3種典型絮凝劑處理電鍍廢水的效果

付念，毛祖國(guó)*，丁運(yùn)虎，肖偉平

（武漢材料保護(hù)研究所，湖北 武漢 430030）

隨經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸提高， 電鍍廢水的治理工作越來(lái)越得到重視，國(guó)家制定的電鍍廢水排放標(biāo)準(zhǔn)也日益嚴(yán)格，尋找一種合理、高效、經(jīng)濟(jì)的電鍍廢水處理工藝顯得尤為重要。電鍍廢水的處理技術(shù)種類(lèi)繁多，目前較成熟、使用較廣泛的是化學(xué)法。化學(xué)法[1]是利用化學(xué)作用來(lái)處理廢水中的溶解物質(zhì)和膠體物質(zhì)，以去除廢水中的金屬離子、細(xì)小的膠體有機(jī)物、植物營(yíng)養(yǎng)素(氮、磷)、乳化油、色度、臭味、酸以及堿等的廢水處理方法。絮凝劑是化學(xué)法處理電鍍廢水的主要藥劑，對(duì)幾種典型絮凝劑及影響因素做系統(tǒng)、全面分析的研究鮮有報(bào)道。本文選取聚丙烯酰胺(PAM)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鋁(PAC)3種絮凝劑，全面探討了它們?cè)陔婂儚U水中的作用機(jī)理和處理效果，并提出建議。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑及儀器

聚丙烯酰胺，聚合硫酸鐵，聚合氯化鋁，4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH 溶液，10%(體積分?jǐn)?shù))稀硫酸。模擬廢水由SH15W-40 機(jī)油配制，COD 232.1 mg/L、pH 11～12，有含重金屬和不含重金屬2 種，含重金屬的模擬廢水各含銅、鋅、鎳、鉻20 mg/L(在溶液酸化后加入)。4 種實(shí)際電鍍廢水水質(zhì)情況見(jiàn)表1。

表1 實(shí)際電鍍廢水水質(zhì)情況Table 1 Water quality of actual electroplating wastewater

TAS-990原子吸收光譜(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，pHS-25C pH 計(jì)(上海理達(dá)儀器廠)。

1.2 測(cè)試及評(píng)價(jià)方法

根據(jù)GB/T 11914-1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》，采用重鉻酸鉀法測(cè)COD，采用原子吸收法測(cè)定重金屬含量，按GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和HJ 2002-2010《電鍍廢水治理工程技術(shù)規(guī)范》的要求評(píng)定。

1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

本實(shí)驗(yàn)主要分為3 個(gè)階段：第一階段是確定采用3 種絮凝劑處理廢水時(shí)的最佳pH 和加藥量，并修訂工藝流程；第二階段是在最佳工藝下，比較3 種絮凝劑單獨(dú)和組合處理模擬廢水的效果，確定最佳絮凝劑的組合方案；第三階段針對(duì)4 種實(shí)際電鍍廢水，改進(jìn)和完善最佳廢水處理方案，以有效去除電鍍廢水中的COD 和重金屬。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳pH 和絮凝劑加藥量的確定

本階段采用不含重金屬的模擬廢水為對(duì)象，以COD 去除效果為指標(biāo)，得到最佳pH 和不同絮凝劑的加藥量。具體為：取100 mL 不含重金屬的模擬廢水于燒杯中，用硫酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 至一定值，分別加入一定量的PAM、PAC 或PFS，電磁力攪拌反應(yīng)20 min，靜置1.5 h，取上清液測(cè)COD。絮凝劑加入初期應(yīng)快速攪拌，使絮凝劑快速分散，且與溶液混合均勻，之后應(yīng)中速攪拌，避免切斷分子鏈，再慢速攪拌(或靜置)使廢水絮凝沉淀完全。

2.1.1 pH 的確定

pH不同時(shí)，PAC 和PFS 會(huì)發(fā)生不同的水解反應(yīng)[2-3]，使水解形態(tài)不同，對(duì)溶液的絮凝效率也有所不同，二者分別在pH = 5～9 和pH = 6～9 時(shí)具有最佳的絮凝效果。在不同pH 下，PAM 的羥基、酰胺基等活性基團(tuán)的活性不同，從而影響絮凝效果[4]，其最佳pH 為7～9。

當(dāng)分別采用10 mg/L PAM、200 mg/L PAC、200 mg/L PFS 處理廢水時(shí)，pH 對(duì)COD 去除效果的影響見(jiàn)圖1。

圖1 pH 對(duì)不含重金屬離子模擬廢水COD 去除效果的影響Figure 1 Influence of pH on removal of COD in simulated wastewater free of heavy metal ions

從圖1可看出，PFS 和PAC 的曲線比較平緩，對(duì)原廢水pH 的要求不高，可在較寬pH 范圍內(nèi)較好地去除COD。而PAM 對(duì)pH 的要求相對(duì)較嚴(yán)格，pH 變化會(huì)引起COD 去除效率的變化趨勢(shì)有較大波動(dòng)。分別采用PAC、PFS 和PAM 作絮凝劑處理廢水時(shí)，各自的最佳pH 分別為7、8 和7。

2.1.2 不同絮凝劑加藥量的確定

分別采用不同絮凝劑，在各自的最佳pH 下處理不含重金屬的模擬廢水，不同絮凝劑加藥量對(duì)廢水COD去除效果的影響見(jiàn)圖2。從圖2可知，絮凝劑加藥量對(duì)廢水COD 去除效果的影響較大，加藥量不足時(shí)，水中的雜質(zhì)不能充分脫穩(wěn)去除，COD 去除效率降低；加藥量過(guò)大時(shí)，水中雜質(zhì)會(huì)再次穩(wěn)定，使COD 去除效率降低。PAM、PAC、PFS 的最佳加藥量分別為10 mg/L、200 mg/L 和200 mg/L。

