類似溶劑萃取的新型分離技術,包括制膜、分離、凈化及破乳過程。

    美籍華人黎念之(NormanN.Li)博士發明了乳狀液膜分離技術,該技術同時具有萃取和滲透的優點,把萃取和反萃取兩個步驟結合在一起。乳化液膜法還具有傳質效率高、選擇性好、二次污染小、節約能源和基建投資少的特點,對電鍍廢水中重金屬的處理及回收利用有著良好的效果。

    05 離子交換法

    離子交換法是利用離子交換劑對廢水中的有害物質進行交換分離,常用的離子交換劑有腐殖酸物質、沸石、離子交換樹脂、離子交換纖維等。離子交換的運行操作包括交換、反洗、再生、清洗四個步驟。

    此方法具有操作簡單、可回收利用重金屬、二次污染小等特點,但離子交換劑成本高,再生劑耗量大。

    研究強酸性離子交換樹脂對含鎳廢水的處理工藝條件及鎳回收方法。結果表明:pH為6~7有利于強酸性陽離子交換樹脂對鎳離子的去除。離子交換除鎳的適宜溫度為30℃,適宜流速為15BV/h(即每小時l5倍樹脂床體積)。適宜的脫附劑為10%鹽酸,脫附液流速為2BV/h。前4.6BV脫附液可回用于配制電鍍槽液,平均鎳離子質量濃度達18.8g/L。

    Mei.1ingKong等研究了CHS—l樹脂對cr(VI)的吸附能力,發現Cr(VI)在低濃度時,樹脂的交換吸附率是由液膜擴散和化學反應控制的。CHS一1樹脂對Cr(VI)的最佳吸附pH為2~3,在298K下其飽和吸附能力為347.22mg/g。CHS一1樹脂可以用5%的氫氧化鈉溶液和5%氯化鈉溶液來洗脫,再生后吸附能力沒有明顯的下降。

    使用鈦酸酯偶聯劑將1一Fe203與丙烯酸甲酯共聚,在堿性條件下進行水解,制備出磁性弱酸陽離子交換樹脂NDMC一1。

    通過對重金屬Cu的吸附研究發現,NDMC—l樹脂粒徑較小、外表面積大,因而具有較快的動力學性能。

    06 蒸發濃縮法

    蒸發濃縮法是通過加熱對電鍍廢水進行蒸發,使液體濃縮達到回用的效果。一般適用于處理含鉻、銅、銀、鎳等重金屬濃度高的廢水,用其處理濃度低的重金屬廢水時耗能大,不經濟。

    在處理電鍍廢水中,蒸發濃縮法常常與其他方法一起使用,可實現閉路循環,效果不錯,比如常壓蒸發器與逆流漂洗系統聯合使用。蒸發濃縮法操作簡單,技術成熟,可實現循環利用,但是濃縮后的干固體處置費用大,制約了它的應用,目前一般只作為輔助處理手段。

     

     

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