采用氧化還原沉淀+微電解法處理鋁材三酸拋光廢氣噴淋液

許玉恒

摘 要：研究了一種采用氧化還原+鐵碳微電解法+折點(diǎn)加氯法處理三酸拋光廢氣噴淋液中的方法。結(jié)果表明，在進(jìn)水流量為3 m3/h，COD約為30 000 mg/L，總氮約為6 920 mg/L時(shí)進(jìn)行連續(xù)試驗(yàn)，反應(yīng)8 h后，出水COD去除率達(dá)到96%以上，總氮去除率達(dá)99%以上。

關(guān)鍵詞：廢水處理；氧化還原；鐵碳微電解法；折點(diǎn)加氯法

中圖分類號(hào)：O69 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.22.121

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們的需求越來越多樣化。以前普通的鋁型材表面處理方式已經(jīng)滿足不了人們對(duì)鋁型材的高要求了。鋁型材三酸拋光表面處理工藝是一種比較高端的表面處理工藝。三酸拋光表面處理工藝中是采用不同比例和濃度的磷酸+硫酸+硝酸混合液為拋光液，槽液溫度在120 ℃左右。這個(gè)工藝參數(shù)下，鋁材拋光過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的酸性硫氧化物和氮氧物化酸霧。為了保持良好的工作環(huán)境和防止空氣污染，該生產(chǎn)工序一般采用噴淋處理上述酸霧，噴淋液是硫化鈉+燒堿的混合液體。當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，噴淋液失效，需更換新的噴淋液。廢棄噴淋液色度高、COD高、硝酸鹽氮濃度高。其中，硫離子及亞硝酸鹽是影響廢液COD的主要因素。如果這些廢液不經(jīng)有效處理而直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響，必須進(jìn)行相關(guān)處理達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)才能排放。當(dāng)前，這類特殊的廢液往往被忽略，沒有針對(duì)性的處理方式。在環(huán)保要求越來越高的今天，急需解決該問題。筆者以實(shí)際工程為案例，介紹一種具體處理方法，期望得到同行的指正。

1 原理介紹

該處理方法主要使用氧化還原法和微電解法，下面分別介紹兩種方法的原理

1.1 氧化還原

由于廢液中含有大量的硫離子，硫離子具有強(qiáng)還原性，采用具有強(qiáng)氧化性的H2O2作為氧化劑氧化硫離子，使其成為硫單質(zhì)經(jīng)沉淀去除。

1.2 鐵碳微電解法

將鐵碳填料浸入廢水中時(shí)，由于鐵和碳之間的電極電位差，廢水中會(huì)形成無數(shù)個(gè)微原電池。其中，電位低的鐵成為陽極，電位高的碳成為陰極，在充氧條件下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)過程如下：

反應(yīng)中生成的OH-是出水pH值升高的原因，而由Fe2+氧化生成的Fe3+逐漸水解生成聚合度大的Fe（OH）3，膠體絮凝劑可以有效地吸附、凝聚水中的污染物，從而增強(qiáng)對(duì)廢水的凈化效果。

當(dāng)前比較成熟的反應(yīng)裝置有兩種，一種是反應(yīng)器，如圖1所示，一種是反應(yīng)池。反應(yīng)器安裝便捷，成本較低，適合污水量不大的工程使用；反應(yīng)池成本較高，但是處理量大，適合大型工程使用。

2 具體工藝簡(jiǎn)述

一種以雙氧水為氧化劑氧化廢液中的硫離子，使其變成硫單質(zhì)沉淀去除，然后以鐵碳填料為反應(yīng)介質(zhì)，使廢液中的硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成氨氮，再以折點(diǎn)加氯法去除氨氮。

主要工藝流程圖如圖2所示。

原理和方法為在pH=6的中性介質(zhì)下，硫化鈉會(huì)與雙氧水發(fā)生如下反應(yīng)：

由于噴淋液中同時(shí)存在硫離子、硝酸根離子和亞硝酸根離子，當(dāng)反應(yīng)pH<3時(shí)，會(huì)有硫化氫和二氧化氮釋出，造成二次污染。而鐵碳微電解池在pH=5時(shí)填料損耗處于最低值，降低了運(yùn)行成本。

經(jīng)微電解池處理后，廢液進(jìn)入調(diào)整池，在調(diào)整池中，加入燒堿調(diào)節(jié)廢水pH值至7，使廢水中的2價(jià)鐵離子與燒堿反應(yīng)生成氫氧化物沉淀后在豎流式沉淀池中去除。沉淀池上清液進(jìn)入除氨氮池，在除氨氮池中加入燒堿調(diào)節(jié)廢水pH值至10，同時(shí)加入次氯酸鈉，使廢水中的銨根離子轉(zhuǎn)變成N2.