圖2 絮凝劑對(duì)不含重金屬離子模擬廢水COD去除效果的影響Figure 2 Influence of dosage of flocculant on removal of COD in simulated wastewater free of heavy metal ions

2.2 工藝流程的確定

從上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，PAC 對(duì)COD 的去除效果稍好于其他2 種。因此，以PAC 作絮凝劑，分別采用常規(guī)一步法和自行設(shè)計(jì)的兩步法工藝流程處理含重金屬的模擬廢水，確定合適的工藝流程。由于局部pH 過(guò)高會(huì)導(dǎo)致部分重金屬離子的再溶解，因此調(diào)pH 需要遵從慢加快攪的原則。

(1) 一步法：調(diào)節(jié)廢水pH─加絮凝劑─靜置─空氣攪拌─測(cè)定。具體操作為：取100 mL 模擬廢水，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH 為9～10，加200 mg/L PAC，磁力攪拌20 min，靜置1.5 h 后，取上清液并空氣攪拌5 h，測(cè)定COD 和重金屬含量。

(2) 兩步法：調(diào)節(jié)廢水pH─加絮凝劑─調(diào)節(jié)上清夜pH─加絮凝劑─靜置─空氣攪拌─測(cè)定。具體操作為：取100 mL 模擬廢水，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)pH 為7，加200 mg/L PAC，磁力攪拌20 min，靜置1.5 h；取上清液，用硫酸和氫氧化鈉調(diào)pH 為9～10，再加20 mg/L PAC，磁力攪拌20 min，靜置1.5 h，取上清液并空氣攪拌5 h 左右，測(cè)定COD 和重金屬含量。

兩步法處理工藝的第一步旨在去除COD，第二步旨在去除重金屬。表2為采用2 種流程處理含重金屬模擬廢水的結(jié)果。從表2可知，該工藝能有效去除廢水中的COD 和重金屬，實(shí)現(xiàn)處理后廢水的達(dá)標(biāo)排放。

表2 采用不同工藝處理含重金屬離子的模擬廢水的效果Table 2 Treatment effect of simulated wastewater containing heavy metal ions by using different technological processes

2.3 最佳絮凝劑組合方案的確定

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)比了3 種絮凝劑單獨(dú)和組合使用時(shí)對(duì)含重金屬模擬廢水的處理效果。有機(jī)絮凝劑和無(wú)機(jī)絮凝劑組合使用時(shí)的質(zhì)量比為(1∶5)～(1∶10)，結(jié)果見(jiàn)表3。表3數(shù)據(jù)顯示，雖然采用PAC+PAM 處理廢水時(shí)，重金屬的去除效果與單獨(dú)采用PAC 處理廢水時(shí)相差不大，但由于少量PAM 的存在可加快絮凝過(guò)程，使污泥成團(tuán)較致密、含水率較低，COD 的去除效果略有提高。因此，選定PAC+PAM 組合處理實(shí)際的電鍍廢水。

表3 采用不同絮凝劑處理含重金屬離子的模擬廢水的效果Table 3 Treatment effect of simulated wastewater containing heavy metal ions by using different flocculants

2.4 實(shí)際電鍍廢水處理

實(shí)際電鍍廢水的情況遠(yuǎn)比模擬廢水復(fù)雜，為防止廢水因缺氧而發(fā)臭，保證廢水污染物分布均勻，處理前對(duì)廢水空氣攪拌30 min；酸堿、含鎳和含鉻廢水均含有一定濃度的鉻離子，處理前需將六價(jià)鉻還原并檢測(cè)其含量；含鎳和含鉻廢水的COD 較低，可直接進(jìn)行第二步絮凝處理；本實(shí)驗(yàn)對(duì)含銅廢水和酸堿廢水分別進(jìn)行兩步法處理和一步法處理。采用兩步法處理實(shí)際電鍍廢水的工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 兩步法處理實(shí)際電鍍廢水工藝流程Figure 3 Process flow of two-step process for treatment of actual electroplating wastewater

表4是2 種方法對(duì)實(shí)際電鍍廢水的處理效果。

表4 采用不同工藝處理4 種實(shí)際電鍍廢水的效果Table 4 Treatment effect of 4 types of actual electroplating wastewater by using different technological processes

從表4可知，采用不同工藝處理酸堿廢水和含銅廢水時(shí)，兩步法能更有效降低廢水的COD，實(shí)現(xiàn)電鍍廠總排水口的達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)論

(1) 分別采用PAC、PFS 及PAM 作絮凝劑處理廢水時(shí)，最佳pH 分別為7、8 及7，最佳加藥量分別為200 mg/L、200 mg/L 及10 mg/L。采用PAC 和PAM 組合絮凝劑處理廢水的效果最好。但電鍍廢水成分復(fù)雜，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的絮凝劑組合以及處理工藝。

(2) 采用兩步絮凝法處理COD 較高的電鍍廢水，能有效地降低COD 和重金屬含量，實(shí)現(xiàn)總排水口混合廢水的達(dá)標(biāo)排放，并且避免了各種金屬捕集劑的使用，減少了外來(lái)COD 的引入，簡(jiǎn)化了污泥成分，降低了后期廢水深度處理和污泥處理的成本。

[1]段光復(fù).電鍍廢水處理及回用技術(shù)手冊(cè)[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]張衛(wèi)飛.聚合氯化鋁中Al(III)的形態(tài)分布影響因素及混凝性能研究[D].杭州: 浙江大學(xué),2003.

[3]洪金德,蔡曉.聚合硫酸鐵無(wú)機(jī)高分子混凝劑[J].福建化工,1997 (1): 17-20.

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