3 處理方法的討論和驗(yàn)證

3.1 處理方法的討論

3.1.1 工程方案的討論

3.1.1.1 酸化法

在廢水中加入硫酸，使廢水的pH值保持在3左右，廢水中的硫離子與氫根離子反應(yīng)，生成硫化氫氣體?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：

S2-+2H+=H2S↑.

由于硫化氫具有惡臭氣味，需要配套硫化氫吸收塔對(duì)其進(jìn)行處理，所以增加了投資費(fèi)用。

3.1.1.2 鐵鹽沉淀法

在廢水中添加過量硫酸亞鐵，使廢水中的硫離子與亞鐵離子發(fā)生反應(yīng)，生成硫化亞鐵黑色沉淀?；瘜W(xué)反應(yīng)式如下：

S2-+Fe2+=FeS↓.

使用硫酸亞鐵處理硫離子運(yùn)行費(fèi)用低，但會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，增加廢水處理工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

綜上所述，采用雙氧水氧化硫離子具有操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)泥量少、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。

經(jīng)雙氧水氧化釋出硫單質(zhì)沉淀后，廢液中的還原性物質(zhì)被大部分去除，COD降至15 000～12 000 mg/L左右。經(jīng)絮凝沉淀后上清液進(jìn)入鐵碳微電解系統(tǒng)。

3.1.1.3 硝酸鹽氮去除方法對(duì)比與篩選

生化法去除硝酸鹽：生物脫氮又稱生物反硝化，是指在缺氧條件下，微生物利用NO3-作為電子受體進(jìn)行無氧呼吸。在缺氧條件下，由兼性脫氮菌（反硝化菌）作用，將NO2--N和NO3--N還原成N2的過程。由于廢水可生化性差，采用生化法去除硝酸鹽不適合于本廢水。

3.1.2 工藝參數(shù)的討論

在廢水中添加雙氧水，由于雙氧水具有強(qiáng)氧化性，而硫離子具有強(qiáng)還原性，當(dāng)加入雙氧水時(shí)，廢水中的硫離子與雙氧水發(fā)生以下反應(yīng)：

Na2S+H2O2=2NaOH+S↓.

反應(yīng)過程中廢水中會(huì)釋出白色沉淀物，該沉淀物即為硫單質(zhì)。由于反應(yīng)過程中有NaOH產(chǎn)生，溶液內(nèi)pH會(huì)升高，在堿性狀態(tài)下，硫離子與燒堿發(fā)生以下副反應(yīng)：

6NaOH+3S=2Na2S+Na2SO3+3H2O.

為了避免副反應(yīng)的發(fā)生，反應(yīng)過程中溶液內(nèi)部需保持pH=6.

該方法的重點(diǎn)在于pH值的調(diào)整，在pH過高的時(shí)候，該副反應(yīng)就會(huì)明顯加劇，而在鐵碳微電解中，低pH能提高氧的電極電位，進(jìn)而加大微電解的電位差，促進(jìn)電極反應(yīng)，所以pH值應(yīng)該越低越好，可是較低pH值會(huì)導(dǎo)致鐵的消耗量過大，最終增加成本增加，權(quán)衡利弊后，最終選擇pH值5為生產(chǎn)參數(shù)。

對(duì)于其他工藝條件，氧化還原反應(yīng)速度較快，對(duì)于時(shí)間和溫度的要求不嚴(yán)格，主要討論鐵碳微電解工藝的條件。

反應(yīng)時(shí)間：隨著時(shí)間的增加，CODCr去除率逐步升高，只是達(dá)到一定時(shí)間界限后，去除效果明顯降低，本次鐵碳池體積為50 m3，進(jìn)水流量目前為3 t/h，停留時(shí)間為8 h，為最佳效果。

鐵比：碳按1∶1的體積比或者質(zhì)量比為2∶1裝入反應(yīng)器。微電解對(duì)于溫度因素要求不高，只要?jiǎng)e出現(xiàn)10 ℃以下的溫度，一般不用額外加熱，保持自然溫度即可。溫度提高，電解速度加快，但只要達(dá)到常溫就可以到達(dá)預(yù)期的處理效果。

曝氣時(shí)間：曝氣量的增加會(huì)提高CODCr的去除率，增加水中的溶解O2. 當(dāng)曝氣量達(dá)到3 L/ min 后，CODCr去除率提高的速度就緩慢多了。

3.2 處理方法的驗(yàn)證

廣州某廠設(shè)計(jì)建造的處理鋁材三酸拋光廢氣噴淋液就采用的是氧化還原沉淀+微電解法。檢測(cè)處理廢水的情況為：進(jìn)水流量為3 m3/h，COD約為30 000 mg/L，總氮約為6 920 mg/L。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，處理出水COD去除率達(dá)到96%以上，總氮去除率達(dá)99%以上，證明采用該組合方法的工程能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